★ À maîtriser
L’eau constitue environ 75 % d’un organisme humain et est la seule substance présente naturellement sous forme solide, liquide et gazeuse.
La molécule d’eau est polaire, avec une charge partielle positive sur l’hydrogène et négative sur l’oxygène, ce qui permet la formation de ponts hydrogène entre l’oxygène d’une molécule et l’hydrogène d’une autre.
📌 La cohésion désigne l’union des molécules d’eau par des ponts hydrogène, tandis que l’adhésion désigne leur attraction par des surfaces.
📌 La glace est moins dense que l’eau liquide, car ses liaisons relativement longues laissent moins de molécules dans un même volume.
📐 Formule - Le pH est défini par et son échelle va de 0 à 14.
Compléments
La cohésion de l’eau contribue au transport de l’eau dans les plantes contre la gravité, et son adhésion aux surfaces permet la montée par capillarité.
L’eau atteint sa densité maximale à 4 °C et se dilate en se refroidissant davantage.
À 0 °C, les molécules d’eau ne bougent plus assez pour casser les ponts hydrogène, l’eau gèle en cristal et chaque molécule est liée à quatre autres molécules d’eau.
📌 Dans une solution, le solvant permet la dissolution et le soluté est la substance dissoute ; dans une solution aqueuse, l’eau est le solvant.
Un atome d’hydrogène peut passer d’une molécule d’eau à une autre, produisant un ion H⁺ et un ion hydroxyle OH⁻ ; le proton peut ensuite se lier à une autre molécule d’eau pour former l’ion hydronium H₃O⁺.
Lorsque le pH diminue, la concentration des ions H⁺ augmente.
Cohésion entre molécules d’eau, adhésion aux surfaces
★ À maîtriser
Le carbone peut former quatre liaisons covalentes et ainsi constituer de nombreuses molécules complexes.
La structure tridimensionnelle d’une molécule détermine sa fonction.
Les six groupes fonctionnels présentés sont :
Les monomères s’unissent par des réactions de condensation, notamment de déshydratation, et l’hydrolyse coupe un polymère pour récupérer des monomères.
Compléments
Le squelette carboné peut être :
Les groupes fonctionnels greffés au squelette carboné confèrent des propriétés particulières à la molécule ; l’œstradiol et la testostérone diffèrent par leurs groupes fonctionnels.
📌 Un groupe carbonyle situé à l’extrémité du squelette caractérise un aldéhyde, tandis qu’un groupe carbonyle situé ailleurs caractérise une cétone.
Les composés portant un groupe hydroxyle sont des alcools, ceux portant un groupe carboxyle sont des acides carboxyliques, ceux portant un groupe amino sont des amines, et ceux portant un groupe sulfhydryle sont des thiols.
Le groupe phosphate provient de la dissociation de l’acide phosphorique H₃PO₄ et participe au transfert d’énergie entre molécules organiques.
Parmi les quatre classes de macromolécules, trois sont des polymères.
★ À maîtriser
Les glucides comprennent :
Lors de la respiration cellulaire, les cellules extraient l’énergie stockée dans les molécules de glucose.
📌 L’amidon et le glycogène servent de réserves, tandis que la cellulose et la chitine servent de matériaux de construction et de structure.
Compléments
📌 Un monosaccharide est un aldose si son groupe carbonyle est en bout de chaîne et un cétose si ce groupe est au milieu de la chaîne.
Les monosaccharides sont aussi classés selon le nombre d’atomes de carbone de leur squelette, de 3 à 7 ; un triose en possède 3, un pentose 5 et un hexose 6.
En solution aqueuse, la plupart des sucres simples se trouvent sous forme cyclique.
Les atomes de carbone des monosaccharides peuvent servir à synthétiser d’autres petites molécules organiques, notamment des acides aminés et des acides gras.
Le saccharose est un disaccharide composé de glucose et de fructose.
★ À maîtriser
📌 Un acide gras saturé ne possède aucune double liaison, tandis qu’un acide gras insaturé en possède une ou plusieurs.
Compléments
Les graisses animales sont principalement saturées, comme le lard et le beurre, tandis que les graisses végétales contiennent beaucoup d’acides gras insaturés, comme les huiles.
Les graisses assurent une isolation :
Le cholestérol est un stéroïde hydrophobe qui contribue à la viscosité et à la souplesse de la membrane.
Le cholestérol sert de base à la synthèse d’autres stéroïdes, surtout des hormones.
★ À maîtriser
Les acides aminés sont reliés par des liaisons peptidiques formées lors d’une réaction de déshydratation.
Les protéines assurent notamment les rôles suivants :
Des changements de pH, de température ou de concentration en sels peuvent modifier la conformation d’une protéine et la rendre inactive ; cette perte de conformation fonctionnelle est appelée dénaturation, et la renaturation est quasi impossible.
Compléments
Il existe 20 principaux acides aminés différents sur Terre.
Une protéine possède un groupe amino libre à une extrémité et un groupe carboxyle libre à l’autre.
Les deux niveaux d’organisation protéique explicitement décrits sont la structure primaire, qui correspond à la séquence d’acides aminés, et la structure quaternaire, qui associe plusieurs polypeptides en une macromolécule fonctionnelle.
Un changement d’acide aminé dans la structure primaire peut modifier les autres niveaux d’organisation et, par conséquent, la fonction de la protéine.
★ À maîtriser
L’ADN contient les bases azotées suivantes :
L’ARN messager transmet l’information génétique du noyau vers le cytoplasme pour contribuer à la production des protéines.
Compléments
Chez l’être humain, 46 chromosomes correspondent à 46 molécules d’ADN comprenant au total 6,5 milliards de nucléotides.
Les deux brins d’ADN sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène entre leurs bases azotées.
L’ARN est un polymère généralement constitué d’un seul brin, contenant du ribose et les bases cytosine, guanine, adénine et uracile.
L’ARN ribosomique participe à la formation des ribosomes, structures dans lesquelles les protéines sont produites.
L’ARN de transfert est lié à un acide aminé et permet la fabrication des protéines.
L’ADN porte l’information héréditaire ; les ARN la transmettent ou participent à la fabrication des protéines.
★ À maîtriser
En 1839, Schleiden et Schwann établissent que tous les tissus vivants sont composés de cellules et de leurs produits, et que certains organismes sont unicellulaires tandis que d’autres sont pluricellulaires et constitués de cellules différenciées.
En 1855, Virchow suggère que toute cellule provient d’une autre cellule.
Une cellule procaryote ne possède pas de véritable noyau ni d’organites membraneux, mais elle contient des ribosomes.
Chez les procaryotes, l’ADN circulaire est concentré dans une région appelée nucléoïde, qui n’est pas séparée du cytoplasme par une membrane.
Les archées possèdent des introns, une paroi sans peptidoglycanes, une ARN polymérase proche de celle des eucaryotes et des protéines de réplication et de répartition de l’ADN proches de celles des eucaryotes.
Compléments
En 1665, Robert Hooke observe au microscope un fragment d’écorce contenant de nombreuses petites chambres qu’il nomme cellules, contribuant au début de la théorie cellulaire.
En 1861, Pasteur montre que rien ne croît spontanément, ce qui met fin à la théorie de la génération spontanée.
En 1900, Ramon y Cajal généralise la notion de neurone et établit que le tissu nerveux est comparable aux autres tissus.
Les cellules sont des milieux ouverts qui échangent matière et énergie avec leur environnement.
La membrane plasmique des procaryotes est entourée d’une paroi cellulaire rigide et certaines bactéries possèdent en plus une capsule gélatineuse.
Les groupes de procaryotes mentionnés sont :
En 1977, Carl Woese et Georges Fox mettent en évidence les archées, un type cellulaire distinct des bactéries et des cellules eucaryotes ; les anciennes bactéries sont alors désignées comme eubactéries et les nouvelles comme archéobactéries.
Les archées sont décrites comme les bactéries les plus anciennes, apparues il y a 3,5 milliards d’années, et comme vivant dans des milieux pouvant être très acides (pH inférieur à 1), très salés, très chauds (supérieurs à 120 °C) ou très froids (inférieurs à 0 °C).
Hooke observe, Schleiden et Schwann théorisent, Virchow propose, Pasteur confirme.
★ À maîtriser
Les antibiotiques ciblant la paroi bactérienne comprennent les bêta-lactamines, notamment la pénicilline et les céphalosporines.
Les procaryotes sont des bactéries de 1 à 10 µm, tandis que les eucaryotes comprennent les animaux, les plantes, les champignons et les protistes et mesurent de 10 à 100 µm.
Les procaryotes possèdent un nucléoïde sans vrai noyau et un ADN circulaire, tandis que les eucaryotes possèdent un vrai noyau à double membrane et un ADN linéaire associé à des histones.
Chez les procaryotes, la synthèse de l’ARN et des protéines est couplée dans le cytoplasme, tandis que chez les eucaryotes l’ARN est synthétisé dans le noyau et les protéines dans le cytoplasme.
Compléments
Les bactéries sphériques sont appelées coques ou cocci ; elles peuvent être groupées par deux comme les méningocoques, en chaînettes comme les streptocoques ou en amas comme les staphylocoques.
Les bactéries en forme de bâtonnet sont appelées bacilles, comme Escherichia coli.
Les bactéries en forme de spirale sont appelées spirochètes ; les tréponèmes, dont Treponema pallidum, en sont un exemple associé à la syphilis.
Le chromosome bactérien est un ADN double hélice circulaire, long d’environ 1 mm, qui porte l’information génétique.
Les gènes plasmidiques peuvent notamment conférer une résistance aux antibiotiques ou un facteur sexuel à une bactérie.
Les antibiotiques ciblant la synthèse protéique comprennent les aminosides (streptomycine, gentamicine), les cyclines (tétracycline, doxycycline) et les phénicols (chloramphénicol, thiamphénicol).
Les antibiotiques ciblant le métabolisme des acides nucléiques comprennent les rifamycines (rifampicine), les quinolones (acide nalidixique, ciprofloxacine) et les sulfamides (cotrimoxazole).
📌 Le cytoplasme procaryote est peu structuré, tandis que le cytoplasme eucaryote est structuré par des membranes intracellulaires et un cytosquelette.
📌 Les flagelles procaryotes sont faits de flagellines, tandis que les flagelles et les cils eucaryotes sont faits de tubuline.
Les procaryotes peuvent avoir un métabolisme aérobie ou anaérobie, tandis que les eucaryotes sont habituellement aérobies.
Les procaryotes ne possèdent ni mitochondries ni chloroplastes, tandis que les cellules eucaryotes possèdent généralement de une à plusieurs milliers de mitochondries et que les algues et les plantes peuvent posséder des chloroplastes.
★ À maîtriser
Une enveloppe nucléaire constituée de deux membranes entoure le véritable noyau d’une cellule eucaryote.
La membrane plasmique entoure la cellule et assure les échanges avec l’extérieur, tandis que les membranes internes compartimentent la cellule.
📌 L’hétérochromatine est une chromatine dense et génétiquement inactive, notamment présente aux télomères, aux centromères et dans l’ADN répétitif en périphérie du noyau, tandis que l’euchromatine est plus lâche et génétiquement active, notamment pour la transcription de l’ADN en ARN.
Compléments
L’organisme humain possède environ 200 types de cellules, qui diffèrent par leur morphologie et leur fonction.
La plupart des activités métaboliques de la cellule ont lieu dans le cytoplasme.
L’enveloppe nucléaire comprend une membrane interne et une membrane externe séparées par un espace périnucléaire, et elle est traversée par des pores nucléaires.
La membrane nucléaire externe, souvent recouverte de ribosomes, est en continuité avec le réticulum endoplasmique rugueux, tandis que la membrane interne est recouverte de protéines particulières.
Les histones sont des protéines nucléaires associées à l’ADN qui participent à sa compaction.
Les nucléoles sont les lieux de synthèse des ribosomes à partir de l’ARN ribosomique.
L’ADN s’enroule autour des histones comme un fil sur une bobine
★ À maîtriser
📌 Les ribosomes libres, en suspension dans le cytosol, synthétisent des protéines destinées au cytosol, tandis que les ribosomes liés au réticulum endoplasmique synthétisent des protéines destinées aux membranes ou à l’extérieur de la cellule.
📌 Le réticulum endoplasmique rugueux porte des ribosomes sur sa face cytoplasmique et synthétise des protéines, tandis que le réticulum endoplasmique lisse synthétise des lipides, participe au métabolisme glucidique et détoxifie les médicaments, drogues et poisons.
Compléments
Le réticulum endoplasmique est un réseau étendu de sacs et de tubules membraneux, dont les citernes isolent leur contenu du cytoplasme et sont en continuité avec l’enveloppe nucléaire.
Le réticulum endoplasmique rugueux fabrique aussi ses propres membranes, qui peuvent servir à emballer les produits de sécrétion, puis les protéines le quittent dans des vésicules de transition.
Dans les cellules musculaires, le réticulum endoplasmique lisse extrait les ions Ca²⁺ du cytosol pour les concentrer dans ses citernes, puis les libère lors de la contraction musculaire.
📌 La face cis de l’appareil de Golgi reçoit les vésicules de transition provenant du réticulum endoplasmique, tandis que la face trans participe à l’expédition des substances transformées.
REG avec ribosomes et synthèse protéique, REL sans ribosomes et synthèse lipidique
★ À maîtriser
Les lysosomes digèrent :
La catalase dégrade le peroxyde d’hydrogène selon la réaction .
Les peroxysomes remplissent notamment les fonctions suivantes : décomposer les lipides en petites molécules utilisables pour produire de l’énergie, participer à la synthèse du cholestérol, participer à la synthèse des acides biliaires, assurer des fonctions de détoxification
Les mitochondries possèdent une double membrane, dont la membrane interne forme des replis, ainsi que leur propre petit ADN circulaire et des ribosomes.
Compléments
📌 Si un lysosome se dégrade, ses enzymes sont inactivées par le pH intracellulaire, mais la dégradation simultanée de plusieurs lysosomes peut entraîner la mort cellulaire.
📌 Les lysosomes jouent un rôle dans l’apoptose, une mort cellulaire propre décidée par l’organisme, qui se distingue de la nécrose.
Les peroxysomes participent à la thermogenèse en libérant sous forme de chaleur l’énergie des oxydations plutôt qu’en la conservant sous forme d’ATP, et ils sont nombreux dans les cellules du foie et des reins impliquées dans la détoxification.
Le nombre de mitochondries d’une cellule dépend de son activité métabolique, et les mitochondries stockent aussi le calcium et participent à la synthèse de l’urée.
La matrice mitochondriale contient de nombreuses enzymes impliquées dans des étapes métaboliques, tandis que des protéines importantes comme l’ATP synthase sont intégrées dans la membrane interne.
📌 Les protéines mitochondriales proviennent soit des ribosomes mitochondriaux à partir de l’ADN mitochondrial, soit des ribosomes libres du cytoplasme, et non des ribosomes du réticulum endoplasmique rugueux.
La catalase dégrade le H₂O₂ produit par les oxydases
★ À maîtriser
Les microtubules maintiennent la structure tridimensionnelle de la cellule, servent de rails aux dynéines et aux kinésines et participent à la séparation des chromosomes lors des divisions cellulaires.
Les microfilaments contribuent au soutien et aux déplacements intracellulaires des organites et des molécules, et interviennent dans la contraction musculaire en interaction avec la myosine.
Les filaments intermédiaires contribuent à la forme et à la solidité de la cellule, ancrent les organites et participent à l’adhérence et à la cohésion cellulaires par leur relation avec les desmosomes et les hémidesmosomes.
Compléments
Les microtubules, d’un diamètre de 25 nm, sont les fibres les plus épaisses du cytosquelette et sont composés de tubuline alpha et beta.
Le centrosome, situé près du noyau et constitué de deux centrioles, est le centre organisateur des microtubules.
Les microfilaments, ou filaments d’actine, ont un diamètre de 7 nm et sont les fibres les plus fines du cytosquelette.
Les microfilaments se forment lorsque des actines s’assemblent en chaînes, puis que deux chaînes s’associent en double hélice.
Les filaments intermédiaires mesurent de 8 à 12 nm de diamètre et leur composition protéique varie selon le type cellulaire.
★ À maîtriser
📌 Les jonctions serrées imperméabilisent, les jonctions adhérentes immobilisent et relient les cellules, tandis que les jonctions communicantes permettent les échanges entre cellules.
Les jonctions serrées, situées sous la surface apicale, forment une bande continue appelée zonula occludens qui oblige le contenu de la lumière à traverser les cellules.
Les jonctions adhérentes relient étroitement les cellules épithéliales, assurent leur cohésion et ancrent les éléments du cytosquelette de chaque cellule.
Compléments
Les chaînes glucidiques du glycocalyx comportent de 2 à 60 monosaccharides et sont liées à des protéines dans les glycoprotéines ou à des lipides dans les glycolipides.
Les jonctions adhérentes comprennent : la zonula adherens, bande continue située sous la jonction serrée, les desmosomes en forme de disque attachés aux filaments intermédiaires, les hémidesmosomes qui fixent les cellules à la lame basale
Les jonctions communicantes sont de petits canaux tubulaires entre cellules adjacentes qui laissent passer des ions, des nutriments et des signaux de communication.
Chaque canal d’une jonction communicante est formé par l’assemblage de deux connexons.
Les jonctions communicantes assurent le couplage électrophysiologique des cellules musculaires et cardiaques, permettant la synchronisation de leur contraction.
Serrées : isoler ; adhérentes : attacher ; communicantes : échanger.
★ À maîtriser
La fluidité membranaire est indispensable au fonctionnement cellulaire, varie avec la température et dépend notamment des acides gras des phospholipides et du cholestérol.
La perméabilité sélective de la membrane en fait un système ouvert et varie selon la nature des molécules et la présence de protéines de transport.
Le cœur hydrophobe de la membrane empêche le passage des ions et des molécules polaires, tandis que de petites molécules polaires neutres comme l’eau et le CO2 peuvent passer entre les phospholipides.
📌 Le transport passif suit le gradient de concentration sans dépense d’énergie, tandis que le transport actif s’effectue contre le gradient et dépense de l’énergie.
Compléments
La membrane plasmique mesure de 6 à 10 nm d’épaisseur et forme l’interface entre la cellule et son environnement.
Les lipides membranaires peuvent diffuser latéralement dans la membrane.
Quand la température baisse, la membrane tend à se solidifier et à perdre sa fluidité ; la cellule peut alors modifier sa composition lipidique pour conserver cette fluidité.
Les protéines membranaires assurent notamment :
Les transports membranaires se distinguent ainsi : un uniport transporte une substance dans une direction, un symport transporte deux substances dans la même direction, un antiport transporte deux substances dans des directions opposées
Les macromolécules traversent la membrane par exocytose ou endocytose, dont la pinocytose pour les liquides.
★ À maîtriser
La synthèse protéique suit le trajet ADN, transcription en ARNm, puis traduction en chaîne d’acides aminés.
La transcription de l’ADN en ARN se déroule dans le noyau, tandis que la traduction de l’ARN en protéine se déroule dans le cytoplasme.
La cellule possède plus de 130 enzymes réparatrices chez l’être humain et répare 99,9 % des erreurs.
Les mutations peuvent être néfastes, neutres ou bénéfiques à l’échelle d’un individu, mais elles sont essentielles à la biodiversité.
Compléments
Lors de la transcription, les deux brins d’ADN se séparent localement et l’ARN polymérase permet la formation d’un ARN messager à partir d’un seul brin d’ADN.
L’ARN prémessager subit un épissage alternatif qui permet de produire plusieurs ARNm et donc différentes protéines.
La traduction fait intervenir les ribosomes et les ARNt, chacun portant un acide aminé et reconnaissant un triplet de bases azotées.
La traduction comprend l’initiation au codon AUG, qui code la méthionine, l’élongation de la chaîne et la terminaison à la lecture d’un codon stop.
L’ADN humain comporte 6,4 milliards de paires de bases.
Les erreurs de réplication de l’ADN surviennent à une fréquence indiquée de 1 sur 100 000, et l’ADN peut aussi subir des dommages causés par des agents mutagènes.
Les mutations peuvent résulter de :
📌 Une mutation silencieuse ne change pas la protéine, une mutation non-sens ou faux-sens la rend non fonctionnelle, tandis qu’une mutation conservatrice modifie les acides aminés sans changer la protéine.
ADN → ARNm → chaîne d’acides aminés.
Procaryotes et eucaryotes
| Caractéristique | Procaryotes | Eucaryotes |
|---|---|---|
| Organismes | Bactéries | Animaux, plantes, champignons et protistes |
| Taille | 1 à 10 µm | 10 à 100 µm |
| Noyau et ADN | Nucléoïde sans vrai noyau, ADN circulaire | Vrai noyau à double membrane, ADN linéaire avec histones |
| Synthèse des protéines | ARN et protéines synthétisés de façon couplée dans le cytoplasme | ARN synthétisé dans le noyau, protéines dans le cytoplasme |
| Métabolisme | Aérobie ou anaérobie | Habituellement aérobie |
| Division | Division simple | Mitose et méiose |
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1. Dans un échantillon, l’extrémité hydrogène d’une molécule d’eau est attirée par l’extrémité oxygène d’une molécule voisine. Quelle propriété explique cette interaction ?
2. Dans une plante, des molécules d’eau restent unies entre elles tandis que d’autres sont attirées par la paroi d’un conduit. Comment nomme-t-on ces deux phénomènes, dans cet ordre ?
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Quelle proportion approximative d’un organisme humain est constituée d’eau ?
Environ 75 %.
Quelles charges partielles portent l’hydrogène et l’oxygène dans une molécule d’eau ?
L’hydrogène est partiellement positif et l’oxygène partiellement négatif.
Que désigne la cohésion de l’eau ?
L’union des molécules d’eau par des ponts hydrogène.
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