Fiche de révision : Constituants moléculaires et membranes

📋 Plan du Cours

1. unités
2. Eau et sels minéraux
3. Glucides et reconnaissance cellulaire
4. Protéines et fonctions cellulaires
5. Lipides et propriétés membranaires
6. Structure et propriétés des membranes
7. Membrane plasmique et endomembranes
8. Organites énergétiques et compartimentation

📖 1. unités

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité structurale et fonctionnelle de tout organisme vivant, capable d’une relative autonomie.
• Organisme : Ensemble de cellules en interaction.
• Métabolisme : Ensemble des réactions chimiques réalisées dans une cellule.

📝 Points essentiels

• LUCA est l’ancêtre le plus ancien et commun à toute forme de vie sur Terre.

📖 2. Eau et sels minéraux

🔑 Notions clés & Définitions

• Eau : Constitue le milieu de dispersion et le solvant polaire des activités biochimiques du vivant grâce à ses liaisons hydrogène.

★ À maîtriser

• L’eau est le composant principal de toutes les cellules et représente environ 60 à 65 % de leur composition.

• Les sels minéraux existent sous forme soluble d’ions minéraux, notamment Ca, Na, K, Mg et Cl, ou d’oligo-éléments comme Fe, Si, Zn et Cu.

Compléments

📌 Les sels minéraux assurent la pression iso-osmotique et certains, comme le Mg et des oligo-éléments, sont des cofacteurs enzymatiques.

• Le Ca2+ intervient dans la contraction des cellules musculaires, la conduction électrique des cellules nerveuses et la signalisation cellulaire.

📖 3. Glucides et reconnaissance cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycosaminoglycanes : Hétéropolysaccharides constitués d’une succession de disaccharides et associés à des protéines pour former des protéoglycanes.

★ À maîtriser

• La formule générale des oses simples est $\left(CH_2O\right)^n$, avec 3 < n < 7.

• Les oses simples possèdent une fonction carbonyle, qui est un aldéhyde dans un aldose ou une cétone dans un cétose, ainsi qu’une fonction alcool.

• Les homopolysaccharides comme l’amidon des cellules végétales et le glycogène des cellules animales constituent des réserves de substrats énergétiques dont l’hydrolyse libère du glucose.

• Les oligosaccharides fixés à des protéines ou à des lipides de la face externe de la membrane plasmique forment des signaux de reconnaissance cellule-cellule et d’adhésion, comme dans le système ABO.

Compléments

• Les oses simples peuvent être polymérisés par des liaisons glycosidiques pour former des polysaccharides.

📌 Les charges négatives des glycosaminoglycanes attirent l’eau et forment un gel hydraté qui remplit les espaces extracellulaires.

💡 Astuce mémo

Réserve énergétique des homopolysaccharides ≠ structure hydratée des GAG

📖 4. Protéines et fonctions cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Polymère linéaire d’acides aminés, au nombre de vingt, caractérisés par un groupe amine, un groupe carboxylique et un radical R spécifique.

★ À maîtriser

• Les protéines représentent environ 80 % du poids sec de la matière vivante et une cellule possède environ 10 000 molécules de protéines différentes.

• La structure primaire d’une protéine résulte de l’association d’acides aminés par des liaisons peptidiques, selon une chaîne orientée de l’extrémité NH2 vers l’extrémité COOH.

📌 Les protéines assurent notamment des fonctions de structure, de mobilité cellulaire, de communication, de transport et de défense immunitaire, tandis que les enzymes possèdent une activité catalytique.

📌 La structure primaire et la structure tridimensionnelle d’une protéine déterminent sa fonction.

Compléments

• Les structures secondaires sont:
  • l’hélice α
  • le feuillet β
  • la pelote statistique

📌 Les propriétés chimiques des radicaux des acides aminés conditionnent les structures tertiaire et quaternaire des protéines.

💡 Astuce mémo

Acides aminés → structure primaire → structures tridimensionnelles → fonction

📖 5. Lipides et propriétés membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide gras : Molécule formée d’une chaîne carbonée très hydrophobe terminée par une fonction carboxylique.

• Triglycéride : Triester formé d’une molécule de glycérol et de trois molécules d’acides gras, constituant une réserve énergétique libérée par β-oxydation.

• Phosphoglycéride : Diester portant un acide phosphorique, avec une tête hydrophile et deux chaînes d’acides gras hydrophobes, ce qui en fait une molécule amphiphile constitutive des membranes biologiques.

★ À maîtriser

📌 Les acides gras courts sont plus fluides que les acides gras longs, et les acides gras insaturés sont plus fluides que les acides gras saturés.

Compléments

• La phosphatidylcholine est l’un des phosphoglycérides les plus courants.

📌 Le cholestérol est une petite molécule amphiphile qui constitue les membranes biologiques, module leur fluidité et sert de précurseur aux hormones stéroïdes.

💡 Astuce mémo

Triglycérides : réserve énergétique ; phospholipides : membranes amphiphiles

📖 6. Structure et propriétés des membranes

★ À maîtriser

• Les membranes biologiques sont principalement constituées de lipides à 40 %, de protéines à 52 % et de glucides à 8 % du poids sec.

• Les membranes biologiques sont des bicouches de phospholipides dont l’épaisseur est d’environ 6 à 10 nm.

📌 Les protéines périphériques se trouvent sur l’un des feuillets membranaires, tandis que les protéines transmembranaires traversent l’épaisseur de la membrane.

• En solution aqueuse, les phospholipides s’agrègent spontanément en micelles, en liposomes ou en bicouches formées de deux feuillets.

• Les membranes sont asymétriques : phospholipides et sphingolipides sont répartis différemment entre les feuillets, tandis que le cholestérol est réparti de façon équilibrée.

• Les phospholipides diffusent latéralement et tournent autour de leur axe, mais le flip-flop entre les feuillets n’est pas spontané et est aidé par les flippases.

• Les gaz et les petites molécules non chargées traversent passivement la membrane selon leur gradient chimique, tandis que les ions et molécules hydrosolubles nécessitent des canaux ou des transporteurs.

Compléments

📌 Les phospholipides s’associent par des interactions non covalentes, notamment de van der Waals entre les chaînes d’acides gras et des interactions ioniques ou hydrogène entre les têtes polaires.

💡 Astuce mémo

Autoassemblage → asymétrie → fluidité → transport

📖 7. Membrane plasmique et endomembranes

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur membranaire : Molécule spécialisée dans la reconnaissance spécifique d’un signal chimique appelé ligand, comme une hormone ou un facteur de croissance.
• Système endomembranaire : Ensemble des compartiments intracellulaires délimités par des membranes biologiques dans les cellules eucaryotes.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique possède une forte asymétrie, avec un glycocalyx sur la face extracellulaire et des protéines transmembranaires associées au cytosquelette sur la face intracellulaire.

📌 Les protéines du CMH, les antigènes du système ABO, les intégrines et les cadhérines participent respectivement à la reconnaissance ou à l’adhérence cellulaire.

📌 Le REL participe à la synthèse des lipides, à la détoxification des xénobiotiques et au stockage du calcium, tandis que le REG, couvert de ribosomes, synthétise les protéines exportées ou membranaires et contrôle leur qualité.

• Les protéines destinées à l’exportation ou à la membrane passent du REG à l’appareil de Golgi dans des vésicules de transport, puis sont modifiées et orientées vers leur destination.

📌 Les endosomes proviennent de l’endocytose, tandis que les lysosomes sont des vésicules riches en hydrolases assurant la dégradation intracellulaire.

Compléments

• L’enveloppe nucléaire est une double membrane percée de pores d’environ 0,1 μm et directement en continuité avec le réticulum endoplasmique.

📌 Les peroxysomes sont de petites vésicules riches en oxydases, assurant la photorespiration dans les cellules végétales et la dégradation de certains acides gras dans les cellules animales.

💡 Astuce mémo

Noyau → RE → Golgi → vésicules → membrane ou dégradation

📖 8. Organites énergétiques et compartimentation

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitochondrie : Organite à deux membranes dont la membrane interne porte la chaîne respiratoire et l’ATP synthase, tandis que la matrice contient notamment les réactions du cycle de Krebs et de l’oxydation des lipides.

• Chloroplaste : Organite des cellules végétales chlorophylliennes dont les thylakoïdes, empilés en grana dans le stroma, portent les pigments photosynthétiques.

★ À maîtriser

• La mitochondrie produit de l’ATP grâce à la chaîne respiratoire, au gradient de protons et à l’ATP synthase.

• Le chloroplaste est le siège de la photosynthèse, qui utilise l’énergie lumineuse pour produire des molécules carbonées comme le glucose et de l’ATP.

• Les cellules procaryotes possèdent une compartimentation simple limitée par la membrane plasmique, tandis que les cellules eucaryotes possèdent un système endomembranaire, une enveloppe nucléaire et des organites.

Compléments

• La mitochondrie contient dans sa matrice une molécule d’ADN et les éléments nécessaires à ses synthèses protéiques, notamment des ribosomes et des ARN.

• Les mitochondries et les chloroplastes possèdent deux membranes biologiques, tandis que la plupart des organites du système endomembranaire n’en possèdent qu’une.

💡 Astuce mémo

Mitochondrie : respiration et ATP ; chloroplaste : photosynthèse

📊 Tableaux de synthèse

Principaux polysaccharides

Comparaison des organites énergétiques