LES BIOMOLECULES 1 – Notions de chimie 2 – Les macromolécules du vivant

Les niveaux d’organisation de la matière La matière est formée d'atomes. Les atomes s'assemblent en molécules. Les molécules s'assemblent pour former les cellules. Les cellules s'assemblent en tissus. Les tissus en organes. Les organes forment les systèmes. Et les systèmes, les organismes

À chaque niveau, de nouvelles propriétés apparaissent: propriétés émergentes Les molécules ont des propriétés que n'ont pas les atomes les constituant. Les cellules ont des propriétés (la vie) que n'ont pas les molécules, même les plus complexes. Le cerveau (organe) a des propriétés que n'ont pas les neurones (cellules) qui le forment. Etc.

1 - NOTIONS DE CHIMIE L’atome L’élément chimique Les liaisons chimiques Les molécules

L’atome 1 noyau: Protons Neutrons Des électrons

Exemples d’atomes : Oxygène : Sodium : 8 protons 8 neutrons 8 électrons Sodium : 11 protons 12 neutrons 11 électrons

L’élément Un élément est caractérisé par son numéro atomique Un élément peut exister sous différentes formes: Atome Ion Isotope Un élément se conserve au cours d’une transformation chimique Les éléments sont répertoriés dans la classification périodique.

Les 6 éléments les plus abondants de la matière vivante sont : Carbone ( C ) Hydrogène ( H ) Azote ( N ) Oxygène ( O ) Phosphore ( P ) Soufre ( S )

Les liaisons chimiques Ce sont des forces d’attraction qui maintiennent 2 atomes proches l’un de l’autre Elles permettent la stabilisation des 2 atomes par remplissage de la dernière couche électronique (règle de l’octet).

Les types de liaisons chimiques Liaison ionique Liaison covalente Liaison hydrogène

Les liaisons ioniques Liaison entre atomes par transfert d’un ou plusieurs électrons, d’un atome à l’autre L’atome qui donne les électrons devient positif L’atome qui reçoit les électrons devient négatif Exemple : Chlorure de sodium NaCl

La liaison de covalence Une liaison covalente est formée entre 2 atomes par la mise en commun de 2 électrons de leur couche externe. On distingue 2 types de doublets : Le doublet liant localisé entre 2 atomes Le doublet non liant localisé sur un atome On distingue 3 sortes de liaison de covalence: Covalence simple : mise en commun de 1 paire d’électrons Covalence double : mise en commun de 2 paires d’électrons Covalence triple : mise en commun de 3 paires d’électrons Doublet non liant CH3 - CH3 Doublet liant CH3 - CH3

La liaison hydrogène Dans la molécule d’eau :

La liaison hydrogène : Pour stabiliser la structure de molécules Par exemple : Dans la molécule d’ADN entre les bases azotées C avec G : trois liaisons hydrogène

La molécule C’est une combinaison stable d’atomes Les atomes ce sont rapprochés pour compléter leur couche périphérique Les atomes sont liés par une ou plusieurs liaison chimiques L’hydrogène forme 1 liaison chimique L’oxygène peut former 2 liaisons chimiques L’azote peut former 3 liaisons chimiques Le carbone peut former 4 liaisons chimiques

Exemples de molécules Méthane CH4 Méthanol CH3OH Ethanol C2H5OH CH3-CH2OH

La diversité moléculaire

Presque toutes les molécules des êtres vivants sont formées d'atomes de carbones reliés les uns aux autres. Chaînes linéaires Chaînes ramifiées Cycles

CH3-CH2-OH (C2H6O) CH3-O-CH3 (C2H6O aussi) Les mêmes atomes peuvent former des molécules différentes: CH3-CH2-OH (C2H6O) CH3-O-CH3 (C2H6O aussi) = Isomères

Isomère de géométrique Isomère de structure Isomère de position cis trans Isomère optique Isomère de géométrique D est l'image miroir de la forme L Formes D et L de l’alanine

L’alanine est un acide aminé C’est la forme L que l’on retrouve chez les êtres vivants

La vitamine C naturelle est de la forme L Vitamine C forme L Vitamine C forme D La vitamine C naturelle est de la forme L On ne peut pas assimiler et utiliser la forme D (artificielle)

Les atomes de carbone peuvent former des molécules COMPLEXES Cocaïne Molécule de valium Caféïne Molécule de Valium caféine

Chimie des molécules contenant du carbone = chimie organique Matière formée de molécules contenant du carbone = Matière organique

2 - LES MACROMOLECULES DU VIVANT Assemblage de molécules organiques : Monomère = unité structurale de base Polymère = Assemblage de monomères Quatre classes: Glucides (ou sucres) Lipides (ou graisses) Protides Acides nucléiques

Les glucides Source d’énergie pour nos cellules

Les glucides Disaccharides : 2 oses assemblés On divise les glucides en 3 catégories : Monosaccharides : sucres simples (oses) Disaccharides : 2 oses assemblés Polysaccharides : chaîne d’oses

Monosaccharides: Glucose C6H12O6 ; Galactose C6H12O6 ; Fructose C6H12O6

Disaccharides: Saccharose : Glucose-Fructose Formation d’une liaison osidique avec perte d’1 molécule d’eau

Autres disaccharides: Maltose : Glucose-Glucose Lactose : Glucose-Galactose

Polysaccharides: Amidon Grain d'amidon Cellulose Glycogène

Composition des membranes Précurseurs des stéroïdes Réserve d’énergie Source d’énergie Les lipides Composition des membranes Précurseurs des stéroïdes

Les lipides Triglycérides Phospholipides Stéroïdes

Triglycérides: Molécules formées de 1 glycérol relié à 3 acides gras Réserve d’énergie dans nos cellules

Phospholipides: Formés de : 1 glycérol 2 acides gras 1 groupement phosphate Entrent dans la composition des membranes

Les phosphoglycérolipides dans l'eau peuvent s'assembler en une double membrane : Groupement phosphate hydrophile Acides gras hydrophobes

La membrane des cellules est formée d'une double couche de phospholipides associés à d'autres molécules. Glucides Phospholipides Protéines Cholestérol

Stéroïdes: Molécule formée d’un squelette de 4 cycles de carbone = noyau stérol Le plus connu = cholestérol Entre dans la composition des membranes cellulaires. Sert à fabriquer certaines hormones.

Exemples d’hormones stéroïdes:

Les protides Ce sont des polymères d’acides aminés

Il existe 20 acides aminés différents

Formation de la liaison peptidique:

Structure primaire: Ordre dans lequel sont placés les acides aminés 1er acide aminé (Lysine) Ordre dans lequel sont placés les acides aminés 129e acide aminé (Leucine) Exemple : le lysosyme

Structure secondaire: Hélice alpha Feuillet bêta

Feuillet bêta Feuillet antiparallèle Feuillet parallèle

Structure tertiaire: La protéine assemblée se replie sur elle-même pour former une structure tridimensionnelle précise

Liaisons de faible énergie: Pour stabiliser la structure de la protéine

Représentation schématique: Hélice alpha Feuillet bêta Coude

Structure quaternaire: 2 chaînes  2 chaînes  L’hémoglobine est formée de 4 chaînes d’acides aminés: 2 chaînes alpha 2 chaînes bêta

Principales fonctions des protéines Structure Régulation (hormones) Mouvement Transport de molécules Immunité Récepteur et transporteur membranaire Métabolisme (enzymes).

Protéine et maladie héréditaire: Exemple : Anémie falciforme: Globules rouges anormaux Globules rouges normaux

Hémoglobine normale (chaîne ) Hémoglobine anormale (anémie falciforme)

Les acides nucléiques Support de l’hérédité (ADN, ARN) Molécules énergétiques (ATP, AMP)

Les acides nucléiques = Assemblages de nucléotides Monomère = 1 nucléotide Polymère

1 Nucléotide : Base azotée Groupement phosphate Sucre : désoxyribose Pour l’ADN

Les bases azotés et les sucres:

L’ADN constitue les chromosomes

Structure de l’ADN Acide DesoxyriboNucléique Watson et Crick

L’ARN Acide RiboNucléique Intervient dans la synthèse des protéines ARN transfert ARN messager ARN rbosomal ARN transfert

L’ATP AdénosineTriPhosphate Une base azotée : l'adénine Trois groupements phosphates (H3PO4) Un sucre : le ribose = sucre à 5 carbones (pentose)

ATP : forme chimique de stockage de l’énergie Les liaisons phosphates sont faciles à défaire. Séparation d'un phosphate ==> libération d'énergie

Molécules du vivants : GLUCIDES LIPIDES PROTIDES ACIDES NUCLEIQUES

Les molécules organiques du vivants peuvent être utilisées comme: Matériaux de constructions pour nos cellules Source d’énergie pour nos cellules. Nos aliments apportent les molécules organiques dont nous avons besoin.