Fiche de révision : Des éléments minéraux aux molécules organiques

📋 Plan du Cours

1. Atomes, molécules et ions
2. Liaisons chimiques
3. Réactions chimiques
4. Composition et rôles de l’eau
5. Éléments minéraux essentiels
6. Oligoéléments et vitamines
7. Rôles des gaz respiratoires
8. pH et équilibre acido-basique
9. Généralités et glucides
10. Protides et protéines
11. Lipides et membranes
12. Nucléotides et acides nucléiques

📖 1. Atomes, molécules et ions

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Le constituant le plus simple de la matière, qui ne peut être dégradé en substances plus simples par des méthodes chimiques ordinaires.
• Molécule : Un ensemble de plusieurs atomes unis par des liaisons chimiques.
• Ion : Un atome ou une molécule qui porte une charge électrique après perte ou gain d’électrons.

★ À maîtriser

• Le noyau d’un atome contient les protons et les neutrons et représente 99,9 % de sa masse.

• Les éléments représentant ensemble 96 % de la masse corporelle sont :
  • l’oxygène
  • le carbone
  • l’hydrogène
  • l’azote

• Une mole est une unité de comptage correspondant à 6,02 × 10²³ entités.

📌 Un cation est positif parce qu’il a perdu un ou plusieurs électrons, tandis qu’un anion est négatif parce qu’il en a gagné un ou plusieurs.

Compléments

• Dans un atome neutre, la charge positive des protons équilibre la charge négative des électrons.

• Une molécule peut être simple, complexe ou géante, cette dernière étant une macromolécule.

💡 Astuce mémo

L’atome est neutre ; le cation a perdu des électrons, l’anion en a gagné.

📖 2. Liaisons chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Une liaison chimique dans laquelle deux atomes partagent un ou plusieurs électrons, ce qui stabilise les atomes et constitue une liaison forte.
• Liaison hydrogène : Une liaison qui se forme lorsqu’un hydrogène déjà lié à un atome électronégatif, notamment N ou O, est attiré par un autre atome électronégatif ; elle est très faible.
• Molécule polaire : Une molécule qui possède deux pôles chargés, comme la molécule d’eau dont les extrémités portent des charges δ− et δ+.

★ À maîtriser

• Dans une liaison ionique, des électrons sont transférés complètement d’un atome à un autre, rompant l’équilibre entre charges positives et négatives ; cette liaison est faible.

• Dans une molécule d’eau, les paires d’électrons sont davantage au voisinage de l’oxygène, plus électronégatif, créant un pôle δ− du côté de l’oxygène et un pôle δ+ du côté des hydrogènes.

Compléments

• Les liaisons hydrogène contribuent à la conformation spatiale des protéines et de l’ADN.

• Les liaisons hydrogène entre molécules d’eau augmentent leur cohésion et contribuent à la tension superficielle.

💡 Astuce mémo

La covalente partage, l’ionique transfère ; la liaison hydrogène attire faiblement.

📖 3. Réactions chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction chimique : Une association ou une dissociation d’atomes impliquant la formation ou la rupture de liaisons.
• Équation chimique : Une représentation d’une réaction chimique.

★ À maîtriser

• Lors d’une réaction chimique, le nombre total d’atomes reste inchangé, même si leur organisation change.

📌 Le catabolisme est une réaction de dégradation qui rompt des liaisons et produit de l’énergie, tandis que l’anabolisme est une réaction de synthèse qui forme des liaisons et utilise de l’énergie.

Compléments

• La dissociation du glycogène en unités de glucose est un exemple de catabolisme.

• La formation d’une protéine par assemblage d’acides aminés est un exemple d’anabolisme.

📌 L’hydrolyse correspond à l’ajout d’une molécule d’eau, tandis que la déshydratation correspond à la perte d’une molécule d’eau.

💡 Astuce mémo

Catabolisme : rupture et énergie produite ; anabolisme : formation et énergie utilisée.

📖 4. Composition et rôles de l’eau

★ À maîtriser

• L’eau représente environ 60 % du poids du corps et est le composé le plus abondant de la matière vivante.

• Les rôles de l’eau comprennent : la thermorégulation par la transpiration, la protection par amortissement, la lubrification, le transport, l’élimination et le recyclage de substances

• La proportion d’eau corporelle varie entre 60 et 65 % selon l’âge et représente environ 45 L chez une personne de 70 kg.

• Le liquide intracellulaire représente 42 % de la masse corporelle, soit environ 29 L, et constitue le milieu des organites où se déroulent les réactions biochimiques.

• Le liquide extracellulaire représente 23 % de la masse corporelle, soit environ 16 L, et comprend le sang, le liquide interstitiel ou lymphe et la lymphe canalisée.

Compléments

• Les substances importantes du corps humain comprennent : l’eau, les éléments minéraux, les composés inorganiques, les molécules organiques contenant des atomes de carbone

📖 5. Éléments minéraux essentiels

🔑 Notions clés & Définitions

• Éléments minéraux : Présents en quantité variable sous forme ionique ou sous forme de sels solides liés par des liaisons ioniques.
• Micronutriments : Nécessaires en quantités proches du microgramme, indispensables et non synthétisables par l’organisme ; ils regroupent les oligoéléments et les vitamines.

★ À maîtriser

📌 Les macro-éléments sont nécessaires en quantité non négligeable, tandis que les micronutriments sont nécessaires en quantité infime.

• Les macro-éléments sont classés selon leur quantité dans l’organisme, et le préfixe « macro- » ne désigne pas leur taille.

• Les macro-éléments et leurs proportions parmi les minéraux de l’organisme sont :

  • le calcium : 43 %
  • le phosphore : 29 %
  • le potassium : 10 %
  • le soufre : 9 %
  • le sodium : 4 %
  • le chlore : 4 %
  • le magnésium : 1 %

Compléments

• Les éléments minéraux interviennent notamment dans :

  • la structure des tissus
  • l’équilibre hydrique
  • l’activité nerveuse et musculaire
  • de nombreuses réactions biologiques

• Les minéraux indispensables à l’organisme sont apportés par l’alimentation.

• Les macro-éléments sont présents dans les milieux intra- et extracellulaires sous forme d’ions, notamment Na⁺, K⁺ et Cl⁻, à des concentrations différentes.

💡 Astuce mémo

Macro- renvoie à la quantité requise, non à la taille des éléments.

📖 6. Oligoéléments et vitamines

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitamine : Biomolécule organique indispensable que le corps ne synthétise pas ou ne synthétise qu’en faible quantité.

📝 Points essentiels

• Les oligoéléments cités sont le cobalt (Co), le fer (Fe), le chrome (Cr), le zinc (Zn), le sélénium (Se), le cuivre (Cu), le molybdène (Mo), l’iode (I), le nickel (Ni), le manganèse (Mn) et le vanadium (V).

📌 Les vitamines se répartissent en vitamines hydrosolubles, solubles dans l’eau, et vitamines liposolubles, solubles dans les graisses.

📖 7. Rôles des gaz respiratoires

★ À maîtriser

• Le dioxygène intervient dans la respiration cellulaire, qui produit de l’énergie sous forme d’adénosine triphosphate (ATP).

• Dans les poumons, l’hémoglobine se charge en dioxygène, le transporte dans le sang et le libère dans les tissus.

📌 Une diminution de la pression partielle en dioxygène dans le sang, appelée hypoxémie, diminue l’approvisionnement des cellules en dioxygène et entraîne une hypoxie.

• 🔄 Le dioxyde de carbone suit ce devenir : il est produit par les cellules lors de la respiration cellulaire, il s’hydrate dans le sang, cette hydratation forme de l’acide carbonique (H₂CO₃) et du bicarbonate (HCO₃⁻)

Compléments

• Une molécule d’hémoglobine peut transporter quatre molécules de dioxygène.

• Le bicarbonate issu de l’hydratation du dioxyde de carbone joue un rôle important dans l’équilibre acido-basique.

📖 8. pH et équilibre acido-basique

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide : Un acide est une substance capable de libérer des ions H⁺, selon la relation $$$$.
• pH : Mesure l’acidité ou la basicité d’une solution et dépend de la quantité d’ions H⁺ présents.
• Base : Substance capable de capter des ions H⁺.

★ À maîtriser

📌 Quand la concentration en H⁺ augmente, le pH diminue et le milieu devient plus acide ; quand elle diminue, le pH augmente et le milieu devient plus basique ou alcalin.

• Le pH sanguin normal se situe entre 7,38 et 7,42 ; un pH inférieur à 7,38 correspond à une acidose et un pH supérieur à 7,42 à une alcalose.

Compléments

• Les poumons régulent le CO₂ sanguin, dont la pression partielle (PaCO₂) est de 35 à 45 mmHg ; une hausse du CO₂ diminue le pH.

• Les reins régulent le HCO₃⁻ sanguin, dont la concentration est de 25 à 27 mmol/L ; une hausse du HCO₃⁻ augmente le pH.

💡 Astuce mémo

Les poumons régulent le CO₂, les reins régulent HCO₃⁻.

📖 9. Généralités et glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucide : Biomolécule énergétique hydrosoluble composée de carbone, d’hydrogène et d’oxygène.
• Glycogène : Polymère ramifié de glucose qui constitue une réserve de glucose chez les animaux et est stocké dans le foie et les muscles humains.

★ À maîtriser

• Les molécules organiques du vivant sont des constituants essentiels des cellules, composés principalement de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote, et ont un rôle énergétique et/ou plastique.

• Selon leur taille, les glucides comprennent : les oses simples (monomères), les diholosides (dimères formés de deux oses), les polyholosides (polymères constitués de milliers d’oses)

Compléments

• Les quatre familles importantes de molécules organiques de l’organisme sont :

  • les glucides
  • les protides
  • les lipides
  • les nucléotides

• Les oses simples cités sont :

  • le désoxyribose
  • le ribose
  • le glucose
  • le fructose
  • le galactose

• Le saccharose associe le glucose et le fructose et provient de la betterave ou de la canne à sucre ; le lactose associe le galactose et le glucose et se trouve dans :

  • le lait

  • le maltose associe deux glucoses

  • provient de l’orge (malt)

📖 10. Protides et protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Biocatalyseur qui accélère une réaction chimique et reste plus ou moins intacte au cours de cette réaction.
• Liaison peptidique : Une liaison peptidique relie les acides aminés qui constituent les peptides et les protéines.

★ À maîtriser

• Les protides sont des nutriments structuraux et fonctionnels composés de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote.

• Un acide aminé possède au moins une fonction acide carboxylique (-COOH) et une fonction amine (-NH₂) ; son radical R détermine ses propriétés physico-chimiques spécifiques.

• L’être humain possède 20 acides aminés différents, dont 9 sont indispensables.

• Les quatre niveaux de structure des protéines sont :

  • la structure primaire, correspondant à la séquence des acides aminés
  • la structure secondaire, correspondant au repliement local, notamment en hélice α
  • la structure tertiaire, correspondant au repliement spatial de toute la chaîne
  • la structure quaternaire, correspondant à l’association de plusieurs chaînes

Compléments

📌 Les protides comprennent les acides aminés, les peptides et les protéines (polymères), ainsi que les enzymes, qui sont des protéines particulières.

• Les protéines assurent notamment les rôles suivants :

  • immunité : immunoglobuline (anticorps)
  • communication : hormone de croissance et son récepteur
  • mobilité cellulaire et motricité : actine et myosine
  • régulation du cycle cellulaire : cyclines
  • transport : hémoglobine
  • fonction enzymatique : transaminase

• Une enzyme est spécifique du type de réaction qu’elle catalyse et du type de substrat ; elle a souvent besoin de cofacteurs comme Mg²⁺ ou Ca²⁺.

📖 11. Lipides et membranes

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide : Biomolécule énergétique et plastique hydrophobe, donc insoluble dans l’eau.
• Triglycéride : Formé d’une molécule de glycérol et de trois acides gras associés par des liaisons ester.
• Phospholipide : Associe par des liaisons ester une molécule de glycérol, deux acides gras et un acide phosphorique.

★ À maîtriser

📌 Les acides gras saturés ne présentent aucune double liaison, les mono-insaturés en présentent une et les polyinsaturés en présentent plusieurs.

• Les phospholipides sont amphiphiles : leur tête hydrophile est polaire et chargée négativement, tandis que leur queue hydrophobe est non polaire et non chargée.

Compléments

• Les lipides simples sont composés de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, tandis que les lipides complexes comprennent aussi du phosphore.

• Les principaux types de lipides cités sont :

  • les acides gras
  • les triglycérides (triacylglycérols)
  • les phospholipides
  • le cholestérol

• Les triglycérides constituent une forme de réserve des acides gras, sont stockés dans le tissu adipeux et libérés par hydrolyse ; ce stockage n’a pas de limite.

• En solution aqueuse, les pôles hydrophobes des phospholipides évitent le contact avec l’eau, ce qui conduit à la formation du double feuillet de la membrane plasmique.

• Le cholestérol est amphiphile : il possède quatre cycles carbonés et une chaîne ramifiée hydrophobes, ainsi qu’une fonction alcool hydrophile.

• Le cholestérol est présent dans les membranes plasmiques, où il contribue à leur fluidité, et sert de précurseur aux hormones stéroïdes et à la vitamine D.

💡 Astuce mémo

Une tête hydrophile tournée vers l’eau et deux queues hydrophobes à l’abri dans la bicouche.

📖 12. Nucléotides et acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Composé d’une base azotée et d’un pentose, qui forment un nucléoside, auquel s’ajoutent un à trois groupes phosphate.

★ À maîtriser

• L’ATP est un nucléotide composé de ribose, d’adénine et de trois groupes phosphate ; c’est un donneur d’énergie dont l’hydrolyse libère une grande quantité d’énergie.

• L’enchaînement des nucléotides dans l’ADN et l’ARN détermine la succession des bases et constitue le message génétique.

Compléments

• L’hydrolyse de l’ATP est couplée à des réactions cellulaires qui nécessitent de l’énergie, notamment la synthèse et la contraction musculaire.

📌 L’ADN contient du désoxyribose, tandis que l’ARN contient du ribose.

💡 Astuce mémo

ADN → ARN messager → acides aminés → protéine.