Fiche de révision : Biologie fondamentale du vivant

📋 Plan du Cours

1. Atomes, ions et molécules
2. Molécules organiques et minérales
3. Eau et équilibre hydroélectrolytique
4. Oxygène, azote et éléments minéraux
5. Ionogrammes et déséquilibres ioniques
6. Glucides et énergie
7. Protéines et enzymes
8. Lipides et fonctions biologiques
9. Acides nucléiques et information génétique
10. Vitamines et fonctions essentielles

📖 1. Atomes, ions et molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constituant élémentaire de la matière et plus petit fragment permettant de différencier un élément chimique d’un autre.

★ À maîtriser

• Un atome comprend un noyau chargé positivement, formé de protons et de neutrons, et des électrons chargés négativement.

📌 Un cation résulte de la perte d’un électron, tandis qu’un anion résulte du gain d’un électron.

• Les atomes s’associent par des liaisons covalentes pour former des molécules, selon la valence de chaque atome.

Compléments

• Un atome d’hydrogène comporte 1 proton et 1 électron, tandis qu’un atome d’oxygène comporte 8 protons, 8 neutrons et 8 électrons.

📌 Un élément est constitué d’une seule sorte d’atomes, un composé est une molécule faite d’atomes différents et une substance pure contient des atomes identiques ou des molécules identiques.

📖 2. Molécules organiques et minérales

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule organique : Substance composée d’un squelette d’atomes de carbone.
• Molécule inorganique : Substance qui n’est pas constituée de matière organique, comme les métaux, les sels, l’eau ou le dioxygène.

📝 Points essentiels

• Les cellules sont composées d’environ 70 % d’eau, 18 % de protéines, 5 % de lipides, 2 % de glucides, 1,35 % d’acides nucléiques, 3 % de molécules simples et 1 % d’ions minéraux.

💡 Astuce mémo

Squelette carboné : organique ; absence de matière organique : minérale

📖 3. Eau et équilibre hydroélectrolytique

🔑 Notions clés & Définitions

• Solvant : Substance qui dilue ou extrait d’autres substances, appelées solutés, sans les modifier ni se modifier elle-même.
• Équilibre hydroélectrolytique : Résulte de la régulation de la répartition de l’eau et des électrolytes, c’est-à-dire des anions et des cations, dans l’organisme.

★ À maîtriser

• L’eau représente 70 % de la masse totale des cellules et constitue le principal constituant de la matière vivante.

• Les trois compartiments liquidiens de l’organisme contiennent des électrolytes en proportions précises, indispensables au fonctionnement de l’organisme, mais les concentrations individuelles d’un ion diffèrent entre compartiments.

Compléments

📐 Formule - Une solution est constituée d’un solvant et d’un ou plusieurs solutés : $\text{Solvant} + \text{Soluté(s)} = \text{Solution}$.

• La proportion d’eau dans l’organisme dépend de l’âge, du sexe et de la masse adipeuse.

• L’eau permet l’hydrolyse, qui clive une liaison par ajout d’une molécule d’eau, et la condensation, qui forme une liaison par déshydratation.

• L’évaporation de la sueur contribue à la thermorégulation.

💡 Astuce mémo

Proportions électrolytiques perturbées → déséquilibre hydroélectrolytique

📖 4. Oxygène, azote et éléments minéraux

★ À maîtriser

• Le dioxygène, de formule O₂, représente 21 % de l’air et rejoint la circulation sanguine au niveau des alvéoles pulmonaires.

• Le dioxygène rejoint le sang dans les alvéoles pulmonaires, est transporté principalement par l’hémoglobine des hématies grâce au fer, puis est délivré aux cellules où il participe à la respiration cellulaire et à la production d’énergie.

📌 L’hypoxie est une insuffisance des apports d’oxygène aux cellules, l’hypoxémie une diminution de la quantité d’oxygène dans le sang et l’ischémie une diminution de l’apport sanguin.

Compléments

• Le diazote N₂ représente 78 % de la composition de l’air.

• L’azote intervient dans les bases azotées de l’ADN et de l’ARN, les acides aminés et certains lipides complexes ; le monoxyde d’azote NO est un neuromédiateur, et les produits de dégradation cités sont l’ammoniac NH₃, l’urée formée à partir de NH₃ et de CO₂, et l’acide urique.

• Le dioxyde de carbone CO₂ est le principal déchet du métabolisme, le bicarbonate HCO₃⁻ constitue une réserve alcaline du sang et le monoxyde de carbone CO est un gaz toxique.

• Le phosphore participe au stockage de l’énergie dans l’ATP, à la phosphorylation des protéines, à la composition des os avec le calcium et des phospholipides, ainsi qu’à l’équilibre acido-basique.

• Les oligoéléments sont indispensables à faible dose mais peuvent être toxiques en excès ; le fer transporte l’oxygène, le fluor contribue à la solidité des dents, l’iode entre dans les hormones thyroïdiennes, le zinc, le cuivre, le manganèse, le sélénium et le molybdène sont des cofacteurs enzymatiques, le brome agit sur le système nerveux, le cobalt entre dans la vitamine B12 et le vanadium a un rôle peu connu.

📖 5. Ionogrammes et déséquilibres ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ionogramme : Mesure les électrolytes dissous dans les liquides de l’organisme, généralement dans le plasma sanguin ou les urines, et exprime leurs concentrations en milliéquivalents par litre.

★ À maîtriser

• Dans les milieux extracellulaire et intracellulaire, les concentrations respectives sont de 139 et 14 mmol/L pour Na⁺, de 4 et 140 mmol/L pour K⁺, et de 108 et 4 mmol/L pour Cl⁻.

📌 Le sodium est le principal cation extracellulaire et le potassium le principal cation intracellulaire.

• Les normes plasmatiques indiquées sont de 135–145 mmol/L pour Na⁺, 3,6–5 mmol/L pour K⁺ et 2,2–2,6 mmol/L pour Ca²⁺.

📌 L’hypernatrémie, provoquée par un apport en eau insuffisant, entraîne une hypertonicité plasmatique et une déshydratation intracellulaire, tandis que l’hyponatrémie, provoquée par une perte sodée importante ou une rétention excessive d’eau, entraîne une hyperhydratation intracellulaire.

Compléments

• Le potassium contribue au volume cellulaire, au pH intracellulaire, à l’activité enzymatique, à la synthèse de l’ADN et des protéines, à la croissance cellulaire, au potentiel de repos membranaire, à l’excitabilité neuromusculaire et à la rythmicité cardiaque.

• Le chlorure est le principal anion extracellulaire, accompagne le sodium, et participe à l’équilibre osmotique sanguin, au maintien du pH, à la neutralité électrique et à l’équilibre acido-basique.

• La natrémie reflète l’état d’hydratation intracellulaire ; le sodium intervient aussi dans l’influx nerveux et la contraction musculaire, et sa régulation implique la soif et l’absorption ou l’élimination rénale de l’eau.

• La kaliémie est finement régulée par l’élimination rénale, à laquelle participe l’aldostérone, et le potassium intervient dans la contraction des muscles squelettiques et cardiaque.

• Le calcium représente 2 % du poids corporel ; 99 % se trouve dans les os et 1 % est dissous dans le liquide extracellulaire et les cellules, sous forme ionisée ou associée.

• Le calcium intervient dans la croissance et le développement cellulaire, l’adhésion, la contraction et le mouvement cellulaires, la libération d’hormones et les échanges cellulaires.

• Le magnésium intervient dans la fonction neuromusculaire, le métabolisme énergétique et l’activité de plusieurs centaines d’enzymes.

• Le soufre entre dans la composition des acides aminés cystéine et méthionine, du tissu conjonctif et des vitamines B1 et B8.

• Un ionogramme simple mesure Na⁺, K⁺ et Cl⁻ ; un ionogramme complet ajoute HCO₃⁻ et les protéines ; un ionogramme étendu ajoute Ca²⁺ et HPO₄²⁻.

• L’hyperkaliémie peut résulter d’une insuffisance rénale, d’un hypoaldostéronisme ou d’une acidose métabolique et provoquer une bradycardie, une diminution de la force de contraction et un risque d’arrêt cardiaque.

• L’hypokaliémie peut résulter de pertes digestives ou urinaires excessives, d’un syndrome de Conn ou de Cushing, et provoquer des arythmies et une diminution de la force de contraction cardiaque.

📖 6. Glucides et énergie

★ À maîtriser

• Les glucides représentent 40 à 50 % de l’énergie apportée par l’alimentation et sont stockés sous forme de glycogène dans le foie et les muscles.

📌 Les glucides comprennent les monosaccharides ou oses, les oligosaccharides formés de 2 à 10 unités et les polysaccharides formés de plus de 10 unités.

Compléments

• Les glucides, principalement constitués de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, possèdent une fonction alcool et sont très hydrosolubles.

• Les oses sont classés selon leur nombre de carbones et la nature de leur fonction carbonyle : aldéhyde pour un aldose ou cétone pour un cétose.

• Le saccharose est formé de glucose et de fructose, le lactose de galactose et de glucose, et le maltose de deux molécules de glucose.

💡 Astuce mémo

Oses → oligosaccharides → polysaccharides

📖 7. Protéines et enzymes

★ À maîtriser

• Les protéines sont des macromolécules fabriquées à partir de l’information génétique contenue dans les gènes de l’ADN et assurent notamment le renouvellement, la croissance et la réparation des tissus.

• Les protéines sont constituées d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques ; 20 acides aminés entrent dans leur composition, dont 9 sont essentiels et doivent être apportés par l’alimentation.

📌 La structure primaire d’une protéine est sa séquence d’acides aminés, la structure secondaire comprend des hélices α et des brins ou feuillets β, la structure tertiaire est son repliement tridimensionnel et la structure quaternaire associe plusieurs chaînes polypeptidiques.

• Les enzymes sont des biocatalyseurs protéiques spécifiques de leur substrat, qu’elles transforment en produit.

Compléments

• Les protéines contiennent du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote et du soufre ; les protéines constituent la seule source d’azote de l’organisme.

• Une enzyme se lie à son substrat pour former un complexe enzyme-substrat, puis libère le produit et l’enzyme.

• Une mutation de la phénylalanine hydroxylase peut provoquer une phénylcétonurie, car l’excès de phénylalanine devient toxique pour le cerveau.

• Une déficience de l’enzyme ATP7B dans la maladie de Wilson empêche l’élimination du cuivre, qui s’accumule dans les cellules et atteint notamment le foie, le cerveau et les yeux.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 8. Lipides et fonctions biologiques

★ À maîtriser

• Les lipides représentent environ 20 % du poids du corps, sont insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques apolaires ; ils sont transportés dans le sang par des lipoprotéines.

• Les lipides servent de réserve énergétique sous forme de triglycérides dans le tissu adipeux, constituent les membranes cellulaires sous forme de phospholipides, sont précurseurs de certaines hormones stéroïdes et transportent les vitamines A, D, E et K.

📌 Un acide gras saturé possède des liaisons simples, tandis qu’un acide gras insaturé possède une ou plusieurs doubles liaisons.

• Un phospholipide possède une tête polaire hydrophile et une queue apolaire hydrophobe.

Compléments

• Les glycérides sont formés d’acides gras et de glycérol, tandis que le cholestérol est un stéroïde de formule C₂₇H₄₆O.

• Les normes indiquées sont de 4,1 à 6,2 mmol/L pour le cholestérol total, de moins de 4,1 mmol/L pour le LDL, de plus de 0,9 mmol/L pour le HDL et de 0,5 à 2 mmol/L pour les triglycérides.

💡 Astuce mémo

Tête hydrophile tournée vers l’eau ; queues hydrophobes à l’écart

📖 9. Acides nucléiques et information génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Unité de base des acides nucléiques, composée d’un pentose, d’une base azotée et d’un phosphate.

★ À maîtriser

📌 Le pentose de l’ADN est le désoxyribose, tandis que celui de l’ARN est le ribose.

• L’ADN est principalement situé dans le noyau, organisé en 23 paires de chromosomes, et contient l’information génétique propre à chaque individu sous forme de deux brins.

• La séquence des bases A, T, C et G des gènes détermine la séquence de chaque protéine.

Compléments

• Les cinq bases azotées sont :

  • l’adénine A
  • la guanine G
  • la cytosine C
  • la thymine T
  • l’uracile U

• Les ARN sont plus petits que l’ADN, sont produits dans le noyau puis exportés vers le cytoplasme, ont une durée de vie courte et comprennent les ARNm, ARNt et ARNr.

💡 Astuce mémo

ADN : désoxyribose et thymine ; ARN : ribose et uracile

📖 10. Vitamines et fonctions essentielles

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitamine : Molécule indispensable au fonctionnement de l’organisme, que celui-ci ne peut pas synthétiser ou ne synthétise pas en quantité suffisante ; elle doit être apportée quotidiennement à faible dose.

★ À maîtriser

📌 Les vitamines hydrosolubles comprennent les vitamines B et C, tandis que les vitamines liposolubles comprennent les vitamines A, D, E et K.

Compléments

• Les vitamines n’ont pas de valeur énergétique mais sont essentielles aux réactions enzymatiques, et le corps ne peut pas les fabriquer à l’exception des vitamines D et K.

• Une carence vitaminique entraîne une hypovitaminose ou une avitaminose, tandis qu’un excès peut entraîner une hypervitaminose, notamment pour les vitamines A et D.

• La vitamine C participe à la synthèse du collagène et des neurotransmetteurs, agit comme antioxydant et facilite l’assimilation du fer ; sa carence provoque le scorbut.

• La vitamine D favorise l’absorption intestinale du calcium et la régulation de la calcémie ; sa carence peut provoquer le rachitisme infantile, l’ostéomalacie chez l’adulte et des troubles musculaires.

• La vitamine K intervient dans la coagulation sanguine et la calcification des os, et sa carence peut provoquer des hémorragies.

• La vitamine A participe à la vision, à la régulation de l’expression des gènes et à la protection antioxydante ; sa carence peut altérer la vision et son excès peut provoquer des malformations congénitales chez la femme enceinte.

💡 Astuce mémo

Hydrosolubles : B et C ; liposolubles : A, D, E et K