Définition des molécules et liaisons covalentes

Définition de la molécule

• La plus petite particule que nous pouvons étudier est un atome.
• L'atome est constitué d'un noyau central, composé de protons et de neutrons, autour duquel gravitent des électrons.
• Une molécule est un groupement d'atomes.
• Les principaux atomes constitutifs des molécules du vivant sont le carbone (C), l'hydrogène (H), l'oxygène (O) et l'azote (N).
• D'autres atomes essentiels sont le phosphore (P) et le soufre (S).
• Les atomes sont liés entre eux par des liaisons covalentes.
• La glucose est une molécule constituée de 24 atomes : carbone, oxygène et hydrogène.

Liaisons covalentes

• Une liaison covalente est une liaison mettant en commun une ou plusieurs paires d'électrons.
• Le nombre de liaisons covalentes que peut établir un atome dépend du nombre d'électrons libres sur sa dernière couche électronique.
• Une liaison simple met en commun une paire d'électrons entre deux atomes.
• Une liaison double met en commun deux paires d'électrons entre deux atomes.
• Une liaison triple met en commun trois paires d'électrons entre deux atomes.
• La molécule de méthane (CH4) est formée d'un atome de carbone lié à quatre atomes d'hydrogène par des liaisons simples.
• La molécule de dioxygène (O2) est formée de deux atomes d'oxygène liés par une liaison double.
• La molécule de diazote (N2) est formée de deux atomes d'azote liés par une liaison triple.

Molécules inorganiques

• Une molécule inorganique est une molécule qui ne contient pas à la fois du carbone et de l'hydrogène.
• La molécule d'eau (H2O) est une molécule inorganique.
• Les molécules inorganiques ne sont pas des sources d'énergie.

Molécule inorganique contenant du carbone

• Le dioxyde de carbone (CO2) est une molécule minérale contenant du carbone.
• Il est constitué d'un atome de carbone lié à deux atomes d'oxygène par des liaisons doubles.
• Le CO2 est une molécule non polaire car la distribution des électrons est égale dans la molécule.

Molécules organiques

• Une molécule organique est généralement élaborée par les êtres vivants.
• Les molécules organiques sont des sources d'énergie.
• Elles sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène, et souvent d'oxygène, d'azote et de phosphore.
• Le glucose est un exemple de molécule organique.

Les quatre principales classes de molécules organiques

• Les glucides (ou sucres)
• Les lipides (ou graisses)
• Les protéines
• Les acides nucléiques

L'eau dans les organismes vivants

• L'eau est le composé inorganique le plus abondant dans la matière vivante.
• Elle représente environ 65% du volume du corps humain.
• La proportion d'eau varie selon les organes.
• Les méduses sont constituées de près de 98% d'eau.

Rôles essentiels de l'eau

• Solvant: L'eau est un solvant polaire qui dissout de nombreuses molécules et ions. Elle facilite le transport de molécules dissoutes dans les organismes vivants.
• Réactif: L'eau est un réactif dans de nombreuses réactions chimiques, notamment l'hydrolyse des macromolécules en monomères et la synthèse des macromolécules à partir de monomères.
• Thermorégulation: L'eau contribue à maintenir la température interne constante du corps. La transpiration permet d'évacuer la chaleur par vaporisation de l'eau.

Molécule d'eau

• La molécule d'eau est constituée d'un atome d'oxygène lié à deux atomes d'hydrogène par des liaisons covalentes simples.
• La distribution des électrons est inégale, créant un pôle positif (delta+) du côté des atomes d'hydrogène et un pôle négatif (delta-) du côté de l'atome d'oxygène.
• L'eau est une molécule polaire, souvent appelée un dipôle.

Sels minéraux

• Les sels minéraux sont des composés inorganiques présents dans les organismes vivants.
• Ils jouent des rôles importants dans diverses fonctions physiologiques.
• Ils sont constitués d'ions, des atomes qui ont gagné ou perdu des électrons, portant une charge électrique.

Ions et Liaison Ionique

• Les ions sont des atomes ou des molécules qui ont gagné ou perdu des électrons.
• Un ion qui a perdu un électron est un cation et aura une charge positive.
• Un ion qui a gagné un électron est un anion et aura une charge négative.
• Un exemple de cation est le sodium (Na+) qui a perdu un électron et a une charge positive.
• Un exemple d'anion est le chlore (Cl-) qui a gagné un électron et a une charge négative.
• Le chlorure de sodium (NaCl), le sel de table, est formé par la liaison entre les ions sodium et chlore.
• La liaison entre les ions sodium et chlore est une liaison ionique qui est non covalente.
• La liaison ionique se forme entre les ions de charges opposées et est une liaison de faible énergie, facile à briser.

Dissolutions de Sel

• Le chlorure de sodium en solution dans l'eau est un soluté.
• L'eau est le solvant.
• La molécule d'eau est polaire, avec une charge négative au niveau de l'oxygène (δ-) et une charge positive au niveau des hydrogènes (δ+).
• Le côté négatif de la molécule d'eau est attiré par les cations (Na+) et le côté positif de la molécule d'eau est attiré par les anions (Cl-).
• Lorsque le sel de table est en solution, la molécule d'eau déstructure le cristal de sel en attirant les ions sodium et chlore.
• Le cristal de sel se dissocie progressivement en ions sodium (Na+) et chlore (Cl-) en solution aqueuse.

Phosphate de Calcium

• Le phosphate de calcium est le sel le plus abondant dans l'organisme.
• Il est constitué de l'association d'ions calcium (Ca2+) et de phosphates (PO43-).
• Il se trouve dans les os, les dents et contribue à leur solidité.
• L'organisme peut récupérer des ions calcium du phosphate de calcium en cas de besoin.

Ions dans les Cellules

• Le sodium (Na+) est le principal cation du compartiment extracellulaire, il est plus concentré en dehors des cellules.
• Le potassium (K+) est le principal cation du compartiment intracellulaire, il est plus concentré à l'intérieur des cellules.

Glucides

• Les glucides sont des composés ternaires car ils sont constitués de carbone (C), d'oxygène (O) et d'hydrogène (H).
• Les glucides simples, aussi appelés oses ou monosaccharides, sont les unités de base des glucides.
• Les oses contiennent entre 3 et 7 atomes de carbone.
• La formule générale d'un ose est (CH2O)n, où n est le nombre d'atomes de carbone.

Types de Glucides Simples

• Trioses : glucides simples à 3 atomes de carbone, par exemple le glycéraldéhyde.
• Pentoses : glucides simples à 5 atomes de carbone, par exemple le ribose (dans l'ARN) et le désoxyribose (dans l'ADN).
• Hexoses : glucides simples à 6 atomes de carbone, par exemple le glucose, le fructose et le galactose.

Glucose

• La formule chimique du glucose est C6H12O6 ou (CH2O)6.

Dissaccharides

• Les dissaccharides, aussi appelés diosides, sont constitués de deux monosaccharides liés par une liaison covalente.
• La synthèse d'un disaccharide implique la perte d'une molécule d'eau.
• Le maltose est un disaccharide constitué de deux molécules de glucose.
• Le lactose, un disaccharide du lait, est composé d'un glucose et d'un galactose.
• Le saccharose, ou sucrose, est un disaccharide présent dans les végétaux, composé d'un glucose et d'un fructose.

Synthèse du Lactose

• La réaction de synthèse du lactose implique la liaison d'une molécule de glucose et d'une molécule de galactose en libérant une molécule d'eau.
• L'équation de la réaction de synthèse du lactose est : C6H12O6 + C6H12O6 → C12H22O11 + H2O.

Polysaccharides

• Les polysaccharides sont des glucides complexes formés de plusieurs monosaccharides liés par des liaisons covalentes.
• Les polysaccharides sont des polymères de monosaccharides.

Les Polysaccharides

• Les polysaccharides sont formés par l'association de plusieurs sucres simples, liés par des liaisons covalentes.
• Ils sont considérés comme des polymères de sucres simples.
• Exemples: l'amidon et le glycogène
• Rôle:
  • Amidon: Réserve glucidique des végétaux (pomme de terre, céréales)
  • Glycogène: Réserve glucidique des tissus animaux (muscles squelettiques, foie)

Les Lipides

• Les lipides sont appelés "corps gras".
• Ils sont constitués de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O).
• Propriétés:
  • Ils ne sont pas solubles dans l'eau, mais solubles dans des solvants organiques comme l'alcool.
  • Ils sont solubles dans d'autres lipides.

Les Triglycérides

• Les triglycérides sont les graisses neutres, regroupant les graisses animales et les huiles végétales.

• Constituants:

  • Acides gras: Chaînes linéaires d'atomes de carbone et d'hydrogène, avec une fonction acide à une extrémité (COOH).
  • Glycérol: Trialcool avec trois carbones et trois groupes hydroxyle (OH).

• Formation: Un glycérol se lie à trois acides gras par des liaisons covalentes, libérant trois molécules d'eau.

• Stockage: Stockés dans les adipocytes sous forme de gouttelettes de graisse.

• Propriétés: Non polaires, stockés dans un espace anhydre (sans eau), ce qui permet un stockage compact.

Les Acides Gras Saturés et Insaturés

• Acides gras saturés: Les carbones des chaînes d'acides gras sont liés par des liaisons simples.

  • Présents en grande quantité dans les graisses animales (beurre, viande).
  • Généralement avec des chaînes assez longues.

• Acides gras insaturés: Les chaînes d'acides gras présentent des liaisons doubles (ou parfois triples) entre carbones.

  • Présents en grande quantité dans les huiles végétales.
  • Considérés comme plus diététiques que les acides gras saturés.

Les Phospholipides

• Composition:

  • Squelette de glycérol
  • Deux chaînes d'acides gras
  • Un groupement phosphate
  • Une molécule supplémentaire attachée au groupement phosphate

• Différences avec les triglycérides:

  • Seules 2 chaînes d'acides gras sont présentes.
  • Le groupement phosphate remplace un acide gras.

Les Stéroïdes

• Les stéroïdes sont des lipides qui possèdent une structure cyclique particulière.

Les Phospholipides

• Les phospholipides sont des molécules organiques similaires aux triglycérides, mais avec une partie polaire
• Les phospholipides sont composés de glycérol, de deux chaînes d'acides gras et d'un groupement phosphate
• La partie non polaire du phospholipide est formée par les deux chaînes d'acides gras, appelées la « queue »
• La partie polaire du phospholipide est formée par le groupement phosphate, appelée la « tête »
• La partie polaire est hydrophile (attire l'eau) et la partie non polaire est hydrophobe (repousse l'eau).

Les Membranes Cellulaires

• Les phospholipides jouent un rôle crucial dans la formation des membranes cellulaires.
• Les membranes cellulaires sont composées de phospholipides organisés en une double couche, avec les têtes polaires orientées vers l'extérieur et les queues non polaires orientées vers l'intérieur.
• Cette organisation particulière permet aux membranes cellulaires de former une barrière protectrice entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.

Les Stéroïdes

• Les stéroïdes sont un troisième groupe de lipides, caractérisés par une structure cyclique à quatre anneaux de carbone appelée « noyau stéroïde ».
• Le cholestérol est un stéroïde important chez les animaux, présent dans les membranes cellulaires et servant de précurseur à d'autres stéroïdes.
• Le cholestérol contribue à la stabilité des membranes cellulaires.

Les Hormones Stéroïdes

• Le cholestérol est le précurseur de nombreuses hormones stéroïdes, comme la testostérone, l'estradiol, la progestérone, le cortisol et l'aldostérone.
• Ces hormones stéroïdes jouent des rôles importants dans la reproduction, le métabolisme et l'équilibre hydrominéral de l'organisme.

Les Protéines

• Les protéines sont le principal matériau de construction du corps et sont essentielles à la fonction cellulaire.
• Les protéines sont des macromolécules composées de monomères appelés acides aminés.
• Il existe 20 acides aminés différents qui constituent les protéines.
• Les protéines sont formées par l'assemblage d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques.

Les Acides Aminés

• Chaque acide aminé possède un carbone central lié à quatre groupes : une fonction amine (NH2), une fonction acide (COOH), un atome d'hydrogène (H) et un radical R variable.
• La nature du radical R détermine le type d'acide aminé.

La Liaison Peptidique

• Les acides aminés sont liés par des liaisons peptidiques, qui résultent de la réaction de condensation entre la fonction acide d'un acide aminé et la fonction amine d'un autre acide aminé.
• La liaison peptidique libère une molécule d'eau.
• L'hydrolyse des liaisons peptidiques, sous l'action des enzymes digestives, permet de décomposer les protéines en acides aminés.

Ce quiz porte sur la nature des molécules, leurs composants fondamentaux, et les types de liaisons - en particulier les liaisons covalentes. Vous serez interrogé sur les éléments constitutifs des atomes et les détails des interactions entre eux. Testez vos connaissances sur la chimie organique et la formation des molécules.