Fiche de révision : Introduction à la biochimie

📋 Plan du Cours

1. Chimie du vivant et biochimie
2. Éléments et composition du vivant
3. Molécules et liaisons covalentes
4. Liaisons non covalentes
5. Géométrie et chiralité moléculaires
6. Polarité et groupements fonctionnels
7. Macromolécules et polymères

📖 1. Chimie du vivant et biochimie

★ À maîtriser

• La chimie du vivant repose sur des éléments chimiques qui réagissent pour former des biomolécules et des macromolécules issues de l'assemblage de biomolécules.

• La composition approximative d'une cellule comprend:

  • 70 % d'eau
  • 15 % de protéines
  • 7 % d'acides nucléiques
  • 3 % de polysaccharides
  • 2 % de lipides
  • 3 % d'ions inorganiques et autres molécules monomériques

📌 La biochimie structurale étudie la structure des biomolécules, la biochimie métabolique étudie les mécanismes réactionnels et la biochimie de la signalisation étudie la transmission d'informations par des biomolécules.

• Les structures tridimensionnelles des biomolécules leur confèrent leurs fonctions, et une modification de la composition moléculaire, même limitée à un atome, peut modifier leur structure tridimensionnelle et leur fonction.

Compléments

• L'échelle cellulaire est observée par spectrométrie et microscopies optique et électronique, tandis que l'échelle moléculaire est étudiée par RMN et cristallographie.

💡 Astuce mémo

Structure moléculaire → fonction biologique → compréhension des pathologies

📖 2. Éléments et composition du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Oligo-éléments : Ions métalliques présents en infime quantité dans l'organisme mais essentiels au fonctionnement cellulaire.

★ À maîtriser

• Les principaux atomes du vivant sont:
  • carbone
  • hydrogène
  • oxygène
  • azote
  • phosphore
  • soufre

📌 Les macroéléments comprennent les métaux alcalins Na+ et K+, les métaux alcalino-terreux Ca2+ et Mg2+, ainsi que les halogènes F−, Cl−, Br− et I−, principalement présents sous forme d'ions et de radicaux libres.

Compléments

• Les fonctions associées aux oligo-éléments comprennent:

  • le site actif de certaines enzymes
  • les vitamines
  • le fonctionnement hormonal
  • la défense immunitaire

• L'hémoglobine peut fixer l'oxygène grâce à un unique atome de fer.

💡 Astuce mémo

CHONPS : carbone, hydrogène, oxygène, azote, phosphore, soufre

📖 3. Molécules et liaisons covalentes

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Mise en commun d'électrons entre deux atomes afin de respecter la règle de l'octet ; elle constitue une liaison très forte.

★ À maîtriser

📌 Les molécules inorganiques comprennent l'eau et les sels minéraux, tandis que les molécules organiques possèdent un squelette carboné et des groupements fonctionnels.

📐 Formule — La masse molaire d'une molécule est donnée par la somme des masses molaires de ses constituants et la masse moléculaire vérifie $m = M \times N_A$.

Compléments

• Le dalton correspond à la masse de 1/12 d'un atome de carbone 12, et l'eau H2O possède une masse moléculaire de 18 Da, soit 2,99 × 10−23 g par molécule.

• Le glucose C6H12O6 possède une masse moléculaire de 180 Da.

💡 Astuce mémo

Le carbone tétraédrique partage quatre électrons comme une petite structure à quatre bras

📖 4. Liaisons non covalentes

★ À maîtriser

📌 Les liaisons intramoléculaires s'établissent entre différentes parties d'une même molécule, tandis que les liaisons intermoléculaires s'établissent entre différentes molécules.

📌 Les liaisons non covalentes sont des liaisons faibles qui nécessitent moins d'énergie pour être rompues que les liaisons covalentes.

Compléments

• Les liaisons hydrogène reposent sur un partage d'électrons entre un atome d'hydrogène et une fonction OH d'un autre groupement.

• Les liaisons ioniques résultent de l'attraction ou de la répulsion de groupements ionisés, tandis que les interactions de Van der Waals attirent des groupements plutôt apolaires et stabilisent la structure tridimensionnelle.

• Le grand nombre de liaisons non covalentes peut permettre l'existence de structures stables comme les protéines.

💡 Astuce mémo

Intramoléculaire = dans une molécule ; intermoléculaire = entre molécules

📖 5. Géométrie et chiralité moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone asymétrique : Carbone lié à quatre atomes ou groupements d'atomes différents et possédant deux répartitions spatiales possibles.
• Énantiomères : Deux molécules images l'une de l'autre mais non superposables.
• Molécule chirale : Comprend un ou plusieurs carbones asymétriques.

★ À maîtriser

• La géométrie la plus fréquente des atomes du vivant et des biomolécules est essentiellement tétraédrique.

Compléments

• Les exceptions planes du carbone correspondent à:
  • deux liaisons simples et une double liaison
  • deux doubles liaisons
  • une triple liaison et une simple liaison

💡 Astuce mémo

Tétraédrique en règle ; plane dans les principales exceptions du carbone

📖 6. Polarité et groupements fonctionnels

🔑 Notions clés & Définitions

• Électronégativité : Propriété d'un atome à attirer vers lui les électrons ; elle augmente de la gauche vers la droite et de bas en haut dans le tableau périodique.
• Groupement fonctionnel : Groupe d'atomes liés par des liaisons covalentes polaires qui détermine la réactivité d'une molécule.

★ À maîtriser

• L'oxygène et l'azote ont une électronégativité plus forte que celle du carbone, tandis que celles de l'hydrogène, du phosphore et du soufre sont proches de celle du carbone.

📌 Une liaison covalente polaire implique une différence importante d'électronégativité et une répartition asymétrique des électrons créant un dipôle permanent, tandis qu'une liaison apolaire implique des électronégativités semblables et aucune asymétrie électronique.

📌 Une molécule apolaire possède des barycentres de charges positives et négatives confondus, tandis qu'une molécule polaire possède des barycentres distincts et un moment dipolaire.

Compléments

• Dans une grosse molécule, les parties apolaires sont non réactives tandis que les parties polaires, correspondant aux groupements fonctionnels, sont réactives.

• Les groupements non fonctionnels CH2 et CH3 correspondent respectivement aux groupements éthyle et méthyle, et leur association forme des chaînes aliphatiques hydrocarbonées présentes dans les lipides.

• Les glucides contiennent notamment des groupements carbonyle, sous forme d'aldéhydes ou de cétones, et des groupements hydroxyle, sous forme d'alcools.

• Les lipides contiennent des groupements ester, carboxyle et amine, tandis que les acides aminés contiennent des groupements carboxyle et amine.

💡 Astuce mémo

Électronégativité différente → dipôle → polarité et réactivité

📖 7. Macromolécules et polymères

🔑 Notions clés & Définitions

• Macromolécule : Assemblage covalent de molécules stabilisé par des liaisons non covalentes, dont la masse moléculaire est élevée, approximativement comprise entre 10³ et 10⁹ Da.
• Polymère : Macromolécule créée par polymérisation ou oligomérisation et constituée par l'assemblage covalent de monomères.
• Monomère : Sous-unité la plus simple qui se répète pour former un polymère et peut contenir un ou plusieurs groupements fonctionnels intervenant dans la polymérisation.

★ À maîtriser

• Les quatre grandes familles de macromolécules sont:
  • les polysaccharides constitués d'oses
  • les lipides
  • les protéines constituées d'acides aminés
  • les acides nucléiques constitués de nucléotides

Compléments

• Les oses sont composés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène ; les acides aminés de carbone, d'hydrogène, d'oxygène, d'azote et de soufre ; les nucléotides de carbone, d'hydrogène, d'oxygène, d'azote et de phosphore.

💡 Astuce mémo

Monomères → liaisons covalentes → polymères → macromolécules

📊 Tableaux de synthèse

Polarité des liaisons et molécules