Fiche de révision : Molécules simples et biologie

📋 Plan du Cours

1. Structure et identification des atomes
2. Isotopes et imagerie thyroïdienne
3. Ions et charges électriques
4. Molécules et types de liaisons
5. Mole et calculs de quantité
6. Eau et équilibre hydrique
7. Dioxygène et transport sanguin
8. Dioxyde de carbone
9. Monoxyde de carbone
10. Azote et composés azotés
11. Minéraux et ions de l’organisme
12. Eau oxygénée
13. Molécules organiques
14. Pathologies liées aux molécules

📖 1. Structure et identification des atomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Un atome est constitué d’un noyau contenant des protons et des neutrons, entouré d’électrons.
• Numéro atomique : Le numéro atomique Z correspond au nombre de protons d’un atome, égal au nombre d’électrons lorsque l’atome est neutre.
• Nombre de masse : Le nombre de masse A correspond au nombre total de nucléons, soit la somme des protons et des neutrons.

📝 Points essentiels

• Le proton porte une charge +1, le neutron une charge nulle et l’électron une charge −1 ; l’électron est environ 1 800 fois plus léger qu’un nucléon.

• Un atome neutre possède autant d’électrons que de protons.

📖 2. Isotopes et imagerie thyroïdienne

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Les isotopes d’un même élément ont le même numéro atomique Z, mais des nombres de masse A différents ; ils ont des propriétés chimiques identiques et des propriétés physiques différentes.
• Scintigraphie : La scintigraphie est une technique d’imagerie dans laquelle un traceur radioactif administré au patient émet le rayonnement capté par l’appareil.

📝 Points essentiels

• L’hydrogène possède trois isotopes présentés dans le cours : le protium, le deutérium et le tritium, ce dernier étant radioactif.

• L’iode 123 radioactif est utilisé comme traceur pour la scintigraphie thyroïdienne.

• En scintigraphie thyroïdienne, un nodule froid peut faire suspecter une hypothyroïdie, tandis qu’un nodule chaud peut faire suspecter une hyperthyroïdie.

💡 Astuce mémo

Iode 123 radioactif pour la scintigraphie, iode 127 utilisé par l’organisme

📖 3. Ions et charges électriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion : Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

★ À maîtriser

📌 Un cation est un ion positif formé par perte d’un ou plusieurs électrons, tandis qu’un anion est un ion négatif formé par gain d’électrons.

Compléments

• Les cations cités sont :

  • H⁺
  • Li⁺
  • Na⁺
  • K⁺
  • Mg²⁺
  • Ca²⁺

• Les anions monovalents cités sont Cl⁻ et I⁻, correspondant respectivement au chlorure et à l’iodure.

💡 Astuce mémo

Perdre des électrons donne un cation ; en gagner donne un anion

📖 4. Molécules et types de liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Une liaison covalente résulte du partage d’électrons entre des atomes, qui forment ainsi des molécules.
• Liaison hydrogène : Une liaison hydrogène est une liaison très faible résultant d’une répartition dissymétrique des électrons, comme dans l’eau où l’oxygène est légèrement négatif et les hydrogènes légèrement positifs.

• Liaison ionique : Une liaison ionique est une attraction entre des ions qui se rapprochent pour former un sel, comme le chlorure de sodium NaCl, facilement dissous dans l’eau selon le cours.

★ À maîtriser

📌 Dans la règle de l’octet, la couche électronique externe d’un atome est constituée de huit électrons ; certains atomes, comme l’hydrogène, suivent la règle du duet.

Compléments

• À l’exception des gaz nobles cités, tels que l’argon et le néon, les atomes tendent à se stabiliser en perdant ou gagnant des électrons ou en s’associant en molécules.

📌 Une liaison covalente peut être simple, double ou triple selon le nombre de paires d’électrons partagées, et une liaison comportant davantage de paires demande davantage d’énergie pour séparer les atomes.

📖 5. Mole et calculs de quantité

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : La mole est une unité de quantité correspondant à 6,02 × 10²³ éléments, nombre appelé nombre d’Avogadro NA.
• Masse molaire : La masse molaire M est la masse d’une mole d’atomes, de molécules ou d’autres entités et s’exprime en g/mol.

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de matière est donnée par $n = \frac{m}{M}$, où n est en moles, m la masse de substance et M sa masse molaire.

📐 Formule - La concentration molaire est donnée par $C_n = \frac{n}{V}$, où n est la quantité de soluté et V le volume de solution.

Compléments

• La masse molaire d’une molécule se calcule en additionnant les masses molaires atomiques multipliées par le nombre d’atomes de chaque élément de sa formule.

• La masse molaire du glucose C₆H₁₂O₆ est 180 g/mol, en utilisant les masses atomiques C = 12, H = 1 et O = 16 g/mol.

• Pour une glycémie de 1 g/L et une masse molaire du glucose de 180 g/mol, la concentration correspond à environ 5,5 mmol/L.

💡 Astuce mémo

Masse molaire → quantité de matière → masse ou volume

📖 6. Eau et équilibre hydrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Solvant : Un solvant est un liquide capable de dissoudre une substance appelée soluté ; l’eau dissout efficacement des molécules hydrophiles comme les glucides, de nombreuses protéines et les minéraux.
• Hydrolyse : L’hydrolyse est une réaction de coupure par l’eau, qui intervient notamment lors de la digestion des aliments, comme dans la dégradation du maltose en glucose.

★ À maîtriser

• L’eau représente environ 65 % du poids corporel chez l’adulte, et sa proportion varie selon l’âge et l’organe.

Compléments

• Dans la répartition présentée, l’eau totale représente 65 % du poids corporel, soit 45 L, dont 42 % du poids corporel (29 L) dans le compartiment intracellulaire et 23 % (16 L) dans le compartiment extracellulaire.

• La polarité de l’eau est due aux liaisons covalentes entre les atomes d’hydrogène et d’oxygène, et les liaisons hydrogène avec l’eau favorisent la dissolution de certaines molécules.

• Une solution de glucose à 5 % contient 5 g de glucose pour 100 g de solution, tandis qu’une solution de NaCl à 0,9 % contient 0,9 g de NaCl pour 100 g de solution.

• L’eau contribue notamment à :

  • l’hydratation des cellules
  • l’équilibre thermique du corps
  • l’ionisation de nombreux composés
  • la distribution des nutriments
  • l’élimination des déchets

📖 7. Dioxygène et transport sanguin

★ À maîtriser

• Le dioxygène se note O₂ et est indispensable aux cellules, qui le consomment lors de la respiration cellulaire pour produire de l’énergie dans les mitochondries sous forme d’ATP.

• Le dioxygène de l’air est prélevé par la ventilation pulmonaire, traverse la paroi des alvéoles selon un gradient de pression, puis rejoint la circulation sanguine.

• Le dioxygène est transporté jusqu’aux cellules par l’hémoglobine des hématies à 98 % et sous forme dissoute à 2 %.

• Dans les alvéoles, l’hémoglobine se sature en dioxygène pour devenir de l’oxyhémoglobine, puis libère ce dioxygène au niveau des cellules et redevient désoxyhémoglobine.

Compléments

• Le dioxygène représente environ 21 % des gaz de l’air, tandis que le diazote en représente environ 78 %.

• L’hémoglobine comprend quatre chaînes de globine, deux α et deux β, ainsi qu’un groupement hème portant un ion Fe²⁺ au centre de chaque chaîne.

💡 Astuce mémo

Alvéoles → hémoglobine → cellules

📖 8. Dioxyde de carbone

★ À maîtriser

• Le dioxyde de carbone se note CO₂ et est produit par le métabolisme cellulaire, qui consomme du dioxygène.

Compléments

• Environ 25 % du CO₂ est transporté par l’hémoglobine et le reste sous forme de bicarbonates.

• Le CO₂ se fixe sur les fonctions amines des chaînes de globine de l’hémoglobine, et cette fixation facilite la libération du dioxygène aux cellules.

📖 9. Monoxyde de carbone

★ À maîtriser

• Le monoxyde de carbone se note CO, est incolore et inodore, et est libéré lors des combustions incomplètes.

• Le CO se fixe sur le site du fer ferreux Fe²⁺ de l’hème avec une affinité bien supérieure à celle de l’O₂, empêchant ainsi le dioxygène de se fixer sur l’hémoglobine.

• L’intoxication au CO peut provoquer une anoxie cellulaire, des céphalées, des nausées, un coma et le décès.

Compléments

• Le traitement de l’intoxication au CO cité dans le cours est l’oxygénothérapie en caisson hyperbare, avec de l’O₂ pur à une pression très supérieure à la pression atmosphérique.

• La prévention des intoxications au CO passe par l’adoption des bons gestes et le respect des règles de sécurité pour les appareils de chauffage, les cheminées et les moteurs à combustion interne, selon la source INPES.

💡 Astuce mémo

Fixation préférentielle du CO sur l’hémoglobine → défaut de transport d’O₂

📖 10. Azote et composés azotés

★ À maîtriser

• L’air est composé d’environ 78 % de diazote, de formule N₂.

• Lors d’une remontée après une plongée, la baisse de pression peut provoquer la libération sous forme gazeuse du N₂ dissous dans le sang et entraîner une embolie gazeuse.

Compléments

• L’embolie gazeuse liée à la remontée peut provoquer des douleurs articulaires, des troubles de la vue, une distension abdominale, des lésions cérébrales ou la mort ; le cours mentionne l’utilisation d’une chambre de décompression.

• Le monoxyde d’azote NO, ou oxyde nitrique, est un gaz qui agit comme second messager chimique vasodilatateur et peut être inhalé en thérapie contre l’hypertension artérielle pulmonaire.

• L’ammoniac NH₃ est un gaz incolore, très odorant et irritant, tandis que l’ammoniaque NH₄OH ou NH₄⁺ désigne les formes mentionnées en solution aqueuse dans le cours.

• Dans les cellules hépatiques, la désamination des acides aminés libère du NH₂ toxique, éliminé sous forme d’urée dans les urines ; un déficit enzymatique héréditaire du cycle de l’urée ou une atteinte hépatique peut entraîner une hyperammoniémie et un coma.

📖 11. Minéraux et ions de l’organisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Minéraux : Les minéraux sont des substances que les cellules ne peuvent ni produire ni dégrader selon le cours ; ils sont prélevés à l’extérieur, notamment par l’alimentation, et l’excès est rejeté.

★ À maîtriser

📌 Les macroéléments sont présents en quantité importante dans l’organisme, tandis que les oligoéléments y sont présents en quantité beaucoup plus faible.

• Le sodium est le principal cation extracellulaire ; sa concentration plasmatique est de 135 à 145 mmol/L et sa concentration intracellulaire de 14 mmol/L.

• Le potassium est le principal cation intracellulaire ; sa concentration est de 140 mmol/L dans les cellules et de 3,5 à 4,5 mmol/L dans le plasma, et il joue un rôle capital dans la contraction musculaire, notamment cardiaque.

Compléments

• Les macroéléments cités sont C, H, O, N, Ca, K, P, S, Na, Mg et Cl ; le cours indique que les éléments organiques représentent 96 % du poids et les minéraux 4 %.

• L’ionogramme est un examen biologique courant qui dépiste les troubles ioniques, notamment dans les maladies rénales ou hormonales, les troubles de l’hydratation, les troubles gastro-intestinaux et les malnutritions, et sert à surveiller certains traitements comme les diurétiques.

💡 Astuce mémo

Macroéléments présents en quantité importante, oligoéléments en quantité très faible

📖 12. Eau oxygénée

★ À maîtriser

• L’eau oxygénée, de formule H₂O₂ et également appelée peroxyde d’hydrogène, est présente dans les peroxysomes où ont lieu des réactions d’oxydation.

Compléments

• L’eau oxygénée participe notamment à la dégradation de l’alcool en acétaldéhyde dans les cellules hépatiques et rénales, et possède une action antiseptique.

📖 13. Molécules organiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Oses : Les oses sont des glucides simples, comme le glucose, le galactose et le fructose ; le glucose est un hexose de formule C₆H₁₂O₆.

★ À maîtriser

• Le carbone est le constituant de toutes les molécules biologiques et forme leur squelette carboné ; il possède quatre électrons libres et établit des liaisons covalentes fortes et stables avec l’oxygène, l’hydrogène ou l’azote.

• Les quatre catégories de molécules organiques sont :

  • glucides simples
  • acides gras
  • acides aminés
  • nucléotides

• Un diholoside est formé par l’association de deux oses ; le saccharose associe glucose et fructose, tandis que le lactose associe glucose et galactose.

Compléments

• Les oses possèdent de nombreuses fonctions alcool, aldéhyde et cétone, qui rendent ces molécules polaires et solubles dans l’eau ; ils peuvent être absorbés sans digestion.

📌 Le glycogène est un homopolyholoside formé de polymères de glucose, tandis que l’acide hyaluronique est cité comme exemple d’hétéropolyholoside associant plusieurs types d’oses.

📖 14. Pathologies liées aux molécules

★ À maîtriser

• Le diabète insipide est lié à une absence de sécrétion d’ADH et entraîne une polyurie, qui peut provoquer une polydipsie.

• Selon le cours, l’ingestion rapide de plus de 5 L d’eau peut provoquer une intoxication mortelle par hémolyse et entraîner un œdème cérébral.

• Lors d’une intoxication à l’eau, la dilution rend le plasma hypotonique, provoquant par osmose une entrée d’eau dans les hématies, qui éclatent.

📌 L’hypocalcémie peut se manifester par une tétanie et des crampes musculaires, tandis que l’hypercalcémie peut entraîner une asthénie, des nausées, une confusion et une faiblesse musculaire.

Compléments

• La polydipsie est une soif excessive ; le cours cite comme cause possible un traitement par sels de lithium, notamment LiCl, pour des troubles bipolaires.

• La calcémie normale indiquée dans le cours est de 2,5 mmol/L, soit 100 mg/L en utilisant une masse molaire du calcium de 40 g/mol.

💡 Astuce mémo

Excès d’eau → dilution du plasma → entrée d’eau dans les hématies

📊 Tableaux de synthèse

Cations principaux dans l’organisme