★ À maîtriser
Compléments
Liaison covalente : partage d’électrons ; liaison ionique : attraction de charges opposées.
★ À maîtriser
📌 Une molécule polaire possède des liaisons covalentes polarisées entre des atomes électronégatifs et électropositifs, tandis qu’une molécule apolaire ne possède pas de liaisons covalentes polarisées.
📌 Une molécule inorganique est une matière minérale qui n’apporte pas d’énergie à l’organisme, tandis qu’une molécule organique est issue d’êtres vivants et constitue une source d’énergie.
Compléments
H₂O et HCl sont des molécules polaires, tandis que O₂, Cl₂, N₂, CO₂ et les hydrocarbures comme CH₄ sont apolaires.
Les principales molécules organiques sont :
Polaire avec l’eau, apolaire avec les solvants organiques.
★ À maîtriser
📌 Un cation est positif car il a perdu un ou plusieurs électrons, tandis qu’un anion est négatif car il en a gagné un ou plusieurs.
📌 Le Na⁺ est le principal cation extracellulaire et sa concentration est supérieure à l’extérieur de la cellule, tandis que le K⁺ est plus concentré à l’intérieur qu’à l’extérieur.
Compléments
Dans l’eau, le chlorure de sodium se dissocie en ions sodium et chlorure selon l’équation .
Le phosphate de calcium, de formule Ca₃(PO₄)₂, est le sel minéral le plus abondant de l’organisme et contribue à la solidité des os et des dents.
Les principaux ions d’une cellule sont :
Lors de la synthèse d’un polymère à partir de molécules plus petites, des liaisons chimiques se rétablissent et une molécule d’eau est libérée.
L’eau participe au transport des molécules et à la thermorégulation ; chez l’humain, la température interne est de 37 °C et la sudation évacue de la chaleur par vaporisation de l’eau.
L’eau rompt les liaisons par hydrolyse ; la synthèse les rétablit et libère de l’eau.
★ À maîtriser
📌 Le ribose est un pentose à cinq carbones, tandis que le glucose, le galactose et le fructose sont des hexoses à six carbones et des isomères de formule C₆H₁₂O₆.
Lors de la synthèse d’un disaccharide, un groupe hydroxyle d’un monosaccharide se combine à l’hydrogène d’un autre, libère une molécule d’eau et forme une liaison glycosidique covalente.
L’amidon est un polysaccharide de 500 à 1 000 unités de glucose, composé d’amylose et d’amylopectine, synthétisé par les feuilles lors de la photosynthèse et utilisé comme réserve énergétique végétale.
📌 L’amidon est le sucre de réserve des plantes, tandis que le glycogène est stocké chez les animaux dans le muscle et le foie.
Compléments
Le glucose a pour formule brute C₆H₁₂O₆ et contient 24 atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène ; c’est un composé ternaire.
Le nom d’un glucide simple se termine par « ose », et plusieurs monosaccharides liés forment un polysaccharide ou polyoside.
L’hydrolyse d’un disaccharide nécessite l’ajout d’une molécule d’eau pour rompre sa liaison covalente.
Les principaux polysaccharides importants pour les organismes vivants sont :
L’amidon est insoluble dans l’eau froide et l’amylase de la salive et du pancréas permet à l’être humain de le digérer.
Les glucides constituent la principale source énergétique de la cellule ; le glucose est utilisé directement et l’excédent est stocké sous forme de glycogène chez les animaux ou d’amidon chez les plantes.
Monosaccharides → disaccharides → polysaccharides.
★ À maîtriser
Les lipides sont insolubles dans l’eau et solubles dans des solvants organiques comme l’alcool et l’éther.
La synthèse d’un triglycéride forme trois liaisons entre le glycérol et les acides gras et libère trois molécules d’eau ; son hydrolyse nécessite trois molécules d’eau.
Les triglycérides sont apolaires, non miscibles avec l’eau et représentent 80 % des lipides de l’organisme.
📌 Les acides gras saturés ne possèdent que des liaisons simples et se trouvent dans les graisses animales, tandis que les acides gras insaturés possèdent des liaisons doubles, plus rarement triples, et se trouvent dans les huiles végétales.
📌 Un triglycéride contient trois acides gras et est apolaire, tandis qu’un phospholipide contient deux acides gras et un groupement phosphate, avec une tête polaire hydrophile et une queue apolaire hydrophobe.
Compléments
Les trois grands groupes de lipides sont :
Les triglycérides sont stockés dans les adipocytes du tissu adipeux, où ils constituent une réserve énergétique et une barrière thermique.
📌 Les lipides possèdent des carbones organisés en longues chaînes linéaires, tandis que les stéroïdes présentent des carbones organisés en cycles, comme les quatre cycles du cholestérol.
★ À maîtriser
Les protéines ont des fonctions de construction, enzymatiques, hormonales, de récepteur et de transport ; elles contiennent principalement C, H, O et N et peuvent aussi contenir P et S.
Il existe 20 acides aminés ; chacun possède un carbone central lié à une fonction amine NH₂, une fonction acide COOH, un hydrogène et un radical R variable.
Lors de la formation d’une liaison peptidique entre deux acides aminés, le OH de la fonction acide du premier et le H de la fonction amine du second libèrent une molécule d’eau, puis le carbone du premier se lie à l’azote du second.
Compléments
📌 Les acides aminés essentiels sont apportés par l’alimentation, tandis que les acides aminés non essentiels sont fabriqués par l’organisme.
Les 20 acides aminés diffèrent par leur radical R ; la glycine est le plus simple, avec R = H, et le tryptophane est le plus gros.
Un dipeptide contient deux acides aminés, un tripeptide en contient trois, un polypeptide en contient de quatre à plus de 1 000 et une protéine en contient plus de 50.
Une température élevée ou une baisse de pH peut dénaturer une protéine en rompant ses liaisons hydrogène, ce qui lui fait perdre sa configuration tridimensionnelle et sa fonction ; lorsque les paramètres reviennent à la normale, la protéine peut retrouver sa fonction.
L’hémoglobine transporte l’oxygène dans l’organisme et comporte quatre sous-unités de globine, chacune associée à un hème qui fixe l’O₂.
Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire.
★ À maîtriser
📌 Les protéines fibreuses sont linéaires, stables et insolubles dans l’eau, tandis que les protéines globulaires ont une forme sphérique tridimensionnelle et sont solubles dans les liquides physiologiques.
Compléments
L’insuline est une protéine globulaire formée de deux chaînes d’acides aminés reliées par des ponts disulfure et peut interagir avec les récepteurs à insuline.
Les immunoglobulines, ou anticorps, interagissent avec des antigènes spécifiques.
Fibreuses : structurales et stables ; globulaires : fonctionnelles et sphériques.
📌 Toutes les enzymes sont des protéines globulaires, mais toutes les protéines globulaires ne sont pas des enzymes.
Globulaire fonctionnelle, fibreuse stable
★ À maîtriser
📌 Une réaction exergonique libère de l’énergie, est spontanée sans apport énergétique extérieur et présente ΔG < 0 ; la respiration cellulaire en est un exemple.
📌 Une réaction endergonique nécessite un apport d’énergie et présente ΔG > 0 ; la photosynthèse et la synthèse des protéines en sont des exemples.
À température ambiante, l’hydrolyse du saccharose prend des mois ou des années sans saccharase, contre quelques secondes en présence de saccharase.
Une enzyme peut augmenter la vitesse d’une réaction de plus de 1000 fois et reste intacte à l’issue de la réaction.
📌 Une enzyme abaisse l’énergie d’activation et accélère la réaction sans modifier la valeur de ΔG ni transformer une réaction endergonique en réaction exergonique.
Compléments
Lors de l’hydrolyse digestive du saccharose, ce disaccharide non assimilable en l’état est scindé en glucose et fructose, et la réaction exergonique présente ΔG < 0.
La saccharase est un catalyseur biologique synthétisé par les cellules de la muqueuse de l’intestin grêle.
🔄 Une réaction exergonique se déroule selon les étapes suivantes :
Exergonique libère, endergonique nécessite
★ À maîtriser
La réaction enzymatique débute par la liaison spécifique de l’enzyme au substrat sur le site actif, forme le complexe ES, transforme le substrat au site catalytique, puis libère les produits et laisse le site actif libre.
Les enzymes sont actives en très faible quantité et accélèrent les réactions des organismes vivants d’un facteur 10⁶ au minimum.
Compléments
ES → ajustement induit → catalyse → libération
★ À maîtriser
📌 À température très élevée, entre 45 et 60 °C, la vitesse de réaction enzymatique diminue parce que l’enzyme est dénaturée et inactive lorsque ses liaisons non covalentes sont rompues.
📌 La double spécificité enzymatique associe la spécificité d’action, qui limite l’enzyme à un type de réaction, et la spécificité de substrat, qui la limite à des substrats spécifiques.
Compléments
📌 Le nom d’une enzyme est généralement formé en ajoutant le suffixe « -ase » au nom de son substrat, comme uréase pour l’urée et protéases pour les protéines.
Les enzymes intracellulaires agissent pour la plupart à pH neutre, tandis que la pepsine gastrique a un pH optimal de 2 et la trypsine intestinale un pH optimal de 9.
Le trypsinogène produit par le pancréas est une proenzyme inactive qui est clivée sous l’action d’une autre enzyme pour devenir trypsine active.
📌 Les exoenzymes agissent à l’extérieur des cellules, les endoenzymes à l’intérieur des cellules, et les ribozymes sont des enzymes constituées d’ARN plutôt que de protéines.
★ À maîtriser
📌 L’ARN contient un ribose, tandis que l’ADN contient un désoxyribose dépourvu de groupement hydroxyle sur le carbone 2’.
L’ADN contient l’adénine, la cytosine, la guanine et la thymine ; l’ARN partage l’adénine, la cytosine et la guanine, mais contient l’uracile à la place de la thymine.
L’ADN est une molécule bicaténaire en double hélice dont les deux chaînes sont reliées par des liaisons hydrogène faibles et dont les bases sont complémentaires : A s’apparie avec T et G avec C.
Un gène est une portion d’ADN qui porte un caractère spécifique, et l’ordre des nucléotides de l’ADN représente une information génétique.
L’ARN messager est une copie informative de l’ADN, transcrite dans le noyau, exportée vers le cytoplasme par les pores nucléaires et dégradée après une courte durée de vie.
L’hydrolyse de l’ATP nécessite l’ajout d’une molécule d’eau et d’une enzyme, l’ATPase ou ATPsynthase, rompt une liaison phosphate et libère de l’énergie utilisable par la cellule.
Compléments
📌 Les bases puriques sont l’adénine et la guanine, formées de deux cycles aromatiques, tandis que les bases pyrimidiques sont la cytosine, la thymine et l’uracile, formées d’un seul cycle aromatique.
L’ARN ribosomal participe à la fabrication des ribosomes, qui lient les acides aminés pour former une protéine.
L’ARN de transfert a une forme de trèfle et possède un site de fixation pour l’ARNm et un autre pour un acide aminé ; il transporte les acides aminés et participe à l’assemblage des protéines.
ADN : thymine ; ARN : uracile
★ À maîtriser
📌 L’anabolisme synthétise des molécules organiques complexes à partir de molécules simples en consommant de l’énergie sous forme d’ATP, tandis que le catabolisme dégrade des molécules.
📌 L’oxydation correspond à une perte d’électrons, tandis que la réduction correspond à un gain d’électrons.
Les étapes de la respiration cellulaire sont : la glycolyse dans le cytoplasme, le cycle de Krebs dans la mitochondrie, la phosphorylation oxydative dans la mitochondrie
La glycolyse se déroule dans le cytosol de toutes les cellules sans dépendre de l’oxygène et dégrade le glucose en pyruvate.
Le bilan de la glycolyse d’une molécule de glucose est de deux pyruvates, deux ATP nets et deux NADH + H⁺.
En aérobiose, le pyruvate poursuit son métabolisme dans le cycle de Krebs ; en anaérobiose, il s’engage dans la fermentation.
Le cycle de Krebs oxyde l’acétyl-CoA, issu des sucres, lipides et protéines, pour générer de l’énergie sous forme d’ATP ; chez les cellules eucaryotes, il se déroule dans la matrice mitochondriale.
La phosphorylation oxydative produit la majeure partie de l’ATP de la respiration cellulaire et comprend la chaîne de transporteurs d’électrons puis la chimiosmose.
La chaîne de transport d’électrons transfère les électrons du NADH₂ et du FADH₂ à l’oxygène, accepteur final, par des réactions d’oxydoréduction qui libèrent de l’énergie sans produire directement d’ATP.
Les protons accumulés dans l’espace intermembranaire traversent l’ATP synthase selon leur gradient de concentration, font tourner son rotor et sa tige interne, puis activent la tête catalytique qui phosphoryle l’ADP en ATP.
Compléments
Le NAD et le FAD sont des transporteurs et des accepteurs d’électrons.
Le cycle de Krebs a été décrit par Hans A. Krebs dans les années 1930, et ses travaux lui ont valu le prix Nobel de physiologie et de médecine en 1953.
La mitochondrie est un organite des cellules eucaryotes, absent des hématies, qui possède une double membrane et son propre ADN d’origine maternelle.
Glycolyse → Krebs → phosphorylation oxydative
★ À maîtriser
Compléments
Lors de la fermentation alcoolique, les pyruvates sont décarboxylés en acétaldéhydes avec libération de CO₂, les acétaldéhydes sont réduits en éthanol par les protons issus de l’oxydation du NADH, et le NAD⁺ est régénéré.
Les levures réalisent la fermentation alcoolique utilisée pour produire du pain, du vin, de la bière et du champagne ; le CO₂ produit fait gonfler la pâte à pain et forme les bulles du champagne.
Lors de la fermentation lactique, les pyruvates sont réduits en lactate grâce aux H⁺ issus de l’oxydation du NADH, ce qui régénère le NAD⁺.
Les bactéries Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus fermentent le lait pour produire des yaourts et des fromages.
Lors d’un effort physique intense, la dégradation du glucose peut être plus rapide que l’apport en O₂.
Un organe est un ensemble formé de plusieurs tissus, un système ou appareil réunit des organes qui interagissent, et un organisme rassemble tous les systèmes ou appareils.
Fermentation sans O₂, respiration avec chaîne de transporteurs
| Liaison | Mécanisme | Énergie |
|---|---|---|
| Covalente | Partage de paires d’électrons | Forte, 150 à 850 kJ/mol |
| Ionique | Attraction entre ions opposés | Forte dans l’environnement |
| Hydrogène | Met en jeu un atome d’hydrogène | Faible, 15 à 40 kJ/mol |
| Type | Structure | Propriété |
|---|---|---|
| Triglycéride | Glycérol et trois acides gras | Neutre et apolaire |
| Phospholipide | Glycérol, deux acides gras et phosphate | Tête hydrophile, queue hydrophobe |
| Stéroïde | Carbones organisés en cycles | Le cholestérol stabilise la membrane |
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