TP7 : Les cristaux au sein des êtres vivants !!
de Muriel Pairel
L’état cristallin est une forme d’organisation de la matière. Les cristaux sont présents partout dans notre environnement. Ainsi les êtres vivants sont constitués de cellules qui sont souvent associées à des structures cristallines. C’est le cas des animaux marins qui forment très souvent des coquilles (rôle protecteur) mais aussi des os du squelette de la plupart des animaux (rôle de soutien et de locomotion). Enfin, certains cristaux peuvent être liés à des dysfonctionnements (calculs rénaux). On cherche à caractériser les biocristaux.
Ta mission
Des cristaux dans la « peau » d’oignon !!
L’ oignon comme 75% des plantes à fleurs présente des minéralisations dans ces cellules. Ici , il s’agit de cristaux d’oxalate de calcium (CaC₂O₄), une forme de stockage du calcium présent dans l’environnement et visible dans la « peau » sèche.
clique ici pour identifier le système cristallin
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier l'oxalate, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
Des cristaux dans la coquille d'oeuf !!
L'œuf présente une coquille qui est également minéralisée à 95%.
Outre ses propriétés protectrices, la coquille a aussi des propriétés
mécaniques étonnantes : une coquille d'œuf de poule d'une épaisseur de
0,3 millimètre confère à l'œuf entier une résistance à la compression de
plus de trois kilogrammes. Un œuf d'autruche, qui a une coquille de trois
millimètres d'épaisseur, résiste à plus de 70 kilogrammes.
D’autre part, la coquille se forme à partir d’une membrane coquillère
qui permet de faire grossir des cônes de calcite (CaCO3) qui se rejoignent
vers l’extérieur. Cette structure en cône permet une plus grande résistante à
la compression (la partie la plus large est vers l’extérieur). De plus, les
cônes ménagent de petits pores (trous) qui laissent passer l’air pour
permettre à l’embryon de respirer. D’autre part, la coquille empêche le
passage des microbes.
clique ici pour identifier le système cristallin
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier la calcite, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
Des cristaux dans les feuilles de misère !!
La misère, comme plus de 200 espèces de plantes, élaborent des minéralisations dans ses cellules. Ici, il s’agit de fins cristaux d’oxalate de calcium (CaC₂O₄) appelés raphides. Ces cristaux assurent une protection vis-à-vis des herbivores : ils sont capables de perforer les tissus de la bouche et du tube digestif et, absorbés en grande quantité, ils peuvent êtres toxiques.
clique ici pour identifier le système cristallin
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier l'oxalate, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
Des cristaux dans les os de seiche !!
La seiche est un mollusque céphalopode marin qui est capable de stabiliser sa nage entre deux eaux tel un drone en vol géostationnaire. Cette remarquable flottabilité est liée à la présence sous la peau d'un os constitué de chambres remplies d'air.
Les chambres de l'os de seiche sont constituées d'un plancher et d'un toit en cristaux d'aragonite et les piliers sont en calcite. La composition chimique des mailles de la calcite et d'aragonite est la même : CaCO3 mais la forme de ces mailles est différente (respectivement triclinique et orthorhombique). On peut observer ces cristaux au microscope en lumière polarisée et analysée.
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier l'aragonite, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
clique ici pour identifier le système cristallin
Des cristaux dans les coquillages !!
Les coquilles des êtres vivants marins sont généralement constituées de matière minérale cristalline
(cristaux) et composées de calcite, de formule CaCO3, un minéral solide et résistant. Ces cristaux ont des formes de
petites plaquettes qui s’empilent en colonnes qui sont très rigides et en même temps très lisses.
Par ailleurs, la partie interne de la coquille correspond à la nacre, qui est constituée d’aragonite, un cristal de
formule CaCO3 mais qui est mélangé à 5% de matière organique. L’aragonite est très lisse, ce qui protège le
mollusque dont les tissus sont mous. La partie externe de la coquille est plus rugueuse.
Des cristaux dans la peau des caméléons !!
Le changement de couleur des
caméléons est également dû à un cristal.
Il s’agit de nano-cristaux de guanine
(C5H5N5O), qui se forment dans les
cellules de la peau appelées
iridophores.
Ces cristaux sont triangulaires et
transparents. Au repos, les cristaux
rapprochés reflètent les petites
longueurs d’onde (bleu, vert), alors qu’à
l’état excité, les cristaux espacés
reflètent des longueurs d’onde plus
importantes (jaune, orange). Ceci change
la couleur de l’animal (mimétisme,
protection …).
Des cristaux dans notre squelette !!
Les os du squelette sont constitués d’unités cylindriques (les
ostéons) qui sont formées par des cellules : les ostéocytes. Ces
cellules déposent une première couche de collagène (protéine
fibreuse) qu’elles recouvrent ensuite d’une couche de cristaux
d’hydroxyapatite de calcium : Ca10(PO4)6(OH)2. Ces cristaux forment des structures hexagonales de couleur
blanche qu’on retrouve également dans les dents (voir l’observation en MEB). L’association entre le collagène et ces cristaux
forme une structure rigide qui assure le soutien et la locomotion,
d’autant plus que les ostéons s’organisent en un réseau (voir stries sur
le fémur) orienté selon les contraintes appliquées durant la croissance.
D'autres cristaux dans notre organisme ...
Avec les documents proposés pages 14 à 16 et des recherches complémentaires sur Internet, réaliser un tableau de synthèse présentant la composition des calculs rénaux, leurs modalités de formation, les techniques de détection et d'élimination dont on dispose.
Les calculs rénaux : des pierres formés par les reins
Les calculs rénaux (ou lithiase) font de quelques millimètres à plusieurs centimètres de diamètre. Ils sont constitués de cristaux d'oxalate de calcium, de phosphate ammoniaco-magnésien ou d'acide urique qui cristallisent dans les reins dans certaines conditions de composition et de pH de l'urine. Une hydratation insuffisante, un excès de sel ou une alimentation mal équilibrée (manque de fruits, de légumes) favorise la formation de ces calculs. Lorsqu'ils sont très gros, leur élimination par l'urètre est douloureuse et provoque des coliques néphrétiques qui touchent environ 10 % de la population.
Calculs rénaux observés à l'œil nu
Les calculs rénaux : des pierres formés par les reins
Cristaux d'oxalate de calcium (a.) et de phosphate ammoniaco-magnésien (b.) dans des échantillons d'urine (MO × 600)
Les calculs rénaux dans l'appareil excréteur chez l'humain
Les calculs rénaux : les différentes techniques d'élimination
Visionne les 4 vidéos pour en savoir plus ...
En résumé ...
+ Info
Schématisation de la structure de l'os
TP7 - Les cristaux au sein des êtres vivants 2024- M. Pairel
murielpairel
Created on August 18, 2023
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TP7 : Les cristaux au sein des êtres vivants !!
de Muriel Pairel
L’état cristallin est une forme d’organisation de la matière. Les cristaux sont présents partout dans notre environnement. Ainsi les êtres vivants sont constitués de cellules qui sont souvent associées à des structures cristallines. C’est le cas des animaux marins qui forment très souvent des coquilles (rôle protecteur) mais aussi des os du squelette de la plupart des animaux (rôle de soutien et de locomotion). Enfin, certains cristaux peuvent être liés à des dysfonctionnements (calculs rénaux). On cherche à caractériser les biocristaux.
Ta mission
Des cristaux dans la « peau » d’oignon !!
L’ oignon comme 75% des plantes à fleurs présente des minéralisations dans ces cellules. Ici , il s’agit de cristaux d’oxalate de calcium (CaC₂O₄), une forme de stockage du calcium présent dans l’environnement et visible dans la « peau » sèche.
clique ici pour identifier le système cristallin
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier l'oxalate, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
Des cristaux dans la coquille d'oeuf !!
L'œuf présente une coquille qui est également minéralisée à 95%. Outre ses propriétés protectrices, la coquille a aussi des propriétés mécaniques étonnantes : une coquille d'œuf de poule d'une épaisseur de 0,3 millimètre confère à l'œuf entier une résistance à la compression de plus de trois kilogrammes. Un œuf d'autruche, qui a une coquille de trois millimètres d'épaisseur, résiste à plus de 70 kilogrammes. D’autre part, la coquille se forme à partir d’une membrane coquillère qui permet de faire grossir des cônes de calcite (CaCO3) qui se rejoignent vers l’extérieur. Cette structure en cône permet une plus grande résistante à la compression (la partie la plus large est vers l’extérieur). De plus, les cônes ménagent de petits pores (trous) qui laissent passer l’air pour permettre à l’embryon de respirer. D’autre part, la coquille empêche le passage des microbes.
clique ici pour identifier le système cristallin
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier la calcite, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
Des cristaux dans les feuilles de misère !!
La misère, comme plus de 200 espèces de plantes, élaborent des minéralisations dans ses cellules. Ici, il s’agit de fins cristaux d’oxalate de calcium (CaC₂O₄) appelés raphides. Ces cristaux assurent une protection vis-à-vis des herbivores : ils sont capables de perforer les tissus de la bouche et du tube digestif et, absorbés en grande quantité, ils peuvent êtres toxiques.
clique ici pour identifier le système cristallin
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier l'oxalate, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
Des cristaux dans les os de seiche !!
La seiche est un mollusque céphalopode marin qui est capable de stabiliser sa nage entre deux eaux tel un drone en vol géostationnaire. Cette remarquable flottabilité est liée à la présence sous la peau d'un os constitué de chambres remplies d'air.
Les chambres de l'os de seiche sont constituées d'un plancher et d'un toit en cristaux d'aragonite et les piliers sont en calcite. La composition chimique des mailles de la calcite et d'aragonite est la même : CaCO3 mais la forme de ces mailles est différente (respectivement triclinique et orthorhombique). On peut observer ces cristaux au microscope en lumière polarisée et analysée.
Utilise le logiciel minusc - choisir dans Fichier l'aragonite, pour étudier la composition chimique, la disposition des atomes ou maille de ce cristal et identifier son système cristallin.
clique ici pour identifier le système cristallin
Des cristaux dans les coquillages !!
Les coquilles des êtres vivants marins sont généralement constituées de matière minérale cristalline (cristaux) et composées de calcite, de formule CaCO3, un minéral solide et résistant. Ces cristaux ont des formes de petites plaquettes qui s’empilent en colonnes qui sont très rigides et en même temps très lisses. Par ailleurs, la partie interne de la coquille correspond à la nacre, qui est constituée d’aragonite, un cristal de formule CaCO3 mais qui est mélangé à 5% de matière organique. L’aragonite est très lisse, ce qui protège le mollusque dont les tissus sont mous. La partie externe de la coquille est plus rugueuse.
Des cristaux dans la peau des caméléons !!
Le changement de couleur des caméléons est également dû à un cristal. Il s’agit de nano-cristaux de guanine (C5H5N5O), qui se forment dans les cellules de la peau appelées iridophores. Ces cristaux sont triangulaires et transparents. Au repos, les cristaux rapprochés reflètent les petites longueurs d’onde (bleu, vert), alors qu’à l’état excité, les cristaux espacés reflètent des longueurs d’onde plus importantes (jaune, orange). Ceci change la couleur de l’animal (mimétisme, protection …).
Des cristaux dans notre squelette !!
Les os du squelette sont constitués d’unités cylindriques (les ostéons) qui sont formées par des cellules : les ostéocytes. Ces cellules déposent une première couche de collagène (protéine fibreuse) qu’elles recouvrent ensuite d’une couche de cristaux d’hydroxyapatite de calcium : Ca10(PO4)6(OH)2. Ces cristaux forment des structures hexagonales de couleur blanche qu’on retrouve également dans les dents (voir l’observation en MEB). L’association entre le collagène et ces cristaux forme une structure rigide qui assure le soutien et la locomotion, d’autant plus que les ostéons s’organisent en un réseau (voir stries sur le fémur) orienté selon les contraintes appliquées durant la croissance.
D'autres cristaux dans notre organisme ...
Avec les documents proposés pages 14 à 16 et des recherches complémentaires sur Internet, réaliser un tableau de synthèse présentant la composition des calculs rénaux, leurs modalités de formation, les techniques de détection et d'élimination dont on dispose.
Les calculs rénaux : des pierres formés par les reins
Les calculs rénaux (ou lithiase) font de quelques millimètres à plusieurs centimètres de diamètre. Ils sont constitués de cristaux d'oxalate de calcium, de phosphate ammoniaco-magnésien ou d'acide urique qui cristallisent dans les reins dans certaines conditions de composition et de pH de l'urine. Une hydratation insuffisante, un excès de sel ou une alimentation mal équilibrée (manque de fruits, de légumes) favorise la formation de ces calculs. Lorsqu'ils sont très gros, leur élimination par l'urètre est douloureuse et provoque des coliques néphrétiques qui touchent environ 10 % de la population.
Calculs rénaux observés à l'œil nu
Les calculs rénaux : des pierres formés par les reins
Cristaux d'oxalate de calcium (a.) et de phosphate ammoniaco-magnésien (b.) dans des échantillons d'urine (MO × 600)
Les calculs rénaux dans l'appareil excréteur chez l'humain
Les calculs rénaux : les différentes techniques d'élimination
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