Chapitre_3.1_3.2__chimie_du__vivant__glucides (1).pptx

IOLOGIE CELLULAIRE- BIO-N01-24 CHAPITRE 3 Organisation moléculaire des structures du vivant Temps estimé : 10h à 12 h 1 Organisation moléculaire des structures du vivant 3.1 La chimie du vivant: - Les éléments chimiques chez les êtres vivants - Les propriétés de l’eau chez les êtres vivants 3.2 Les glucides 3.3 Les protéines et les enzymes 3.4 Les lipides 3.5 Les acides nucléiques 2 La chimie du vivant Les éléments chimiques chez les êtres vivants La matière est composée d’éléments chimiques. La matière est tout ce qui occupe un espace et possède une masse. Quels sont les éléments chimiques essentiels à la vie ? - Oxygène (O) - Carbone (C) - Hydrogène (H) - Azote (N) 3 La chimie du vivant Les éléments chimiques chez les êtres vivants  Carbone : Base des molécules organiques.  Hydrogène : Présent dans l'eau et les acides.  Oxygène : Crucial pour la respiration et l'eau.  Azote : Fondamental pour les protéines et les acides nucléiques. Chez l’homme où retrouve-t-on 4 ces atomes ? La chimie du vivant Les éléments chimiques chez les êtres vivants  Calcium  Phosph ore  Soufre  Fer Chez l’homme où retrouve-t-on  Sodium ces atomes ? 5 La chimie du vivant ganique vs. molécule inorganique Les organismes vivants sont constitués à la fois de composés inorganiques et de composés organiques, tous deux essentiels à la vie. Les atomes des molécules organiques sont reliés par des liaisons covalentes dont le squelette est à base de carbone. Ex: protéines, lipides, glucides, acides nucléiques. Le plastique, le benzène et l’essence sont aussi des composés organiques. Les molécules inorganiques ne sont pas composées de carbone. Elles se forment par des réactions chimiques simples à l’extérieur des organismes vivants. 6 La chimie du vivant Le carbone Les composés contenants du carbone chez les organismes vivants sont considérés comme étant organiques. - Quelques exemples de macromolécules à chaînes carbonées: 7 La chimie du vivant Les propriétés de l’eau chez les êtres vivants Les principales molécules inorganiques sont l'eau, les sels minéraux, les acides et les bases. L’eau, molécule inorganique, possède diverses propriétés qui font qu'elle est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants (entre 60 et 80 % du volume de la plupart des cellules vivantes). Chez l’humain, l’eau constitue: - Un milieu propice aux réactions chimiques. - Une substance de base des sécrétions et excrétions. - Une substance qui permet le maintien thermique. - Moyen de transport efficace pour les nutriments (circulation sanguine). 8 La chimie du vivant La molécule d’eau forme Les molécules d’eau sont un angle de 104.5. polaires : attraction entre La molécule est polaire: plusieurs molécules via les l’oxygène est très gros interactions intermoléculaires p/r l’hydrogène. Son de type ponts hydrogène. électronégativité attire Quelle disposition auront les beaucoup les électrons molécules d’eau ? partagés Campbell, p.40 9 La chimie du vivant e solvant fondamental de la vie - L’eau est un très bon solvant - Sa polarité lui confère la possibilité de dissoudre les molécules ioniques et mettre en solution les molécules polaires. Campbell, p.51 - Ex de molécules polaires Notez l’orientation des solubles : molécules d’eau autour des  les glucides ( sucres) ions (cations Na+ ou anions  certaines protéines Cl-). polaires 10 La chimie du vivant L’eau chimiquement impliquée: Dans l’organisme vivant, l’eau participe aux réactions chimiques Synthèse d’un polymère: réaction de condensation (qui implique une déshydratation) + Polymère Ajout d’un monomère v Libère une molécule d’eau v Ajout du monomère au polymère de dépar Comment se nomme cette réaction particulière du métabolisme? La chimie du vivant eau chimiquement impliquée Dégradation d’un polymère: réaction d’hydrolyse (qui implique l’ajout d’une molécule d’eau) Polymère Ajout d’une molécule d’eau v Polymère raccourci Monomère libéré QUESTIONS À CHOIX MULTIPLES 9. Quelle est l'importance de l'eau pour les cellules vivantes ? - a) Elle agit comme un régulateur de température uniquement - b) Elle constitue le milieu de nombreuses réactions chimiques - c) Elle empêche la croissance des cellules - d) Elle décompose les protéines en acides aminés 10. Pourquoi l'eau est-elle essentielle pour le métabolisme des organismes vivants ? - a) Elle fournit de l'oxygène pour la respiration - b) Elle est le principal constituant des membranes cellulaires - c) Elle est un réactif ou un produit dans de nombreuses réactions biochimiques - d) Elle aide à la formation des os QUESTIONS À COURT DÉVELOPPEMENT A. Expliquez comment la chaleur spécifique de l'eau contribue à la régulation de la température corporelle chez les humains. B. Décrivez le rôle de l'eau dans le transport des nutriments et des déchets au sein des cellules. 13 Organisation moléculaire des structures du vivant 3.1 La chimie du vivant  3.2 Les glucides: - Introduction - Monosaccharides - Disaccharides - Polysaccharides 3.3 Les protéines et les enzymes 3.4 Les lipides 3.5 Les acides nucléiques 14 Introduction Les molécules organiques complexes du vivant se forment dans les cellules à partir de molécules organiques simples. Les molécules organiques sont souvent énormes et sont désignées par le terme général de macromolécules. Macromolécule: Molécule géante formée par l’assemblage de plusieurs petites molécules organiques 4 classes Glucides Acides nucléiques (sucre) (ADN) Lipide Protéin s es Les glucides Constituent une source majeure pour l’apport d’énergie provenant de notre alimentation. Aussi appelés saccharides ou sucre et la plupart des noms de sucres finissent Formule par –osegénérale: (ex: Glucose) CnH2nOn Exemple: Quel serait la formule d’un glucide à 6 atomes de carbone? CH2O x 6 = C6H12O6 = hexose Les glucides sont classés en trois différentes catégories: Les monosaccharides, les plus simples (sucres simples) Les disaccharides, qui sont la combinaison de deux monosaccharides. Les polysaccharides, contiennent plusieurs monosaccharides. Les monosaccharides Mono = 1 Saccharide = sucre Sont constitués de 3 à 7 atomes de carbone Ils sont solides, incolores et très solubles dans l’eau. Ont un goût sucré. LEUR FONCTION: ÉNERGIE: stockage d’énergie à court terme. Unité de base de synthèse des di- et polysaccharides. Unité de base de synthèse des acides Les monosaccharides Exemples: Associez le rôle au monosaccharide correspondant: 1- Sucre du miel, des fruits et du nectar des fleurs 2- Source d’énergie chez les animaux 3- Entre dans la composition de l’ARN Glucose Fructose Ribose Les monosaccharides Exemples: Associez le rôle au monosaccharide correspondant: Fructose 1- Sucre du miel, des fruits et du nectar des fleurs 2- Source d’énergie chez les animaux Glucose 3- Entre dans la composition de Ribose l’ARN Les glucides Le glucose en est un exemple. Rappel: équation de la photosynthèse….. Sont utilisés lors de la respiration cellulaire pour produire de l’énergie et libérer du CO2, et de l’H2O. Les monosaccharides  Sont nommés en fonction du nombre d’atomes de C qui les composent: - Triose: 3C - Pentose: 5C - Hexose: 6C  Sont physiologiquement importants - Ribose: élément structurel des acides nucléiques, ARN et ADN. - Glucose : le sucre de l’organisme. - Galactose : transformable en glucose dans le foie. C’est un sucre présent dans le lait. - Fructose : retrouvé dans les fruits et transformable en glucose Les monosaccharides Formes linéaire et cyclique En solution aqueuse, les hexoses prennent une forme cyclique. Le groupement C=O réagit avec le groupement OH pour former une structure cyclique à 5 ou 6 côtés. Les monosaccharides Formes cycliques des hexoses - Question: Comment distingueriez-vous le galactose du mannose du fructose et du glucose? Pensez à la numérotation des atomes de carbone. Glucose Galactose Mannose Fructose Carbone Carbone Cycle à 5 4 – OH 2 – OH carbone est en est en haut haut Les disaccharides Di = deux Lorsque 2 monosaccharides (monomères) s’unissent par une liaison covalente. Cette liaison est appelée liaison glycosidique. Quelle est la réaction qui permet la formation d’un disaccharide à partir de 2 monosaccharides? Réaction de condensation ou déshydratation Exemples de disaccharides: – Maltose = glucose + glucose – Lactose = glucose + galactose – Saccharose = glucose + fructose Les disaccharides Réaction de Condensation des saccharides D’après vous quel(s) groupe(s) fonctionnel(s) participe(nt) à cette réaction? - OH Quel est le nom du nouveau groupement fonctionnel formé (en rouge)? - Liaison glycosidique Les disaccharides Le maltose Glucose + Glucose = Maltose + H2O Trouvé dans les produits à base de malte et d’orge (e.g. bière) Les disaccharides Le lactose Glucose + Galactose = Lactose Sucre majoritairement présent dans le lait. Les personnes intolérantes au lactose n’ont pas l’enzyme requise pour la dégradation du lactose. Les disaccharides pplication en biotechnologie Les disaccharides Le saccharose Glucose + Fructose = Saccharose Sucre de table La forme majeure de transport du sucre dans les plantes. Les polysaccharides Polymères de monosaccharides liés par des liaisons glycosidiques. Deux types de functions: – Stockage: Constituent une macromolécule de stockage qui est hydrolysée en fonction des besoins. – Servent de matériaux de structure pour la cellule. Les polysaccharides L’amidon Monomères de glucose liés par liaison glycosidiques α. Trouvé dans les plantes. Un moyen de stocker l’excédent de glucose. Animaux se nourrisent des plantes qui contiennent de l’amidon et s’en servent pour produire leur énergie. Les polysaccharides L’amidon Existe sous 2 différentes formes qui ont une structure en hélice. Amylose: forme sans ramification Amylopectine: forme avec ramifications Les polysaccharides Le glycogène Sucre de reserve: stocké dans le foie et les cellules musculaires des animaux. Polymère de glucose avec un nombre extrêmement important de ramifications. Les polysaccharides La cellulose Matière première constituant la paroi des végétaux. Polymère de molécules de glucose liées par liaisons glycosidiques β. Ce type de liaison contraint les molécules de glucose de se positionner tête-bêche Ce qui confère à la molécule de cellulose une structure linéaire (pas de structure en hélice)  non hydrolysable par les animaux (sauf les ruminants et les termites) Aucune ramification. Les polysaccharides La cellulose Fig. 5.8 Les polysaccharides Cellulose vs amidon L’orientation α ou β résulte en la formation de différents types de liaisons dans les polymères et confèrent donc des propriétés différentes. Cellulose non-digestible Amidon digestible Autres polysaccharides de structure - La chitine : forme la paroi cellulaire de certains champignons et l’exosquelette de certains s insects et crustacés. - Les peptidoglycanes : forme la paroi bactérienne Les polysaccharides Structure de la Polysacchari Polysaccharid molécule et des chez es chez types de animaux plantes liaisons Rôle: Énergie Rôle: Structure Les polysaccharides Structure de la Polysaccharid Polysaccharid molécule et es chez les es chez types de animaux plantes liaisons En hélice (α ) & Rôle: ramifications Glycogène Amidon Énergie (α) Linéaire, sans Chitine Rôle: ramification (fungi & Cellulose Structure β arthropodes) QCM 1. Quel est le rôle principal des glucides chez les organismes vivants ? - a) Fournir des acides aminés - b) Stocker l'information génétique - c) Fournir de l'énergie - d) Transporter les électrons 2. Quel type de glucide est le glucose ? - a) Un disaccharide - b) Un polysaccharide - c) Un monosaccharide - d) Un oligosaccharide 3. Quel est le principal glucide de réserve chez les plantes ? - a) Le lactose - b) L'amidon - c) Le glycogène - d) Le saccharose 4. Quel est le rôle du glycogène dans le corps humain ? - a) Fournir des acides gras - b) Stocker l'énergie à court terme - c) Construire des membranes cellulaires - d) Servir de matériel génétique QCM 5. Quel est le principal glucide de réserve chez les animaux ? - a) L'amidon - b) Le lactose - c) Le glycogène - d) La cellulose 6. Quelle est la différence principale entre les glucides simples et complexes ? - a) Les glucides simples sont solubles dans l'eau, tandis que les complexes ne le sont pas - b) Les glucides simples ont une structure plus complexe que les glucides complexes - c) Les glucides simples sont constitués de une ou deux unités de sucre, tandis que les glucides complexes en ont plusieurs - d) Les glucides simples sont plus nutritifs que les glucides complexes 7. Quel rôle joue la cellulose dans les plantes ? - a) Stocker de l'énergie - b) Servir de matériel génétique - c) Former les parois cellulaires - d) Transporter les nutriments 8. Quel est l'effet principal des glucides sur le métabolisme énergétique ? - a) Ils ralentissent le métabolisme en réduisant les niveaux d'insuline - b) Ils fournissent une source rapide d'énergie pour les processus Réponses 1. c) Fournir de l'énergie 2. c) Un monosaccharide 3. b) L'amidon 4. b) Stocker l'énergie à court terme 5. c) Le glycogène 6. c) Les glucides simples sont constitués de une ou deux unités de sucre, tandis que les glucides complexes en ont plusieurs 7. c) Former les parois cellulaires 8. b) Ils fournissent une source rapide d'énergie pour les processus cellulaires Questions à développement A. Comparez la structure et le rôle de l'amidon et du glycogène dans le stockage de l'énergie chez les plantes et les animaux. Incluez dans votre réponse une description des différences structurales et fonctionnelles entre ces deux polysaccharides. B. Expliquez les différences entre l'amidon et la chitine en termes de structure et de fonction dans les organismes vivants. Comment ces différences reflètent leurs rôles respectifs dans les plantes et les arthropodes ? Réponses aux questions à développement Comparaison entre l'amidon et le glycogène : L'amidon et le glycogène sont tous deux des polysaccharides de stockage, mais ils diffèrent en termes de structure et de fonction. L'amidon est le principal polysaccharide de stockage chez les plantes. Il se compose principalement de deux types de chaînes : l'amylose, une chaîne linéaire de glucose, et l'amylopectine, une chaîne ramifiée de glucose. L'amidon est stocké dans les plastes des cellules végétales et sert de réserve énergétique à long terme pour les plantes. En revanche, le glycogène est le principal polysaccharide de stockage chez les animaux. Sa structure est très ramifiée, même plus que l'amylopectine, ce qui permet un accès rapide aux unités de glucose. Le glycogène est stocké principalement dans le foie et les muscles. Sa structure hautement ramifiée permet une libération rapide de glucose pour répondre aux besoins énergétiques immédiats des animaux. En résumé, tandis que l'amidon est conçu pour un stockage à long Réponses aux questions à développement Différences entre l'amidon et la chitine : L'amidon et la chitine sont deux polysaccharides qui diffèrent considérablement en termes de structure et de fonction. L'amidon est constitué de chaînes de glucose et est principalement utilisé pour le stockage d'énergie chez les plantes. Sa structure inclut des chaînes linéaires (amylose) et ramifiées (amylopectine), qui permettent un stockage efficace des glucides. La chitine, en revanche, est un polysaccharide structural trouvé principalement dans les exosquelettes des arthropodes (comme les insectes et les crustacés) et dans les parois cellulaires des champignons. Elle est composée de unités de N-acétylglucosamine (un dérivé du glucose) reliées par des liaisons β. Cette structure confère à la chitine une rigidité et une résistance importantes, adaptées pour le soutien et la protection des organismes qui l'utilisent. En résumé, l'amidon est un polysaccharide de réserve énergétique avec une structure qui favorise le stockage et la mobilisation des glucides, tandis que la chitine est un polysaccharide structural Mots clés 47

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