Bioélément

Définition

Un bioélément (élément biogène, biomatériau) est un élément chimique présent chez les êtres vivants. La matière vivante est composée d'environ 70 éléments, presque tous des éléments stables sur Terre, à l'exception des gaz rares. Cependant, environ 99 % de la masse de la plupart des cellules est constituée de six éléments : carbone (C), hydrogène (H), oxygène (O), azote (N), phosphore (P) et soufre (S).

L'acide oléique est un bioélément :

Un bioélément : l'acide oléique. L'acide oléique est une chaîne de 18 atomes de carbone (boules noires); les boules blanches sont des atomes d'hydrogène et les rouges sont des atomes d'oxygène.

Explications

Les oligo-éléments, parfois appelés bioéléments, éléments traces ou nutriments temporaires, sont des bioéléments présents en faible quantité chez les êtres vivants. Voir aussi les radioéléments. Les biomatériaux sont pour leur grande majorité recyclables.

Selon leur intervention dans la constitution de biomolécules, les bioéléments sont classés en primaire et en secondaire.

Bioéléments primaires

Les bioéléments primaires sont les éléments essentiels pour la formation de biomolécules organiques (glucides, lipides, protéines et acides nucléiques); ils constituent 98 % de la matière vivante sèche.

Ce sont le carbone, l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, le phosphore et le soufre (C, H, O, N, P, S, respectivement) :

• le Carbone : ils forment de longues chaînes carbone-carbone (macromolécules) par des liaisons simples (-CH₂-CH₂) ou des liaisons doubles (-CH=CH-), ainsi que des structures cycliques. Ils peuvent incorporer une grande variété de radicaux (=O, -OH, -NH₂, -SH, PO₄^3-), ce qui donne lieu à une très grande variété de molécules différentes. Les liaisons qui se forment sont suffisamment solides pour former des composés stables et sont en même temps susceptibles de se rompre sans difficulté excessive. Par conséquent, la vie est constituée de carbone et non de silicium, un atome dont la configuration électronique de la couche de valence est identique à celle du carbone. Le fait est que les chaînes silicium-silicium ne sont pas stables et que les chaînes silicium et oxygène sont pratiquement inchangées et, bien que le dioxyde de carbone, CO₂ (gaz carbonique), soit un gaz soluble dans l'eau, son équivalent en silicium, SiO₂, est un cristal solide, très dur et insoluble (quartz).
• l'Hydrogène : en plus d'être l'un des composants de la molécule d'eau, indispensable à la vie et très abondant chez les êtres vivants, il fait partie du squelette carboné des molécules organiques. Il peut être associé à n'importe quel bioélément.
• l'Oxygène : élément très électronégatif qui permet d'obtenir de l'énergie par la respiration aérobie. De plus, il forme des liaisons polaires avec l'hydrogène, donnant lieu à des radicaux polaires solubles dans l'eau (-OH, -CHO, -COOH).
• l'Azote : principalement sous forme de groupe amino (-NH₂) présent dans les protéines puisqu'il fait partie de tous les acides aminés. On le trouve également dans les bases azotées des acides nucléiques. Pratiquement tout l'azote est incorporé dans le monde vivant sous forme d'ion nitrate par les plantes. L'azote gazeux n'est utilisé que par certaines bactéries du sol et certaines cyanobactéries.
• le Phosphore : On le trouve principalement sous forme de groupe phosphate (PO₄^3-) faisant partie des nucléotides. Forme des liens riches en énergie qui permettent un échange facile (ATP).
• le Soufre : il se trouve avant tout sous forme de radical sulfhydryle (-SH) faisant partie de nombreuses protéines où elles créent des liaisons disulfure essentielles à la stabilité de la structure tertiaire et quaternaire. On le trouve également dans la coenzyme A, essentielle pour diverses voies métaboliques universelles, telles que le cycle de Krebs.

Bioéléments secondaires

Les bioéléments secondaires se trouvent dans une proportion plus faible chez tous les êtres vivants, sous forme ionique, dans une proportion de 3 %. Ils sont classés en deux groupes : les essentiels (indispensables) et les facultatifs (variables) :

1. les bioéléments secondaires essentiels (ou oligo-éléments) : Ils sont présents chez tous les êtres vivants. Les plus abondants sont le sodium, le potassium, le magnésium et le calcium. Les ions sodium, potassium et chlorure participent au maintien du degré de salinité de l'environnement interne et à l'équilibre des charges des deux côtés de la membrane. Les ions sodium et potassium sont essentiels à la transmission de l'influx nerveux. Le calcium sous forme de carbonate donne naissance aux coquillages et au squelette de nombreux animaux. L'ion calcium intervient dans de nombreuses réactions, telles que les mécanismes de contraction musculaire, la perméabilité des membranes, etc. Le magnésium est un composant de la chlorophylle et de nombreuses enzymes. Il est impliqué dans la synthèse et la dégradation de l'ATP, dans la réplication de l'ADN et dans sa stabilisation, etc.:
   • Calcium (Ca),
   • Sodium (Na),
   • Potassium (K),
   • Magnésium (Mg),
   • chlore (Cl),
   • fer (foi),
   • iode (I),
   • cuivre (Cu).
2. Bioéléments secondaires variables : Ils sont présents chez certains êtres vivants :
   • bore (B),
   • Brome (Br),
   • fluor (F),
   • Manganèse (Mn),
   • Silicium (oui),
   • Chrome (Cr).

Classification

Les bioéléments sont également classés en fonction de leur abondance en majorité, trace et ultratrace :

• Bioéléments essentiels (majeurs) : Ils sont présents en quantités supérieures à 0,1 % du poids du corps. Oxygène (O), carbone (C), hydrogène (H), azote (N), calcium (Ca), phosphore (P), soufre (S), chlore (Cl) et sodium (Na).
• Bioéléments trace : Ils sont présents dans une proportion comprise entre 0,1 % et 0,0001 % du poids d'un être vivant. Entre autres, le silicium (Si), le magnésium (Mg) et le cuivre (Cu) sont inclus.
• Bioéléments ultratrace : Ils sont présents en quantités inférieures à 0,0001 %, par exemple d'iode (I), de manganèse (Mn) ou de cobalt (Co).

Les bioéléments traces et ultratraces sont généralement désignés dans leur ensemble, les éléments traces (ou éléments temporaires), car le préfixe grec "oligo" signifie "peu", pour indiquer leur faible présence chez les êtres vivants. 60 oligo-éléments ont été isolés, mais seulement 14 d'entre eux sont considérés comme communs dans presque tous les êtres vivants.

Tableau périodique et bioéléments :

Les bioéléments, primaires et secondaires, sont mis en évidence dans cette table périodique simplifiée.

Proportion

La proportion des divers bioéléments est très différente de celle trouvée dans l'atmosphère, l'hydrosphère ou la croûte terrestre; ils indiquent que la vie a sélectionné les éléments les plus appropriés pour former leurs structures et remplir leurs fonctions. Par exemple, le carbone représente environ 20 % du poids des organismes, mais leur concentration dans l'atmosphère, sous forme de dioxyde de carbone, est très faible, de sorte que les êtres vivants extraient et concentrent cet élément dans leurs tissus.

Proportion de certains bioéléments dans le corps humain :

Ce tableau montre la proportion de certains bioéléments dans le corps humain par rapport à ce qu'ils sont dans le reste de la Terre (lithosphère, atmosphère et hydrosphère).

Biomatériaux acellulaires de réparation cartilagineuse

Le cartilage est un tissu porteur avasculaire dans les articulations qui se compose de chondrocytes répartis dans une matrice extracellulaire dense. Le cartilage a une capacité de réparation très limitée chez l'adulte et peu de traitements ont été développés pour améliorer la réparation après une blessure ou une maladie. Les approches cliniques actuelles comprennent le transfert de tissu (plastie), la délivrance de cellules [implantation de chondrocytes autologues (ACI)] ou l'introduction de progéniteurs endogènes dans le site du défaut à partir de la moelle osseuse sous-jacente (microfracture). Chacune de ces méthodes est limitée par les dommages causés au cartilage natif ou par la qualité du tissu de réparation qui se forme, et de nombreux patients évolueront probablement vers une arthroplastie totale.

Les approches de thérapie cellulaire pour la réparation du cartilage sont sur le marché depuis plus d'une décennie. Les cellules sont simplement injectées dans un défaut seul ou implantées avec un support de biomatériau. Les principales limitations de ces approches sont que les tissus potentiellement sains sont endommagés pour isoler les cellules ou les fragments de tissus et la plupart impliquent des coûts substantiels associés à l'expansion cellulaire dans une installation GMP. Pour la thérapie par cellules souches, notre compréhension limitée des cellules souches en ce qui concerne la différenciation terminale et l'hypertrophie (formation de phénotypes osseux indésirables) et les propriétés inférieures du tissu formé limitent la traduction.

Compte tenu des limites des approches cellulaires, un nouvel objectif dans la réparation du cartilage favorise l'activité des sources de cellules progénitrices endogènes par le biais de biomatériaux acellulaires. En particulier, la chondrogenèse autologue induite par la matrice (AMIC) est la combinaison de la technique originale de microfracture (la libération de sang et de moelle du tissu sous-chondral dans le défaut) avec des échafaudages acellulaires. La majorité de ces échafaudages sont les mêmes que ceux utilisés pour les approches d'administration de cellules, y compris les membranes ou échafaudages de collagène, les mailles d'hyaluronane et les échafaudages synthétiques poreux. Ces biomatériaux sont conçus pour attirer les cellules par chimiotaxie vers les produits de dégradation et pour stabiliser structurellement le caillot pour initier une réponse de réparation plus robuste par rapport à la microfracture seule. Il est reconnu que cette approche peut ne pas produire de tissu identique à celui du cartilage natif; cependant, le tissu formé peut prévenir d'autres dommages, entraînant un succès clinique pour le patient.

En rapport avec "bioélément"

• écomatériau

  

  Un écomatériau est un produit naturel et sain, un matériau biosourcé, exempts de composés chimiques de synthèse et qui ne nuit pas à l'homme et à la planète...

• biomimétisme

  

  Le biomimétisme est la pratique consistant à concevoir des matériaux, des processus ou des produits inspirés des organismes vivants ou des relations...

• nacre

  

  Chez les mollusques, la nacre est une couverture interne de la coquille formée par empilement régulier de couches de conchyoline et de cristaux d'aragonite.

• élément-trace

  

  Un élément-trace est un élément nutritif, un nutriment sous forme de bioélément, essentiel pour la vie et la croissance d'un organisme.