Les biocristaux, ou cristaux du vivant

Les biocristaux, ou cristaux du vivant[pic 1]

Intro : 

Au cours de l’évolution biologique qui a débuté sur Terre il y a plus de 3,5 milliards d’années, les organismes vivants ont développé une capacité que l’on nomme aujourd’hui biominéralisation. En effet lorsque l’on parle de cristaux nous pensons le plus souvent des roches, mais certains être vivants produisent des minéraux. 

Nous allons voir dans cet exposé plusieurs exemples de ce phénomène, mais pour commencer voici un court historique de la recherche sur les biocristaux puis une explication de leur formation. 

Historique 

1844 : J.S. Bowerbank est le premier à s’intéresser à la structure de la coquille des molusques et à leur composition. Met en évidence le contrôle biologique de la matière par les êtres vivants. 

1930 : Premiers biocristaux obtenus en laboratoire 

1947 : chimiste H.C. Hure suggère que les biocristaux ont des propriétés chimiques et isotopiques spécifiques à chaque type de biocristal. 

La formation des cristaux du vivant ou la biominéralisation : 

Ce terme de “biominéralisation” désigne la production de structures cristallines qu’ils soient procaryotes (bactéries) ou eucaryotes (animaux, végétaux...). Les éléments cristallins synthétisés, ont donc une origine biologique. On a enregistré près de 60 minéraux dans le monde du vivant. Ils servent, entre autres, à la construction de squelettes, de coquilles, ou d’os. La biominéralisation contribue ainsi au soutien, à la défense ou même à la survie pure d’un organisme vivant, dans le meilleur des cas. En effet, ces cristaux peuvent aussi causer des dégradations, chez l’être humain en particulier, comme le montre l’exemple des calculs rénaux que l’on obtient suite à une alimentation généralement mauvaise pour notre organisme. 

Les minéraux produits par l’organisme peuvent être de diverses sortes. Par exemple, les coraux ou même les mollusques produisent du carbonate de calcium, tandis que certains végétaux, comme les algues “diatomées” produisent des silicates. Nos dents et nos os sont, quant à eux, composés majoritairement d’hydroxyapatite. 

Voici les différentes étapes de la biosynthèse :  

- concentration biologique de certaines cellules en ions minéraux 

- création d’une matrice protéique selon le cas échéant 

- nucléation ou cristallisation 

- processus de l’arrêt de la croissance du cristal, permettant d’établir sa forme finale et certaines de ses propriétés mécaniques ou optiques 

 
La coquille de mollusque :  

1. Sa formation 

Au sein même de la coquille se trouve le “manteau” du mollusque : il s’agit d’une couche de tissu ayant pour but la sécrétion de tous les éléments de la coquille. La croissance de la coquille se réalise en longueur et près des bords du “manteau”, l’épaississement se fait à l’intérieur de la coquille. Entre le manteau et une fine couche de protéine couvrant la surface externe de la coquille nommée “périostracum” se trouve le fluide extrapalléal à l’intérieur duquel le phénomène de formation de la coquille suit son cours : c’est un exemple de biominéralisation. Au sein de ce fluide, une réaction enzymatique forme du carbonate de calcium, permettant ainsi le développement de la coquille.  

1. Sa structure 

La coquille du mollusque est donc essentiellement constituée de carbonate de calcium (CaCO3) . Celui-ci peut avoir deux formes minéralogiques différentes : on parle de calcite et d’aragonite. La structure de la coquille dépend donc de sa forme minéralogique : La calcite cristallise dans un système rhomboédrique, c’est-à-dire que sa maille élémentaire est un rhomboèdre (semblable à un cube excepté que les faces sont des losanges et non des carrés), tandis que l’aragonite cristallise dans un système orthorhombique, c’est-à-dire que sa maille élémentaire est un prisme droit à base rectangle (le prisme orthorhombique), et que les trois axes sont de longueurs différentes mais les trois angles sont égaux à 90 degrés 

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