Signification des structures biologiques
Quelle est la signification des structures biologiques ? Lorsque nous parlons de structures biologiques, nous faisons référence à une idée clé en biologie : la forme détermine la fonction. Cela signifie que la façon dont une chose est organisée, disposée ou structurée lui permet de jouer un rôle particulier au sein des organismes vivants, tels que nous, les êtres humains.
Le domaine de la biologie structurale traite de l'étude de tous les êtres vivants à tous les niveaux d'organisation.
Tous les organismes vivants ont des propriétés structurelles, y compris nous, les êtres humains. La structure générale d'un organisme vivant, de la moins complexe à la plus complexe, peut être comprise comme suit : atomes, molécules, organites, cellules, tissus, organes, systèmes d'organes et organismes.
Structures | Description de la structure | Exemples de structures |
Atomes | La plus petite unité de matière, et en biologie, nous les étudions généralement parce qu'ils se lient pour former des molécules essentielles. | Les atomes d'hydrogène (H) et d'oxygène (O) s'agrègent pour former l'eau (H2O), une molécule nécessaire à la vie. |
| Les biomolécules | Oucomposésorganiques, contiennent principalement du carbone et peuvent entretenir la vie. Ils contiennent également des atomes d'hydrogène, d'oxygène ou d'azote. | Protéines, glucides, lipides et acides nucléiques. |
Organites | Structures spécialisées à l'intérieur d'une cellule. Chez les eucaryotes ou les organismes multicellulaires comme nous, les organites sont liés à une membrane. | Les mitochondries, la centrale électrique de la cellule. |
Lescellules | Les éléments constitutifs de la vie qui composent tous les organismes vivants et leurs tissus. Elles sont généralement composées de trois parties principales: le cytoplasme (liquide intérieur qui englobe toutes les structures cellulaires), le noyau (qui stocke nos informations génétiques ou ADN) et la membrane (qui transporte les éléments à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule). | Cellules musculaires, nerveuses et cutanées |
Tissus | Agrégat de cellules qui ont des formes similaires et qui fonctionnent donc ensemble comme une unité. | Tissus conjonctifs tels que le sang et les os, qui soutiennent d'autres tissus en les soutenant structurellement et en les liant les uns aux autres. |
Organes | Ensemble de tissus qui sont autonomes et remplissent des fonctions vitales particulières.
| L'un des organes les plus critiques de notre corps est le cœur, qui pompe et contrôle le sang dans tout le corps. |
Systèmes d'organes | Ensemble d'organes qui travaillent ensemble pour assurer le fonctionnement de notre corps. | Le système nerveux qui envoie des signaux entre le cerveau et le corps permettant de bouger, de respirer, de penser, etc. |
Organismes | Individus animaux, végétaux ou autres formes de vie.
| Un exemple d'organisme avec de nombreuses cellules serait nous : les humains. Une bactérie est un organisme unicellulaire. |
Les atomes sont des composants des structures biologiques (et non biologiques) mais ne sont pas considérés comme des structures biologiques à proprement parler.
Aspects généraux des structures biologiques
Même si elles sont si diverses, nous pouvons distinguer certains aspects généraux des structures biologiques. Comme nous l'avons déjà mentionné, la biologie structurale s'intéresse à la façon dont les êtres vivants sont organisés et aux raisons de cette organisation. Nous avons vu ce que sont les structures biologiques et les propriétés structurelles de base du corps humain. Cette section mentionnera ce qui fait de quelque chose une structure biologique.
Lesstructures biologiques sont tout composant physique d'un organisme vivant dont la forme aide à soutenir, à entretenir ou à exécuter une myriade de fonctions vitales dans notre corps.
Parmi les autres caractéristiques communes, on peut citer :
Les structures biologiques s'auto-organisent et sont dynamiques. Comme elles peuvent s'organiser en formes distinctes pour remplir leurs fonctions.
Toutes les structures biologiques des organismes vivants possèdent des niveaux d'organisation qui augmentent en complexité.
Par exemple, les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines, et les protéines elles-mêmes ont des structures qui se lient entre elles pour créer des formes plus complexes (nous y reviendrons).
Toutes les structures biologiques fonctionnent ensemble ou s'agrègent pour former des formes qui fonctionnent ensemble.
Par exemple, les cellules s'agrègent en tissus, les tissus s'agrègent en organes, et ainsi de suite. L'agrégation permet à diverses structures biologiques de remplir des fonctions particulières, comme le système digestif et un système d'organes, ce qui permet de décomposer les aliments pour en tirer de l'énergie.
Structures biologiques dans les aliments
On peut également trouver des structures biologiques dans les aliments. Comment cela se fait-il ? Eh bien, rappelle-toi que les structures biologiques sont organisées en différents niveaux. Cela signifie que les fonctions assurées par notre corps dépendent de choses qui se produisent au niveau microscopique ou moléculaire.
Rappelle que les êtres vivants ont besoin d'eau pour fonctionner. Environ 60 % de notre corps est constitué d'eau, ce qui en fait une molécule essentielle. Alors, comment la reconstituer ? Eh bien, en buvant de l'eau fraîche.
De même, nous avons besoin de manger pour reconstituer des macromolécules spécifiques qui remplissent des fonctions structurelles dans notre corps.
Les protéines peuvent être considérées comme l'une des molécules les plus cruciales dont les propriétés structurelles déterminent leurs fonctions.
Lescomposésorganiques sont des composés qui contiennent principalement du carbone et qui peuvent entretenir la vie. Les composés organiques sont aussi généralement constitués d'atomes d'hydrogène, d'oxygène ou d'azote.
Lesmacromolécules sont des molécules composées d'un grand nombre d'atomes, comme les protéines, les glucides, etc.
Lesprotéines sont des composés organiques constitués de petites molécules appelées acides aminés. Les protéines sont également des macromolécules que l'on trouve généralement dans les œufs, les viandes et les produits laitiers.
Lesacidesaminés sont les éléments constitutifs des protéines ou monomères.
Lesprotéines sont essentielles à la vie car elles remplissent diverses fonctions. Elles peuvent transporter des matériaux, contrôler des processus physiologiques tels que la croissance, accélérer des réactions chimiques, stocker des choses, etc.
Malheureusement, neuf des 20 acides aminés dont nous avons besoin pour fonctionner ne peuvent pas être synthétisés par notre corps. Cela signifie que nous devons les consommer sous forme d'aliments.
Ce sont ces macromolécules que les gens essaient d'incorporer à leur régime alimentaire lorsqu'ils mangent de la viande, des barres protéinées et des shakes protéinés.
Les neuf acides aminés que nous devons obtenir de notre alimentation sont appelés acides aminés essentiels. Une carence en protéines peut entraîner une anémie, une perte de masse musculaire, un ralentissement du métabolisme, etc.
Les autres macromolécules que nous pouvons obtenir des aliments sont les lipides et les glucides:
Lesglucides sont des composés organiques qui stockent principalement de l'énergie et peuvent être décomposés par l'organisme en sucres tels que le glucose pour nous fournir une source d'énergie importante.
Leslipides sont des composés organiques insolubles dans l'eau qui servent à stocker l'énergie et sont des messagers chimiques.
Les exemples de glucides dans l'alimentation comprennent les pommes de terre, le pain, les nouilles et d'autres aliments célèbres pour être des "glucides".
Les lipides sont constitués d'huiles liquides et de graisses solides. Parmi les exemples de lipides présents dans les aliments, on peut citer les olives, les avocats, le beurre de cacahuète, etc. Les huiles liquides telles que l'huile d'olive et l'huile de colza sont également des lipides.
Exemples de structures biologiques
Après avoir compris les caractéristiques communes des structures biologiques, les aliments dans lesquels on les trouve et ce que sont les structures biologiques, nous devons passer en revue plus en profondeur des exemples de structures biologiques. Après les avoir toutes expliquées dans la première section, nous nous sommes concentrés sur les molécules. En effet, toutes les fonctions biologiques peuvent être expliquées en examinant ce qui se passe au niveau moléculaire.
Il est important de se rappeler que les structures biologiques existent à tous les niveaux d'organisation.
Figure 1 : Illustration des formes de protéines. Daniela Lin, Study Smarter Originals.
Les protéines sont l'une des macromolécules les plus importantes dont la structure leur permet de jouer un rôle essentiel dans le fonctionnement de notre organisme.
On distingue généralement deux formes de protéines: les protéines globulaires et les protéines fibreuses (Fig. 1).
Lesprotéines globulaires sont sphériques, agissent généralement comme enzymes ou transportent des matériaux, sont généralement solubles dans l'eau, ont une séquence irrégulière d'acides aminés et sont généralement plus sensibles à la chaleur et aux changements de pH que les protéines fibreuses.
Une protéine globulaire est l'hémoglobine.
Lesprotéines fibreuses sont plus étroites et plus longues, ont généralement une fonction structurelle, ne sont généralement pas solubles dans l'eau, ont une séquence d'acides aminés régulière et sont généralement moins sensibles à la chaleur et aux changements de pH que les protéines globulaires.
Un exemple de protéine fibreuse est kératine.
Les protéines globulaires sont plus solubles que les protéines fibreuses parce que les acides aminés peuvent se plier de manière à ce que les groupes polaires se trouvent à la surface. Les protéines globulaires ont également des interactions plus faibles entre leurs séquences d'acides aminés que les protéines fibreuses, ce qui les rend plus faciles à dénaturer.
Lorsque les protéines se dénaturent ou rompent leurs liens, la structure se défait et cesse de fonctionner.
Lesprotéines sont constituées d'une chaîne d'acides aminés. Lorsque quelques chaînes d'acides aminés se lient entre elles, elles créent des liaisons peptidiques. Les chaînes plus longues d'acides aminés liés ensemble sont appelées liaisons polypeptidiques.
- Structure primaire : La structure primaire d'une protéine est constituée de ses séquences d'acides aminés liées en une chaîne polypeptidique. Cette séquence détermine la forme de la protéine. Un changement dans la séquence d'acides aminés d'une protéine en modifierait la forme.
- Structure secondaire : La structure secondaire est causée par le repliement des acides aminés de la structure primaire. Les structures les plus courantes dans lesquelles les protéines se replient au niveau secondaire sont les hélices alpha (\(alpha\)) et les feuilles plissées bêta (\(bêta\)), qui sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène.
- Structure tertiaire : La structure tertiaire est la structure tridimensionnelle d'une protéine. Cette structure tridimensionnelle est formée par les interactions entre les groupes R variables.
- Structure quaternaire : Toutes les protéines n'ont pas une structure quaternaire. Mais certaines protéines peuvent former des structures quaternaires constituées de plusieurs chaînes polypeptidiques. Ces chaînes polypeptidiques peuvent être appelées sous-unités.
Figure 2 : Les quatre niveaux de structure des protéines.
Les protéines dont les séquences sont incorrectes peuvent avoir des effets secondaires néfastes comme la drépanocytose, une maladie dans laquelle l'hémoglobine d'un individu est affectée d'une forme en S. L'hémoglobine est une protéine présente dans les globules rouges (GR) qui se lie à l'oxygène pour l'acheminer dans tout le corps. L'anémie peut entraîner de la fatigue et un retard de développement.
Les acides aminés, les éléments constitutifs des protéines, sont composés d'un carbone alpha (\(alpha\)) lié à un groupe amino (\(NH_2\)), d'un groupe carboxyle (\(COOH\)), d'hydrogène (\(H\)), et d'une chaîne latérale variable nommée (\(R\)) qui leur confère différentes propriétés chimiques.
Structures et fonctions biologiques
Nous devons maintenant nous pencher sur les fonctions réelles de certaines structures biologiques. Nous verrons des exemples de structures et de fonctions biologiques à différents niveaux.
Rappelle-toi les niveaux d'organisation dont nous avons parlé : atomes, molécules, organites, cellules, tissus, organes, systèmes d'organes et organismes.
Figure 3 : Structures et fonctions biologiques. Structure générale d'une cellule animale. La structure d'une cellule est étroitement liée à sa fonction.
1. Les atomes : L'hydrogène (H), l'oxygène (O) et le carbone (C) sont des exemples d'atomes.
Lecarbone est un élément essentiel de la vie car il crée des liaisons stables avec divers éléments, ce qui lui permet de former de nombreuses molécules complexes telles que les protéines, les glucides, etc. Cette propriété spécifique des atomes de carbone va lui permettre de fabriquer des macromolécules telles que les protéines, les glucides, les lipides, etc.
Comme nous l'avons déjà mentionné, ces molécules sont cruciales pour assurer le fonctionnement de notre organisme.
2. Les protéines sont des structures biologiques au niveau moléculaire. Tu trouveras ci-dessous quelques-unes des fonctions courantes des protéines:
| Types de protéines | Fonctions | Exemple |
| Enzymes | Les enzymes catalysent et accélèrent les réactions. | L'amylase décompose les sucres et les amidons. |
| Structures | Les protéines de structure maintiennent la forme et la structure des cellules. | La kératine renforce les cheveux et les ongles. |
| Transport | Déplace les matériaux dans le corps. | L'hémoglobine transporte l'oxygène dans le corps. |
| Défense | Ils protègent ton corps en maintenant des barrières ou en éliminant les menaces. | Les anticorps se lient aux molécules étrangères (antigènes) pour faciliter leur élimination. |
3. Lesorganites: Un exemple d'organite est la mitochondrie. Les mitochondries ont une structure à double membrane; la membrane interne a beaucoup de plis pour augmenter sa surface, ce qui lui donne plus d'espace pour décomposer les molécules pour la respiration cellulaire.
4. Lescellules ont également des structures qui les aident aussi à faire un travail spécifique.
Compare la cellule de la figure 3 avec celles de la figure 4, et note comment une cellule animale peut avoir des formes et des structures différentes (bien que la composition soit assez similaire) qui sont liées à leur fonction.
Par exemple, les cellules nerveuses ont de longues extensions qui les aident à envoyer simultanément plusieurs messages à travers le corps.
Figure 4 : Structures et fonctions biologiques. La forme et la structure spécifique d'une cellule sont liées à ses fonctions (un neurone, une tige et des cellules musculaires sont des cellules animales différentes).
5. Lestissus sont un ensemble de cellules qui fonctionnent ensemble, comme le tissu nerveux. Le tissu nerveux est constitué de plusieurs cellules nerveuses, ce qui les aide à envoyer de nombreux signaux dans tout le corps.
6. Lesorganes sont un ensemble de tissus.
Le cerveau est un organe composé de tissus neuronaux, et ses plis permettent d'augmenter la surface par rapport au volume, ce qui entraîne des échanges d'informations plus rapides.
7. Lessystèmes organiques sont un ensemble d'organes. Si nous reprenons le même exemple, il s'agit du système nerveux. Les différents organes et tissus dotés de structures particulières fonctionnent ensemble.
Lesorganismes sont un ensemble de toutes les structures biologiques réunies, ce qui signifie qu'à l'intérieur de nous, nous avons des structures qui fonctionnent grâce à leurs formes spécifiques.
Structures biologiques - Points clés
- Lorsque nous parlons de structures biologiques, nous faisons référence à une idée clé en biologie : la forme détermine la fonction. Cela signifie que la façon dont une chose est organisée, disposée ou structurée lui permet de jouer un rôle particulier au sein des organismes vivants, tels que nous, les humains.
- Le domaine de la biologie structurale traite de l'étude de tous les matériaux vivants à tous les niveaux d'organisation.
- Tous les organismes vivants ont des propriétés structurelles, y compris nous, les êtres humains. La structure générale d'un organisme vivant, de la moins complexe à la plus complexe, peut être comprise comme suit : atomes, molécules, organites, cellules, tissus, organes, systèmes d'organes et organismes.
Puisque nous savons de quoi traite la biologie structurelle et ce que sont les structures biologiques, nous pouvons dire que les structures biologiques sont tout composant physique d'un organisme vivant dont la forme contribue à soutenir, à entretenir ou à exécuter une myriade de fonctions vitales dans notre corps.
Références
- Académie nationale des sciences, Structure et fonction moléculaires, 1989.
- Sarah Malmquist et Kristina Prescott, Organisation structurelle du corps humain.
- Institut national des sciences médicales générales.
- Sophie Dumont et Manu Prakash, Mécanique émergente des structures biologiques, Biologie moléculaire de la cellule, 2017.
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