★ À maîtriser
📌 Une liaison ionique résulte de l’interaction entre des ions de charges opposées, comme Na⁺ et Cl⁻, tandis qu’une liaison hydrogène met toujours un H en jeu et relie notamment des molécules d’eau entre elles.
📌 Une molécule polaire possède des liaisons covalentes polarisées dont les moments dipolaires ne se compensent pas, tandis qu’une molécule apolaire ne possède pas de liaison covalente polarisée ou possède des liaisons polarisées dont les moments dipolaires se compensent.
Compléments
Pour un atome dont le nombre de nucléons A vaut 7 et le nombre de protons Z vaut 3, le nombre de neutrons est A − Z, soit 4.
Les liaisons covalentes sont fortes, agissent à courte distance et mettent en jeu une énergie de 150 à 850 kJ/mol.
La liaison ionique est forte dans l’environnement et nécessite beaucoup d’énergie pour être brisée, tandis que la liaison hydrogène est faible et possède une énergie de 15 à 40 kJ/mol.
L’eau, molécule polaire, dissout les solutés ioniques et polaires comme le glucose, tandis que le cyclohexane, solvant apolaire, dissout des solutés apolaires comme l’huile.
★ À maîtriser
📌 La perte d’un électron produit un cation positif et correspond à une oxydation, tandis que le gain d’un électron produit un anion négatif et correspond à une réduction.
📌 Na⁺ est le principal cation extracellulaire et se trouve davantage à l’extérieur qu’à l’intérieur de la cellule, tandis que K⁺ est plus abondant à l’intérieur qu’à l’extérieur.
Compléments
📌 Les molécules inorganiques sont des matières minérales qui n’apportent pas d’énergie à l’organisme, tandis que les molécules organiques issues des êtres vivants constituent des sources d’énergie et sont principalement composées de C, H, O et N.
Les principales molécules organiques sont les glucides (55 %), les protéines (15 %), les lipides (30 %) et les acides nucléiques (ADN et ARN).
Chez l’être humain, la température interne est de 37 °C et doit rester constante ; l’eau contribue à cette thermorégulation.
Lors de la synthèse d’un polymère à partir de molécules plus petites, les liaisons chimiques se rétablissent et une molécule d’eau est libérée.
L’eau dissout le sel de cuisine en ions sodium Na⁺ et chlorure Cl⁻.
Le phosphate de calcium Ca₃(PO₄)₂ est présenté comme le sel le plus abondant de l’organisme et contribue à la solidité des os et des dents.
Les principaux ions d’une cellule sont :
★ À maîtriser
📌 Le ribose et le désoxyribose sont des pentoses à 5 carbones, tandis que le glucose, le galactose et le fructose sont des hexoses à 6 carbones.
Lors de la synthèse d’un disaccharide, le groupe hydroxyle OH d’un monosaccharide se combine à l’hydrogène d’un autre, libérant une molécule d’eau et formant une liaison glycosidique.
L’amidon est un polymère de 500 à 1 000 unités de glucose, composé d’amylose et d’amylopectine, et constitue une réserve d’énergie et de nutriments chez les plantes.
📌 L’amidon est la forme de réserve glucidique des plantes, tandis que le glycogène est la forme de stockage du sucre chez les animaux et les champignons.
Compléments
Le glucose, de formule brute C₆H₁₂O₆, comporte 24 atomes et trois éléments différents, C, H et O ; c’est donc un composé ternaire.
Les sucres simples contiennent de 3 à 7 atomes de carbone associés à l’oxygène et à l’hydrogène, et leur formule générale est (CH₂O)ₙ.
📌 Le glucose, le galactose et le fructose sont des isomères de formule C₆H₁₂O₆, car ils ont la même formule chimique mais une organisation différente de leurs atomes.
L’hydrolyse d’un disaccharide nécessite l’ajout d’une molécule d’eau pour rompre sa liaison covalente et séparer les monosaccharides.
Les principaux polysaccharides cités sont :
L’amidon est synthétisé par les feuilles lors de la photosynthèse et est insoluble dans l’eau froide.
★ À maîtriser
📌 Les lipides sont insolubles dans l’eau, mais solubles dans des solvants organiques comme l’alcool et l’éther.
📌 Les acides gras saturés ne comportent que des liaisons simples et se trouvent notamment dans les graisses animales, tandis que les acides gras insaturés comportent des liaisons doubles, plus rarement triples, et se trouvent notamment dans les huiles végétales.
📌 Un triglycéride possède trois chaînes d’acides gras et est apolaire, tandis qu’un phospholipide possède deux chaînes d’acides gras et un groupement phosphate formant une tête polaire hydrophile et une queue apolaire hydrophobe.
Compléments
Les trois grands groupes de lipides sont :
Les triglycérides constituent 80 % des lipides de l’organisme et sont stockés dans les adipocytes du tissu adipeux.
Les triglycérides stockés dans le tissu adipeux constituent une réserve d’énergie et contribuent à former une barrière thermique avec le milieu extérieur.
Dans la bicouche membranaire, les têtes polaires hydrophiles des phospholipides font face aux milieux aqueux et leurs queues hydrophobes forment le cœur interne de la membrane.
📌 Les stéroïdes possèdent des atomes de C, H et O organisés en cycles, tandis que les autres lipides décrits possèdent des chaînes carbonées linéaires.
Le cholestérol représente 15 à 50 % des lipides et se trouve dans les membranes plasmiques des cellules animales entre les couches lipidiques.
Le cortisol est une hormone stéroïde synthétisée par les glandes surrénales et possède un rôle anti-inflammatoire.
La tête phospholipidique attire l’eau, tandis que sa queue la repousse.
★ À maîtriser
Les protéines contribuent à la construction de l’organisme et peuvent aussi avoir des fonctions enzymatiques, hormonales, de récepteur ou de transport.
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 sont libérés sous forme d’eau, puis le carbone du premier se lie à l’azote du second.
Compléments
📌 Les acides aminés non essentiels sont fabriqués par l’organisme, tandis que les acides aminés essentiels sont apportés par l’alimentation.
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 rompre des liaisons hydrogène, déplier une protéine et lui faire perdre sa conformation tridimensionnelle et sa fonction ; lorsque les paramètres reviennent à la normale, la protéine peut retrouver sa fonction.
L’hémoglobine transporte l’O₂ dans l’organisme et est composée de quatre sous-unités, chacune constituée d’une globine associée à un hème contenant du fer qui fixe l’O₂.
Lors de la cuisson d’un œuf, l’ovalbumine du blanc perd sa structure tridimensionnelle sous l’effet de la température et est dénaturée.
Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire.
★ À maîtriser
📌 La plupart des enzymes sont des protéines globulaires, mais certaines sont des ARN catalytiques appelés ribozymes ; toutes les protéines globulaires ne sont pas des enzymes.
Compléments
La kératine α est constituée de deux hélices α enroulées l’une autour de l’autre, avec des ponts disulfures entre les chaînes ; la kératine rend rigides les ongles, la couche cornée de la peau, les cornes, les cheveux, les poils et les plumes.
Le derme de la peau et les os sont formés de fibres de collagène.
Le collagène est formé de trois chaînes polypeptidiques enroulées en une triple hélice stabilisée par des liaisons hydrogène, et ces triples hélices s’assemblent en grosses fibres très résistantes visibles au microscope électronique.
L’insuline est une protéine globulaire composée de deux chaînes d’acides aminés reliées par des ponts disulfures ; sa conformation lui permet d’interagir avec les récepteurs à insuline.
Fibres stables et structurales ; globules fonctionnels et solubles
La respiration cellulaire décompose le glucose en CO₂ et H₂O ; cette réaction exergonique libère de l’énergie et présente un ΔG < 0.
Au cours de la digestion, le saccharose est hydrolysé en glucose et fructose, car il n’est pas assimilable en l’état ; cette hydrolyse est exergonique.
Dans une réaction exergonique, l’énergie d’activation permet aux réactifs d’atteindre un état de transition où les liaisons se déforment et se rompent avant la formation de nouvelles liaisons ; l’énergie libérée dépasse l’énergie absorbée.
Exergonique : ΔG < 0 ; endergonique : ΔG > 0
★ À maîtriser
📌 Une enzyme abaisse l’énergie d’activation d’une réaction sans modifier son ΔG et ne peut pas transformer une réaction endergonique en réaction exergonique.
📌 La double spécificité enzymatique comprend la spécificité d’action, qui limite le type de réaction catalysée, et la spécificité de substrat, qui limite les substrats sur lesquels l’enzyme agit.
Compléments
Les enzymes accélèrent les réactions chimiques dans les organismes vivants d’un facteur 10⁶ au minimum et sont actives en très faible quantité.
La saccharase hydrolyse le saccharose en quelques secondes à température ambiante, alors que l’eau et le saccharose seuls peuvent nécessiter des mois ou des années.
Le nom d’une enzyme est souvent formé en ajoutant le suffixe « -ase » au nom de son substrat, comme l’uréase pour l’urée et les protéases pour les protéines.
La température optimale des enzymes humaines se situe entre 35 et 45 °C ; vers 45–60 °C, leur activité diminue car elles se dénaturent.
Le pH optimal varie selon les enzymes : la plupart des enzymes intracellulaires agissent à pH neutre, la pepsine gastrique à pH 2 et la trypsine intestinale à pH 9.
Le trypsinogène est une proenzyme inactive produite par le pancréas, puis clivée par une autre enzyme en trypsine active ; cette production inactive protège le pancréas de la digestion enzymatique.
📌 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.
Enzyme + substrat → complexe ES → produits libérés
★ À maîtriser
📌 L’ADN contient de l’adénine, de la cytosine, de la guanine et de la thymine, tandis que dans l’ARN la thymine est remplacée par l’uracile.
Dans l’ADN, l’adénine s’apparie avec la thymine et la guanine avec la cytosine ; l’ordre des nucléotides porte l’information génétique.
L’ATP est un nucléotide composé d’adénine, de ribose et de trois groupements phosphate reliés par des liaisons riches en énergie.
L’hydrolyse de l’ATP, qui nécessite de l’eau et une enzyme, rompt une liaison phosphate et libère de l’énergie utilisable par la cellule ; la phosphorylation de l’ADP par Pi reconstitue l’ATP et libère de l’eau.
Compléments
📌 Dans l’ARN, l’ARNm porte l’information de fabrication d’une protéine, tandis que l’ARNr participe à la constitution des ribosomes et que l’ARNt transporte les acides aminés et possède des sites de fixation pour l’ARNm et un acide aminé.
ADN : thymine ; ARN : uracile
★ À maîtriser
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 dégrade le glucose en deux pyruvates dans le cytosol, sans dépendre de l’oxygène, et fournit à la cellule de l’ATP et du NADH + H⁺.
La glycolyse consomme deux ATP et en produit quatre, soit un gain net de deux ATP par molécule de glucose, ainsi que deux pyruvates et deux NADH + H⁺.
Compléments
L’anabolisme synthétise des molécules organiques complexes à partir de molécules simples en consommant de l’énergie sous forme d’ATP.
Une oxydation correspond à une perte d’électrons, tandis qu’une réduction correspond à un gain d’électrons.
En présence d’oxygène, le pyruvate poursuit son métabolisme dans le cycle de Krebs ; en son absence, il s’engage dans la fermentation.
Le cycle de Krebs, décrit par Hans A. Krebs dans les années 1930, oxyde l’acétyl-CoA issu des sucres, des lipides ou des protéines afin de produire de l’énergie sous forme d’ATP.
Le cycle de Krebs a lieu dans la matrice mitochondriale des cellules eucaryotes ; avant le cycle, le pyruvate est converti en acétyl-CoA.
Glycolyse → Krebs → phosphorylation oxydative
★ À maîtriser
La phosphorylation oxydative produit la majeure partie de l’ATP de la respiration cellulaire et comprend une chaîne de transport d’électrons et la chimiosmose.
La chaîne de transport d’électrons est formée de quatre complexes multiprotéiques de la membrane interne mitochondriale qui transmettent les électrons jusqu’à l’oxygène, l’accepteur final.
La chimiosmose est la synthèse d’ATP à partir du gradient de protons H⁺ et a été documentée par P. Mitchell, qui a reçu le prix Nobel de chimie en 1978.
Compléments
La mitochondrie est un organite des cellules eucaryotes doté d’une double membrane, présent dans les cellules à l’exception des hématies, et dont le rôle essentiel est de produire de l’ATP.
La membrane mitochondriale externe est riche en porines et perméable aux ions et aux petites molécules par transport passif, tandis que le passage à travers la membrane interne peut se faire par transport actif ou passif selon les substances et les transporteurs.
La membrane interne mitochondriale forme des crêtes où se déroulent les réactions d’oxydoréduction et de phosphorylation ; la matrice contient notamment l’ADN mitochondrial, des ARN et des systèmes enzymatiques.
📌 La chaîne de transport d’électrons libère de l’énergie au cours de réactions d’oxydoréduction, mais ne produit pas directement d’ATP.
Pendant le transport des électrons, des protons H⁺ s’accumulent dans l’espace intermembranaire et leur retour vers la matrice à travers l’ATPase exploite le gradient de concentration.
L’ATPase comprend quatre parties :
Les H+ s’accumulent entre les deux membranes puis reviennent vers la matrice par l’ATPase
Lors de la chimiosmose, les H⁺ suivent leur gradient en traversant le stator puis le rotor de l’ATP synthase, ce qui fait tourner le rotor, la tige interne et active la tête catalytique.
La tête catalytique de l’ATP synthase phosphoryle l’ADP avec du phosphate inorganique pour former de l’ATP.
La source d’énergie de l’ATP synthase est le gradient de H⁺ de part et d’autre de la membrane interne mitochondriale, créé par le flux de H⁺ de la matrice vers l’espace intermembranaire.
Un barrage de protons fait tourner le rotor, qui entraîne la tige et active la tête catalytique.
★ À maîtriser
La fermentation extrait de l’ATP en absence d’oxygène et sans chaîne de transporteurs d’électrons.
Les fermentations alcoolique et lactique commencent par la glycolyse, qui produit 2 pyruvates et 2 ATP.
Lors de la fermentation alcoolique, les deux pyruvates perdent chacun du CO₂ et deviennent des acétaldéhydes, qui sont réduits par les protons issus de l’oxydation du NADH en deux éthanols, tandis que le NAD⁺ est régénéré.
Lors de la fermentation lactique, les deux pyruvates sont réduits par les protons issus de l’oxydation du NADH en deux lactates, tandis que le NAD⁺ est régénéré.
Compléments
Les levures sont utilisées pour fabriquer :
Le CO₂ libéré lors de la fermentation alcoolique est à l’origine des bulles du champagne et du gonflement de la pâte à pain.
La fermentation de bactéries Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus dans le lait permet de fabriquer des yogourts et des fromages.
L’alcoolique libère du CO₂ et produit de l’éthanol ; la lactique forme du lactate.
★ À maîtriser
Compléments
Les protéines sont essentielles au fonctionnement du vivant.
L’ADN est le support de l’information génétique.
Atomes et molécules → organites → cellule → organe → système → organisme.
★ À maîtriser
Compléments
La pompe ATPase Na⁺/K⁺ est présente sur toutes les membranes plasmatiques des cellules animales.
La pompe Na⁺/K⁺ contribue au maintien du potentiel de repos.
| Structure | Organisation | Liaisons ou rôle |
|---|---|---|
| Primaire | Séquence d’acides aminés | Liaisons peptidiques |
| Secondaire | Hélices α et/ou feuillets β | Liaisons hydrogène |
| Tertiaire | Conformation tridimensionnelle | Permet la fonction protéique |
| Quaternaire | Association de polypeptides repliés | Assemblage de plusieurs sous-unités |
| Fermentation | Transformation du pyruvate | Produit final | Particularité |
|---|---|---|---|
| Alcoolique | Décarboxylation puis réduction de l’acétaldéhyde | Éthanol | Libération de CO₂ |
| Lactique | Réduction directe du pyruvate | Lactate | Pas de dégagement de CO₂ indiqué |
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