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Chimie du Vivant

• Les principaux éléments chimiques de la matière vivante sont : carbone (C), hydrogène (H), oxygène (O), azote (N), phosphore (P) et soufre (S)
• L’eau est polaire car elle possède une distribution inégale des charges électriques.
• Les hydrocarbures sont non polaires car ils sont constitués uniquement de carbone et d'hydrogène, qui ont des électronégativités similaires.
• La polarité d'une molécule influence sa capacité à interagir avec l'eau. Les molécules polaires sont hydrosolubles (elles se dissolvent dans l'eau), tandis que les molécules non polaires sont hydrophobes (elles ne se dissolvent pas dans l'eau).
• La diversité des molécules organiques provient de la capacité du carbone à former quatre liaisons covalentes avec d'autres atomes.
• Les groupements fonctionnels sont des groupes d'atomes qui confèrent des propriétés spécifiques aux molécules organiques.

Macromolécules

• Les polymères sont de grandes molécules formées par la liaison de nombreuses sous-unités identiques appelées monomères.
• La synthèse d'un polymère implique la formation d'une liaison covalente entre les monomères, tandis que la dégradation d'un polymère implique la rupture de ces liaisons.

Glucides

• Les glucides sont des molécules organiques composées de carbone, d'hydrogène et d'oxygène.
• Les principaux types de glucides sont :
  • Les monosaccharides (ex: glucose, fructose) : les glucides les plus simples
  • Les disaccharides (ex: saccharose, lactose) : formés par la liaison de deux monosaccharides
  • Les polysaccharides (ex: amidon, glycogène, cellulose) : de longues chaînes de monosaccharides
• Les glucides sont importants pour l'énergie et les structures des cellules.
• Les glucides sont utilisés comme source d'énergie primaire par les cellules.

Lipides

• Les lipides sont des molécules organiques insolubles dans l'eau, constituées de carbone, d'hydrogène et d'oxygène (et parfois d'azote et de phosphore).
• Les lipides jouent un rôle important dans le stockage d'énergie, l' isolation thermique, la formation des membranes cellulaires et lacommunication cellulaire.
• Les principaux types de lipides sont :
  • Les triglycérides : formés par l'association d'une molécule de glycérol et de trois acides gras.
  • Les phospholipides : composent les membranes cellulaires. Ils sont constitués d'une tête polaire et de deux queues apolaires.
  • Les stéroïdes : dérivés du cholestérol, ils sont également constitués d'une tête polaire et de deux queues apolaires.

Protéines

• Les protéines sont des macromolécules formées par l'enchaînement d'acides aminés.
• Chaque acide aminé possède un groupe amine (-NH2) et un groupe acide carboxylique (-COOH).
• Les protéines jouent un rôle essentiel dans de nombreux processus cellulaires, notamment :
  • La catalyse enzymatique
  • Le transport de molécules
  • La structure et le soutien des cellules
  • La défense et l'immunité
  • Le mouvement des cellules

Acides nucléiques

• Les acides nucléiques sont des macromolécules constituées de nucléotides.
• Chaque nucléotide est composé d'un sucre, d'une base azotée et d'un groupe phosphate.
• Les deux principaux types d'acides nucléiques sont :
  • L'ADN (acide désoxyribonucléique) : stocke l'information génétique des cellules
  • L'ARN (acide ribonucléique) : joue un rôle important dans la synthèse des protéines.

La cellule

• Les procaryotes sont des cellules qui ne possèdent pas de noyau, tandis que les eucaryotes sont des cellules qui possèdent un noyau.
• Les virus ne sont pas des cellules. Ils sont constitués d'une coque protéique (capside) qui entoure l'ADN ou l'ARN, et ne peuvent pas se reproduire seuls. Ils doivent infecter une cellule hôte pour se multiplier.
• Noyau : contient l'ADN cellulaire.
• Ribosomes : sites de synthèse des protéines.
• Réticulum endoplasmique (RE) : réseau de membranes en forme de sacs et de tubules qui joue un rôle dans la synthèse des protéines et des lipides.
• Appareil de Golgi : système de sacs aplatis qui modifie, emballe et exporte les protéines.
• Mitochondries : organelles responsables de la production d'ATP par la respiration cellulaire.
• Chloroplastes (seules dans les cellules végétales) : organelles qui effectuent la photosynthèse.
• Lysosomes : sacs contenant des enzymes hydrolytiques qui dégradent les déchets cellulaires.
• Vacuoles (plus importantes chez les cellules végétales) : structures qui stockent l'eau, les nutriments et les déchets.
• La paroi cellulaire (présente chez les plantes, les bactéries et les champignons) est une structure rigide qui soutient la cellule.
• La matrice extracellulaire est un réseau de protéines et de polysaccharides extérieur à la membrane plasmique, qui participe à la communication cellulaire et au maintien de la structure des tissus.
• Les jonctions cellulaires relient les cellules et favorisent leur communication. Ils peuvent être :
  • jonctions serrées: empêchent le passage
  • jonctions communicantes: permettent le passage.
• Les virus parasites les cellules en se fixant à leur membrane plasmique et en injectant leur matériel génétique à l'intérieur.

La Membrane Cellulaire

• Le modèle de la mosaïque fluide décrit la membrane plasmique comme une structure souple et dynamique, composée de phospholipides et de protéines qui se déplacent librement.
• La fluidité de la membrane est influencée par la température, la composition lipidique et la présence de cholestérol.
• Les protéines membranaires peuvent être intégrées à la membrane ou associées à la surface.
• Les protéines membranaires effectuent diverses fonctions, notamment :
  • Le transport de molécules à travers la membrane
  • La réception des signaux
  • La reconnaissance cellulaire
  • La catalyse enzymatique
• L'osmose est le mouvement de l'eau à travers une membrane semi-perméable d'une zone de concentration élevée vers une zone de concentration faible.
• L' équilibre hydrique d'une cellule peut être hypo (trop d'eau), iso (juste ce qu'il faut) ou hypertonique (pas assez d'eau).
• Le gradient de concentration désigne la différence de concentration d'une substance entre deux zones.
• L'endocytose est le processus par lequel les cellules englobent des substances de l'extérieur.
• L'exocytose est le processus par lequel les cellules libèrent des substances vers l'extérieur.
• La diffusion simple est le mouvement d'une substance à travers une membrane sans l'aide de protéines.
• La diffusion facilitée est le mouvement d'une substance à travers une membrane avec l'aide de protéines.
• Le transport actif est le mouvement d'une substance à travers une membrane contre son gradient de concentration, nécessitant de l'énergie sous forme d'ATP.

Métabolisme Cellulaire

• L'ATP (adénosine triphosphate) est la principale molécule d'énergie utilisée par les cellules.
• Les cartes métaboliques représentent les différentes voies métaboliques et les réactions chimiques qui ont lieu dans les cellules.
• L'ATP est régénéré par la respiration cellulaire (et la photosynthèse pour les plantes).
• Les enzymes sont des protéines qui catalysent les réactions chimiques en abaissant l'énergie d'activation.
• Les facteurs qui influencent l'activité enzymatique sont :
  • température
  • pH
  • concentration en substrat
  • concentration en enzyme
  • présence d'inhibiteurs
• Les mécanismes de régulation enzymatique permettent de contrôler l'activité des enzymes. Ces mécanismes peuvent être :
  • inhibition compétitive: un inhibiteur se lie au site actif de l'enzyme, empêchant le substrat de s'y fixer.
  • allostérique: un inhibiteur (ou un activateur) se lie à un site différent du site actif, modifiant la conformation de l'enzyme et donc son activité.
  • régulation par rétroaction: le produit final d'une voie métabolique inhibe la première enzyme de la voie.

Respiration Cellulaire

• La respiration cellulaire est le processus par lequel les cellules décomposent les molécules organiques (comme le glucose) pour produire de l'énergie sous forme d'ATP.
• La respiration cellulaire est essentielle pour la vie et joue un rôle important dans le cycle du carbone dans la biosphère.
• La respiration cellulaire se déroule en trois étapes principales :
  • La glycolyse: dégradation du glucose en pyruvate et ATP, ce qui se fait dans le cytoplasme. Elle ne nécessite pas d’oxygène.
  • L'oxydation du pyruvate: le pyruvate est oxydé en acétyl-CoA, qui entre ensuite dans le cycle de Krebs, ce qui se fait dans la matrice des mitochondries. Elle nécessite d’oxygène.
  • Le cycle de Krebs (ou cycle de l’acide citrique): produit des transporteurs d'électrons (NADH et FADH2), ce qui se fait dans la matrice des mitochondries. Elle nécessite d’oxygène.
• Le rôle des transporteurs d'électrons est de transporter les électrons de haute énergie provenant de la glycolyse et du cycle de Krebs vers la chaîne respiratoire.
• L'ATP synthase est une enzyme située dans la membrane interne des mitochondries. Elle utilise l'énergie du gradient de protons créé par la chaîne respiratoire pour synthétiser de l'ATP par phosphorylation oxydative.
• La respiration cellulaire est un processus catabolique: les molécules organiques sont décomposées.
• La photosynthèse est un processus anabolique: les molécules sont synthétisées à partir de lumière.
• Les intrants de la respiration cellulaire sont le glucose, l'oxygène et le NAD+.
• Les extrants de la respiration cellulaire sont le dioxyde de carbone, l'eau et l'ATP.
• La respiration cellulaire est le processus métabolique qui permet aux cellules de convertir l'énergie chimique stockée dans les molécules organiques en ATP.