Fiche de révision : Matière vivante et biochimie

📋 Plan du Cours

1. Atomes et composition du vivant
2. Molécules et liaisons chimiques
3. Polarité et solubilité moléculaires
4. Eau et fonctions biologiques
5. Ions et sels minéraux
6. Glucides et sucres de réserve
7. Lipides et membranes cellulaires
8. Acides aminés et liaisons peptidiques
9. Structures et fonctions des protéines

📖 1. Atomes et composition du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : La plus petite unité de matière et l’unité de base d’une molécule ; il possède un noyau composé de protons et de neutrons autour duquel gravitent des électrons.

★ À maîtriser

• Les principaux atomes du corps humain sont C (19 %), H (9 %), O (65 %), N (5 %), P et S ; les quatre premiers représentent 95 % du poids du corps humain.

Compléments

• Dans un atome neutre, le nombre de protons est égal au nombre d’électrons.

📐 Formule - Le nombre de neutrons est égal au nombre de nucléons moins le nombre de protons : $N=A-Z$.

• Dans l’exemple du cours, un atome ayant A = 7 nucléons et Z = 3 protons possède 4 neutrons.

📖 2. Molécules et liaisons chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule : Une particule composée d’au moins deux atomes reliés par des liaisons covalentes.

• Liaison covalente : Relie deux atomes qui partagent une ou plusieurs paires d’électrons lorsqu’ils sont très proches.
• Liaison ionique : Résulte de l’interaction entre des ions de charges électriques opposées, comme Na⁺ et Cl⁻.

★ À maîtriser

• Une liaison covalente est forte, agit à courte distance et met en jeu une énergie de 150 à 850 kJ/mol.

• Une liaison hydrogène met en jeu un atome d’hydrogène et constitue une liaison faible, d’énergie comprise entre 15 et 40 kJ/mol.

Compléments

• Les liaisons covalentes peuvent être simples, doubles ou triples, selon le nombre de paires d’électrons partagées.

💡 Astuce mémo

Liaison covalente forte entre atomes, liaison hydrogène faible entre molécules d’eau

📖 3. Polarité et solubilité moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule polaire : Possède des liaisons covalentes polarisées entre des atomes d’électronégativité différente, ce qui crée un déséquilibre électrique.
• Molécule apolaire : Une molécule apolaire ne possède pas de liaison covalente polarisée ; le cours cite O₂, Cl₂, N₂, CO₂ et les hydrocarbures comme exemples.

★ À maîtriser

• Un solvant polaire comme l’eau dissout les solutés ioniques et polaires, tandis qu’un solvant apolaire comme le cyclohexane dissout des solutés apolaires comme l’huile.

Compléments

• Dans H₂O et HCl, le doublet de liaison est attiré respectivement par l’oxygène et le chlore, plus électronégatifs que l’hydrogène.

💡 Astuce mémo

L’eau polaire dissout les solutés polaires ; le cyclohexane apolaire dissout l’huile

📖 4. Eau et fonctions biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Hydrolyse : Une réaction chimique qui rompt les liaisons d’une molécule par addition d’eau ; elle peut transformer des polymères en monomères, dimères ou trimères.

★ À maîtriser

• L’eau est la molécule minérale la plus abondante chez les êtres vivants et représente 60 à 80 % du volume d’un organisme.

• L’eau est un solvant qui peut dissoudre le sel de cuisine, lequel se dissocie en ions Na⁺ et Cl⁻ en solution aqueuse.

• La température interne du corps humain est de 37 °C et l’évaporation de l’eau par les glandes sudoripares permet d’évacuer de la chaleur.

Compléments

• La proportion d’eau indiquée dans le cours varie de 10 % chez la graine à 98 % chez la méduse.

• L’eau participe au transport des molécules dans l’organisme.

📖 5. Ions et sels minéraux

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion : Un atome ou une molécule qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

★ À maîtriser

📌 Un cation est chargé positivement après avoir perdu un ou plusieurs électrons, tandis qu’un anion est chargé négativement après en avoir gagné.

• Les principaux ions d’une cellule sont :
  • Na⁺
  • K⁺
  • Mg²⁺
  • Ca²⁺
  • H⁺
  • Cl⁻

📌 Na⁺ est le principal cation extracellulaire et sa concentration est plus élevée à l’extérieur de la cellule, tandis que K⁺ est plus concentré à l’intérieur.

Compléments

• En solution aqueuse, l’atome de sodium perd un électron au profit de l’atome de chlore ; ils deviennent Na⁺ et Cl⁻, qui s’associent par liaison ionique dans le cristal de NaCl.

• Le phosphate de calcium, de formule Ca₃(PO₄)₂, est présent notamment dans les os et les dents, auxquels il contribue à donner leur solidité.

💡 Astuce mémo

Na⁺ domine à l’extérieur, K⁺ à l’intérieur

📖 6. Glucides et sucres de réserve

🔑 Notions clés & Définitions

• Monosaccharide : L’unité de base des sucres complexes ; son nom se termine par « ose » et il contient de 3 à 7 atomes de carbone associés à l’oxygène et à l’hydrogène.

• Disaccharide : Constitué de deux monosaccharides unis par une liaison covalente glycosidique.

• Polysaccharide : Une association de plusieurs monosaccharides reliés par des liaisons glycosidiques ; sa synthèse libère de l’eau.

★ À maîtriser

• Le glucose a pour formule brute C₆H₁₂O₆, contient 24 atomes et est composé de carbone, d’hydrogène et d’oxygène.

• La synthèse d’un disaccharide forme une liaison glycosidique entre deux monosaccharides et libère une molécule d’eau, tandis que son hydrolyse ajoute de l’eau pour rompre cette liaison.

• L’amidon est un polysaccharide végétal composé de 500 à 1 000 unités de glucose, constitué d’amylose et d’amylopectine, et insoluble dans l’eau froide.

📌 L’amidon est une réserve de glucose des plantes, tandis que le glycogène est la forme de stockage du sucre chez les animaux et les champignons, notamment dans le foie et les muscles des animaux.

Compléments

• La formule générale d’un sucre simple est $(CH_2O)_n$.

📌 Le ribose et le désoxyribose sont des pentoses associés aux acides nucléiques, tandis que le glucose, le galactose et le fructose sont des hexoses de formule C₆H₁₂O₆.

• Le glucose, le galactose et le fructose sont des isomères : ils ont la même formule C₆H₁₂O₆, mais leurs atomes sont organisés différemment.

💡 Astuce mémo

Monosaccharides → disaccharides → polysaccharides

📖 7. Lipides et membranes cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide : Une substance organique huileuse ou graisseuse composée principalement de C, H et O, avec beaucoup moins d’oxygène que les glucides.

• Triglycéride : Une graisse neutre formée d’une molécule de glycérol et de trois acides gras reliés par des liaisons covalentes.

★ À maîtriser

• Les lipides sont insolubles dans l’eau et solubles dans des solvants organiques comme l’alcool et l’éther.

• Les trois grands groupes de lipides sont :

  • les graisses neutres (triglycérides)
  • les phospholipides
  • les stéroïdes

• La synthèse d’un triglycéride relie le glycérol à trois acides gras et libère trois molécules d’eau ; son hydrolyse nécessite trois molécules d’eau pour rompre les liaisons.

• Les triglycérides représentent 80 % des lipides de l’organisme et sont stockés dans les adipocytes, où ils constituent une réserve d’énergie ; le tissu adipeux forme aussi une barrière thermique.

📌 Les acides gras saturés ne possèdent que des liaisons simples et se trouvent dans les graisses animales, tandis que les acides gras insaturés possèdent des liaisons doubles, plus rarement triples, et se trouvent dans les huiles végétales.

📌 Le triglycéride possède trois chaînes d’acides gras et est apolaire, tandis que le phospholipide possède deux chaînes d’acides gras et un groupement phosphate, avec une tête polaire hydrophile et une queue apolaire hydrophobe.

• La membrane plasmique est une barrière semi-perméable de 7 à 8 nm, constituée d’une bicouche de phospholipides dont les têtes hydrophiles bordent les milieux aqueux et dont les queues hydrophobes forment le cœur de la membrane.

• Le cholestérol représente 15 à 50 % des lipides et, dans les membranes des cellules animales, les stabilise en diminuant leur fluidité ; il est aussi le précurseur des hormones stéroïdes.

Compléments

📌 Les stéroïdes ont des atomes de carbone organisés en cycles, contrairement aux lipides décrits comme des chaînes carbonées linéaires ; le cholestérol comporte quatre cycles stéroïdes.

💡 Astuce mémo

Triglycéride apolaire de réserve, phospholipide à tête hydrophile et queue hydrophobe

📖 8. Acides aminés et liaisons peptidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Possède un carbone central lié à une fonction amine NH₂, une fonction acide COOH, un hydrogène et un radical R qui varie selon l’acide aminé.

★ À maîtriser

• Les protéines sont des macromolécules constituées d’enchaînements d’acides aminés et contiennent principalement C, H, O et N, parfois aussi P et S.

• Les protéines participent à la construction de l’organisme et peuvent avoir des fonctions enzymatiques, hormonales, de récepteur ou de transport.

• Il existe 20 acides aminés, qui sont reliés entre eux par des liaisons peptidiques pour former les protéines.

• La formation d’une liaison peptidique relie la fonction acide du premier acide aminé à la fonction amine du second et libère une molécule d’eau ; l’hydrolyse ajoute de l’eau pour rompre cette liaison.

Compléments

📌 Les acides aminés non essentiels sont fabriqués par l’organisme, tandis que les acides aminés essentiels doivent être 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.

📖 9. Structures et fonctions des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : La séquence de ses acides aminés reliés par des liaisons peptidiques.
• Structure secondaire : Comprend des hélices α et/ou des feuillets β maintenus par des liaisons hydrogène.
• Structure tertiaire : La conformation tridimensionnelle finale d’une protéine, maintenue par des liaisons hydrogène, des liaisons ioniques et des ponts disulfures.
• Structure quaternaire : L’association de plusieurs polypeptides ayant chacun une structure tertiaire, maintenus ensemble par des liaisons covalentes et non covalentes.

★ À maîtriser

• Une température élevée ou une baisse de pH peut dénaturer une protéine en rompant des liaisons hydrogène, ce qui la déplie et lui fait perdre sa conformation tridimensionnelle et sa fonction ; lorsque les paramètres reviennent à la normale, elle peut retrouver sa fonction.

Compléments

• Lors de la cuisson d’un œuf, l’ovalbumine perd sa structure tridimensionnelle sous l’effet de la température et devient dénaturée.

• L’hémoglobine transporte l’O₂ dans l’organisme et possède quatre sous-unités de globine, chacune associée à un hème contenant du fer qui fixe l’O₂.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire