L oxygène O 2 LE GAZ RÉACTIF:

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1 L oxygène O 2 LE GAZ RÉACTIF: L'élément oxygène a été découvert en 1774 par Joseph Priestley. Lavoisier renomme le nom initial "air vital" en oxygène en Oxygène provient du grec -ὀξύς (oxys) IL PEUT SE COMBINER AVEC TOUS LES AUTRES ÉLÉMENTS, HORMIS LES GAZ RARES POUR LES OXYDER ET PRODUIRE AINSI DE L'ÉNERGIE. Il est également appelé «molécule d'oxygène», ou simplement «oxygène» dans le langage courant (à ne pas confondre avec l'élément chimique de même nom). C'est l'élément le plus abondant sur la surface de la terre. L'oxygène représente en poids : - 46 % de l'écorce terrestre (sous forme d'oxydes, de silicates, etc...), - 89 % de l'eau présente sur Terre (sous forme moléculaire), - 21 % de l'air que nous respirons, - 62 % du corps humain (sous forme moléculaire). Sous sa forme la plus connue (il constitue 21 % de l'atmosphère), c'est un gaz incolore, inodore et sans saveur ; il est essentiel à la vie. IL PEUT SE COMBINER AVEC TOUS LES AUTRES ÉLÉMENTS, HORMIS LES GAZ RARES POUR LES OXYDER ET PRODUIRE AINSI DE L'ÉNERGIE. Il compose 23,2 % en masse de l'atmosphère terrestre. Il participe à des réactions d oxydo réduction(de combustion et de corrosion) 1. De la terre sans oxygène à la terre actuelle 4 milliards avant aujourd'hui, la composition gazeuse de l'atmosphère et la température à la surface de la terre sont vraisemblablement proches des valeurs indiquées dans le tableau qui suit (colonne Terre sans vie). Gaz carbonique (CO2) Oxygène (O2) Azote (NH2) Pression (bars) Température ( C) Terre en absence de vie 98 % 0,0 % 1,9 % 60 bars 240 à 340 C Terre actuelle 0,03% 21 % 79 % 1,0 bars 13 C L'atmosphère de la terre actuellement et il y a 4 milliards d'années (tiré de l'ouvrage de James Lovelock : Les âges de Gaïa)

2 L'atmosphère est dominée par le méthane. L'oxygène n'existe alors qu'à l'état de traces. L oxygène s'accumule progressivement dans l'atmosphère. Trois mécanismes sont susceptibles d'expliquer l'accumulation de l'oxygène dans l'air. La photosynthèse La photosynthèse permet aux plantes d'assurer leur croissance grâce au prélèvement du carbone est le processus par lequel, les plantes captent le dioxyde de carbone (CO2) de l'air et rejettent de l'oxygène. La photolyse de l'eau Dans les couches supérieures de l'atmosphère, la vapeur d'eau est fortement soumise aux rayonnements solaires. Cette énergie scinde les molécules laissant d'un côté les atomes d'oxygène et de l'autre les atomes d'hydrogène. Ces derniers sont suffisamment légers pour sortir du champ de gravitation terrestre et aller voyager dans l'espace. Les atomes d'oxygène peuvent soit s'accoupler pour donner de l'oxygène (O2) ou se rassembler à trois pour former l'ozone (O3). La fixation du carbone Une hypothèse proposée par Rubey en 1951 stipule que la principale source d'oxygène atmosphérique provient certainement du rejet d'oxygène qui accompagne l'enfouissement dans les roches sédimentaires d'une petite partie du carbone fixé par les végétaux. Il y a fort à penser que l enrichissement de l atmosphère en O2 provienne de la combinaison de ces différents mécanismes 2 Le transport de l'oxygène : de l'atmosphère aux cellules 2.1 De l'atmosphère aux poumons Les oiseaux et les mammifères réalisent la respiration pulmonaire parce les poumons assurent l'échange des gaz entre l'air et le sang à travers la membrane du poumon. 2.2 Des poumons au sang Au niveau des alvéoles. Le passage des gaz à travers la membrane se fait tout simplement sous l'action de différences de concentrations entre le sang et l'air en tendant à égaliser ces grandeurs. Quand l'oxygène a une concentration plus élevée à l'intérieur des poumons que dans l'organisme, il pénètre dans le sang. Si le cas inverse se présentait, il passerait du sang à l'air pulmonaire. Dans des conditions de repos, environ un tiers de l'oxygène amené au niveau des poumons passe dans le sang. Les deux autres tiers sont rejetés avec l'air expiré..

3 2.3 Du sang aux cellules Dans le sang Une fois dans le sang, l'oxygène est transporté selon deux moyens différents : par dissolution dans le liquide Le sang est essentiellement constitué d'eau ou plus exactement de plasma. Or l'oxygène est capable de se dissoudre dans le liquide. L'oxygène dissout représente une quantité négligeable pour l'organisme mais a l'avantage d'être très facilement utilisable par les cellules. combiné à l'hémoglobine L'hémoglobine est une protéine capable de fixer quatre molécules d'oxygène. Comprise à l'intérieur des hématies, elle sert de système de transport sanguin pour plus de 95% de l'oxygène. Dès son entrée dans le sang, l'oxygène est pris en charge par l'hémoglobine qui devient ainsi de l'oxyhémoglobine (HbO2). Le lien qui relie les deux éléments est suffisamment lâche et adaptable. Il peut se faire et se défaire au gré des conditions du milieu. En fait de conditions environnantes, la propension de l'oxygène à s'attacher et à se détacher de l'hémoglobine est déterminée notamment par la concentration du gaz dans les environs de la protéine. Plus il y a d'oxygène à proximité - comme vers les poumons -, plus il tend à s'attacher à l'hémoglobine. Plus l'oxygène est déficitaire - comme vers les muscles en activité -, plus il tend à se détacher. Le taux de fixation peut ainsi passer de 97-99% au niveau des poumons à moins de 30% au niveau des muscles actifs. La circulation à proximité des cellules Arrivés à proximité des cellules, une partie de l'oxygène se sépare donc de l'hémoglobine (désaturation) traverse la mince paroi cellulaire et se retrouve dans la lymphe interstitielle. Une partie de l'oxygène est tout de même emportée avec l'hémoglobine par le flot sanguin. Même dans les pires conditions, le sang n'est jamais complètement vidé de son oxygène. Les molécules qui sont restées accrochées à l'hémoglobine retournent au coeur et aux poumons, les autres diffusent dans la lymphe jusqu'à pénétrer dans l'antre cellulaire. 2.4 A l'intérieur des cellules A l'intérieur des cellules musculaires l'oxygène est pris en charge par la myoglobine. Cette protéine va assurer le transport de la membrane cellulaire à la mitochondrie. Ce qui se passe ensuite dans la mitochondrie est de l'ordre des transformations chimiques.

4 3 La filière aérobie Plus de 95% de l'énergie contenue dans les aliments est transformée par la filière aérobie. Nous appelons filière aérobie l'ensemble des transformations énergétiques se déroulant dans "l'enclave à oxygène" qu'est la mitochondrie. Les deux grands systèmes qui la composent sont le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire. Rappelons que la mitochondrie est un organite que nous avons certainement hérité d'une bactérie Grâce à elle nous pouvons tirer partie de cet élément extrêmement nocif qu'est l'oxygène. La définition que nous donnons à la filière aérobie ne se base pas directement sur l'oxygène mais sur la mitochondrie. 3.1 Le cycle de Krebs (ou cycle de l'acide citrique) La filière aérobie se place dans la continuité des transformations énergétiques ayant débuté en anaérobie. Rappelons, que ces réactions se soldent par la production d'acide pyruvique. Celui-ci pénètre dans la mitochondrie et subit une suite de 10 réactions au cours desquels il va être dégradé en dioxyde de carbone (CO2) et en atomes d'hydrogène (H+). Comme un glucose donne deux acides pyruvique, deux tours de 10 réactions sont nécessaires à la transformation complète d'un glucose. N'entrons pas dans le détail des réactions et contentons-nous de signifier qu'en plus des CO2 et des H+ qu'elles enlèvent à chaque acide pyruvique, les transformations chimiques permettent la formation d'un ATP. Notons que pour le moment, nous n'avons pas vu trace de l'oxygène. Là où tout change, c'est lorsque nous arrivons au niveau de la chaîne respiratoire 3.2 La chaîne respiratoire Quelquefois, l'énergie des aliments est transformée directement en énergie utile (ATP). Mais le plus souvent, elle est d'abord récupérée sous une forme encore inutilisable ; l'électron de l'atome d'hydrogène (voir physiologie/énergie). Après avoir été enlevés au substrat par les réactions anaérobies et aérobies, l'hydrogène et son électron sont placés sur des transporteurs qui les emmènent au niveau de la chaîne respiratoire. C'est là que l'électron va faire le grand saut. La chaîne respiratoire peut être comparée à une suite de cascades. En haut du cours d'eau, se situe l'arrivée des transporteurs. A ce niveau, l'électron et l'atome d'hydrogène sont séparés. L'hydrogène emprunte la voie express pour aller rejoindre le bas des chutes où il va attendre son électron préféré. Quant à ce dernier, il est placé dans le courant. Emporté, il subit la première cascade en bas de laquelle il est pris en charge par un composé ferreux appelé cytochrome. Ce dernier le lâche à son tour dans une deuxième chute suite à quoi il est pris en charge par un deuxième cytochrome. Cette partie de "passes et chutes" se poursuit sur 5 cytochromes.

5 Dernière chute! Arrivé en bas des cascades, l'électron retrouve son proton mais aussi un élément que nous attendions depuis longtemps. la rencontre à trois ait lieu. Rencontre à trois Que peuvent faire deux électrons e-, deux protons H+ et la moitié d'un oxygène O2? (H+ + e-) x 2 + ½O2 H20 Réponse : de l'eau! Voilà enfin découvert le rôle de l'oxygène. Venir récupérer les électrons et les protons pour donner une molécule d'eau. Cette eau peut être utilisée dans les différentes réactions chimiques de la cellule ou rejetée dans le milieu sous forme d'urine ou de vapeur d'eau. voilà pourquoi nous prélevons de l'oxygène dans l'environnement et rejetons du dioxyde de carbone (CO2). L'oxygène va à la chaîne respiratoire, le dioxyde de carbone provient du cycle de Krebs.