Les molécules inorganiques et organiques PDF

CHAPITRE 3 : LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE VIVANTE Composés organiques et inorganiques COMPOSÉS INORGANIQUES COMPOSÉS ORGANIQUES  Molécules simples  Molécules complexes  La plupart sont (polymères) dépourvues de C (sauf  Formées d’un squele...

CHAPITRE 3 : LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE VIVANTE Composés organiques et inorganiques COMPOSÉS INORGANIQUES COMPOSÉS ORGANIQUES  Molécules simples  Molécules complexes  La plupart sont (polymères) dépourvues de C (sauf  Formées d’un squelette le CO2 et le CO) de C  L’eau  Les glucides  Les sels  Les lipides  Les acides  Les protéines  Les bases  Les acides nucléiques  Caractéristiques des êtres vivants I. Les molécules inorganiques L’eau, solvant universel La vie sur Terre a débuté dans les océans => empreinte permanente sur la chimie des êtres vivants => la plupart des réactions chimiques du vivant surviennent dans un environnement aqueux Eau = solvant universel La vie existe sur Terre grâce à la présence en abondance d’eau à l’état liquide Les propriétés particulières de l’eau sont expliquées par sa structure  Eau  H2O  60% à 80% de la masse corporelle H2 O H2S CH3OCH3 Température de fusion (°C) 0 -83 -140 Température d’ébullition (°C) 100 -60 -24 Les propriétés de l’eau  Grande capacité thermique (chaleur spécifique) : elle absorbe ou dégage une grande quantité de chaleur avant que sa température change de manière importante => évite les changements brusques de température  Grande chaleur de vaporisation (d’évaporation) : il faut une grande quantité de chaleur pour évaporer l’eau => lorsque nous transpirons, perte d’une grande quantité de chaleur => système de refroidissement très efficace Les propriétés de l’eau  Polarité et qualité de solvant : l’eau est un solvant universel => permet presque toutes les réactions chimiques dans le corps Les propriétés de l’eau  Forme des couches d’hydratation autour des grosses molécules chargées : comme les protéines => protection contre les autres substances chargées et permet de les maintenir en solution (colloïdes). Ex : liquide cérébrospinal et sang  Principal milieu de transport : sang (nutriments, gaz, déchets), urine (déchets)  Milieu de dissolution : exemple : mucus qui sert de lubrifiant Les propriétés de l’eau  Réactivité : c’est un réactif de nombreuses réactions chimiques  Amortissement : l’eau est incompressible mais peut s’écouler => forme un coussin protecteur autour des organes (liquide cérébrospinal…) Les sels  Formés d’ions autres que H+ et OH-  Anion + cation  Se dissocient dans l’eau en ions  ce sont des électrolytes => peuvent conduire des courants électriques (influx nerveux et contraction musculaire)  Exemples :  CaCO3 Ca2+ + CO32-  NaCl Na+ + Cl-  KCl K+ + Cl- Les acides  Se dissocient en H+ et anion  « Donneurs » de protons (H+) (c’est la concentration en H+ qui détermine l’acidité d’une solution)  + ils se dissocient, + ils sont « forts »  Exemples :  HCl H+ + Cl-  H2CO3 H+ + HCO3- Acides forts et acides faibles Ex : HCL, H2SO4 Ex : acide acétique acide citrique Les bases  Se dissocient souvent en OH- et cation  « Accepteurs » de protons  Exemple : NaOH Na+ + OH- et comme OH- + H+ H2O , la concentration en H+ diminue  + elles se dissocient, + elles sont « fortes »  Exemples :  NaOH Na+ + OH-  -NH2 + H+ -NH3+ Bases fortes et bases faibles pH = potentiel hydrogène  C’est la mesure de l’activité des ions H+ en solution  + il y a des H+ libres + la solution est acide  - il y a d’H+ ou + il y a d’OH- + la solution est basique ou alcaline  La concentration en H+ est entre 1 et 10-14 mol/L, d’où la définition du pH: pH = - log [H+] Exemples : si la [H+] = 10-9 mol/L pH = 9 si la [H+] = 10-3 mol/L pH = 3 pH  Echelle de 0 à 14  Eau pure a un pH neutre : pH = 7 car H2O H+ + OH- et [H+] = 10-7 mol/L  Les solutions acides ont un pH de 6,9 à 0  Les solutions basiques ont un pH de 7,1 à 14  pH Rappel : c’est une échelle logarithmique : de petits changements de pH = grands changements dans la concentration de H+ II. Les molécules organiques  Les glucides  1 à 2 % de la masse cellulaire  Contiennent du C, H et O.  Autres appellations : hydrates de carbone (proportion H/O de 2/1) ou « sucres » (pas adapté) Monosaccharides Disaccharides Polysaccharides Ex: glucose saccharose glycogène Monosaccharides  Formule : CnH2nOn  Pentoses : 5 carbones C5H10O5 Présents dans les acides nucléiques  Hexoses : 6 carbones C6H12O6 Glucose et fructose (le plus sucré) : dans les végétaux sucrés et les produits industriels Galactose : lait et miel Dosage du glucose  Taux de glucose sanguin = glycémie (valeurs normales à jeun entre 0,7 g/L et 0,9 g/L)  Taux de glucose dans urine = glucosurie (on ne trouve du glucose dans les urines que quand la glycémie ≥ 1,8 g/L => signe d’un diabète) Disaccharides  Le sucrose (ou saccharose) est extrait des betteraves et cannes à sucre  Le lactose est abondant dans le lait  Le maltose se trouve dans le malt et dans des végétaux Polysaccharides  Polysaccharides de réserve :  Amidon (plantes)  Glycogène (foie, muscles)  Polysaccharides de structure :  Cellulose (plantes)  Ce sont des polymères du glucose  Pas de goût sucré L’amidon Amylopectine Amylose Le glycogène  Stockage du glucose en cas d’hyperglycémie : foie et muscles squelettiques  Réserve de glucose :  les muscles squelettiques : utilisé directement comme source d’énergie  les cellules du foie : permet de maintenir la glycémie Le glycogène La cellulose  Liaisons dans l’amidon et la cellulose  Liaison 1-4 dans l’amidon et 1-4 dans la cellulose (non digestible => forme les fibres alimentaires) Glucides importants dans l’organisme Les rôles des glucides  Rôle énergétique : glucose, amidon, glycogène  Rôle mécanique : cellulose (plantes), chitine (arthropodes) Les rôles des glucides  Marquage cellulaire : glycoprotéines  Rôle de structure : pentoses dans l’ADN et l’ARN Intolérance et allergie au lait ependant, certains êtres humains continuent à produire cette enzyme digestive à l’âge adulte et sont don apables de digérer le lactose présent dans le lait frais. Cette caractéristique, qui ne concerne que 35 %de l Distribution de l’intolérance au lait opulation mondiale, varie énormément selon les régions. Ainsi, 15 à 54 %de la population digère le lactos anslespaysd’Europedel’Est et du Sud ; 62 à86 %en Europecentraleet del’Ouest, et de89 à96 %danslesile itanniqueset en Scandinavie.Environ 80 %desNord-Américainspeuvent boiredu lait,tandisquelespopulation Asie du Sud-Est, d’Amérique du Sud et d’une grande partie de l’Afrique ne le digèrent pratiquement pas. Evolution of lactase persistence P. Gerbault et al. 8 (a) 60° N 0.9 0.8 0.7 30° N 0.6 0.5 0° 0.4 0.3 0.2 30° S 0.1 0° 45° E 90° E 135° E 180° E (b) ette capacité60° à Ndigérer le lactose, due à une mutation génétique, a fait son apparition il y a 100.9 000 ans, au Index glycémique = capacité d’un aliment à faire monter la glycémie Les lipides Acide gras (AG) Stéroïdes Triglycérides Phospholipides  Molécules hydrophobes / liposolubles  Représentent +/- 20% du poids corporel  Contiennent surtout du C et H (peu d’O et P) Triglycérides ou triacylglycérols  Ce sont les graisses et les huiles  1 molécule de glycérol + 3 molécules d’acides gras Glycérol CH2 – CH – CH2 OH OH OH Les triglycérides Les acides gras  Longues chaînes de 16 à 20 atomes de C liés à des H CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COOH CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2  Servent de combustible énergétique  Peu abondants sous forme libre  Ils sont stockés sous forme de triglycérides  Les acides gras saturés et insaturés  Acides gras saturés : animaux, solides à T° ambiante  Acides gras mono-insaturés : végétaux, liquides à T° ambiante  Acides gras polyinsaturés : végétaux, liquides à T° ambiante Acides gras saturés et insaturés Acides gras saturés et insaturés  Chaînes longues et saturées  Graisses solides  Origine animale  pour la santé cardiovasculaire car corrélation avec un taux de cholestérol élevé  Chaînes courtes et/ou insaturées  Huiles  Origine végétale  pour la santé cardio-vasculaire Les acides gras oméga-3 et -6 Les acides gras oméga-3 (poissons gras, graines de lin, noix…) et oméga-6 (oeufs et certaines huiles) diminuent les risques de maladies cardiovasculaires et inflammatoires. Les chiffres 3 et 6 : emplacement des premières liaisons doubles Rôles des triglycérides  Stockés dans le cytoplasme des adipocytes  Réserves d’énergie qui peuvent être formées à partir des lipides, glucides et protéines excédentaires  Présents sous la peau : protègent contre les lésions et servent isolant thermique Les phospholipides X  1 glycérol + 2 acides phosphate gras + groupement phosphate + groupement polaire OH CH2 – CH – CH2 OH OH AG AG Les phospholipides  C’est une molécule amphipatique (hydrophile et hydrophobe) Les phospholipides Rôle : forment les membranes cellulaires Les stéroïdes  Tous les stéroïdes possèdent un noyau stérol  Le plus abondant = cholestérol Le cholestérol  80% du cholestérol est synthétisé dans le foie (endogène), le reste vient de l’alimentation d’origine animale (exogène).  Transporté par les lipoprotéines  VLDL  LDL : dépôt dans les artères « mauvais cholestérol »  HDL : transport vers le foie « bon cholestérol » Le cholestérol polaire Non-polaire  Rôles : présent dans les membranes des cellules animales et sert à former d’autres molécules : hormones stéroïdes, vitamine D, sels biliaires… Les hormones stéroïdes La vitamine D  Vitamine D  Présente dans les produits laitiers, le jaune d’œuf et produite par la peau à partir du cholestérol sous l’effet des rayons solaires  Stimule l’absorption et l’utilisation de calcium et du phosphore et favorise la croissance osseuse Les sels biliaires  Ils permettent d’émulsionner les lipides pour faciliter leur digestion par la lipase intestinale Rôles des stéroïdes POUR INFO Le transport des lipides  Les lipides circulent dans le sang dans les lipoprotéines  Plus une lipoprotéine contient un pourcentage élevé de lipides, plus sa densité est faible  Le transport des lipides Tissus périphériques Foie Ester de cholestérol Triglycéride Phospholipide Protéine de transfert des esters de cholestérol (CETP, Cholesteryl Ester Transfer Protein)  Les VLDL synthétisés dans le foie transportent les triglycérides vers le tissu adipeux et les autres tissus => LDL transportent le cholestérol vers les tissus périphériques  Le foie fabrique les HDL qui se remplissent du cholestérol présent dans les tissus et les artères et qui reviennent au foie où le cholestérol est dégradé et éliminé dans la bile Le métabolisme du cholestérol  Quand une cellule a besoin de cholestérol => récepteurs de LDL  LDL : dépôt dans les artères « mauvais cholestérol » (risque d’AVC et infarctus)  HDL : transport vers le foie « bon cholestérol » Les rôles des lipides  Energie : combustible (acides gras) et réserve d’énergie (triglycérides)  Protègent et isolent les organes  Présents dans les membranes cellulaires : phospholipides et cholestérol  Messagers cellulaires : hormones Les protéines  Ce sont les macromolécules :  les plus complexes sur le plan structural  les plus sophistiquées sur le plan fonctionnel  50% du poids sec  Formées de C, O, H, N et S  Chaque cellule fabrique environ 15 000 protéines différentes Les acides aminés  Les protéines sont des polymères formés à partir de 20 acides aminés différents  Les protéines contiennent de 100 à 200 acides aminés  Les acides aminés ont la même structure générale. Ils diffèrent par le groupement « R » qui leur donne leurs propriétés Les acides aminés  Parmi les 20 aa, certains sont essentiels (isoleucine, leucine, lysine, méthionine, phénylalanine, thréonine, tryptophane, valine) et doivent être apportés par l’alimentation Structure 3D des protéines  La séquence en acides aminés détermine la structure tridimensionnelle des protéines.  La structure tridimensionnelle précise la fonction Structure-fonction des protéines Chaque chaîne polypeptidique adopte une conformation spatiale particulière Fonction Structure-fonction des protéines Forme générale de la protéine dans l’espace Protéine globulaire Protéine fibreuse Fonction complexe : Fonction mécanique enzyme transport défense Exemple : le collagène  Protéine fibreuse (insolubles dans l’eau et très stables)  résistance mécanique Exemple : l’hémoglobine  Protéines globulaires  fixation, transport et compactes et libération d’O2 sphériques Dénaturation des protéines  Suite à une modification de la température, du pH, de la concentration en ions…., une protéine peut se dénaturer et perdre sa fonction.  Ce phénomène est réversible dans la plupart des cas, mais pas toujours (ex : œuf) Dénaturation des protéines Rôles des protéines Rôles des protéines  Identification des cellules :  Complexe majeur d’histocompatibilité  Groupes sanguins….  Hormones : transmission de messages  ……  Les enzymes  Ce sont des protéines globulaires qui catalysent des réactions chimiques, même celles qui sont énergétiquement défavorables.  L’hydrolyse du saccharose en glucose et en fructose est exergonique ; elle a lieu spontanément et s’accompagne d’un dégagement d’énergie, mais elle serait trop lente => l’enzyme « saccharase » fait la réaction en quelques sec. Exemple : la saccharase Caractéristiques des enzymes  Enzyme = protéine spécialisée dans la catalyse des réactions biologiques  Caractéristiques générales d’un catalyseur  Augmente la vitesse de la réaction  Ne modifie pas l’équilibre  Ne modifie pas l’énergie échangée  N’est pas modifié par la réaction  Ne peuvent pas forcer des réactions qui ne se produiraient pas  Caractéristiques particulières des enzymes  Efficacité : elles accélèrent de 108 à 1014 fois les réactions biologiques => économie d’énergie cellulaire  Spécificité : de substrat et de réaction La spécificité des enzymes  Il y a toujours formation d’un complexe enzyme- substrat (= réactif sur lequel l’enzyme agit)  La zone de l’enzyme où le substrat se fixe = site actif Site actif = serrure Substrat = clé Mécanisme d’action enzymatique  Exemple : union de 2 acides aminés  L’enzyme offre un « moule » qui permet la fixation des deux substrats dans la position et l’orientation appropriées favorise l’état de transition => augmente la vitesse de réaction Les acides nucléiques  Synthétisées (situées) dans le noyau  Les plus grandes molécules de l’organisme  Formées de C, O, H et P  Acide désoxyribonucléique ADN  Acide ribonucléique ARN  Acide nucléique : polymère de nucléotides  Nucléotide : pentose (glucide) + base azotée + groupe phosphate Rôles de l’ADN et l’ARN  ADN :  Présent dans le noyau  Conservation et transmission du matériel génétique aux cellules filles  Contient toute l’information pour la synthèse des protéines qui font fonctionner notre organisme  ARN :  Présent principalement à l’extérieur du noyau  Exécute les ordres de synthèse des protéines ADN  = hélice comportant 2 chaînes de nucléotides  ARN  = 1 simple brin de nucléotides Comparaison ADN - ARN L’ATP  L’ATP ou adénosine triphosphate est la principale molécule de transfert d’énergie dans les cellules.  Elle est produite en dégradant des molécules riches en énergie (glucose, acides gras….)  Cette énergie peut être utilisée par les cellules quand elles en ont besoin ADP Structure de l’ATP La rupture de la liaison phosphate produit de l’ADP (adénosine diphosphate), un groupement phosphate inorganique (Pi) et libère de l’énergie Cycle de l’ATP Les réserves d’ATP de la cellule s’épuisent rapidement et doivent être reconstituées continuellement par la dégradation de molécules organiques Utilisation de l’ATP dans les cellules L’ATP est nécessaire pour de nombreux processus dans les cellules Les vitamines  Les vitamines sont des composés organiques qui doivent être présents en quantité infime pour assurer la croissance et garder l’organisme en bonne santé : on en a identifié 13  Les vitamines ne sont pas des sources d’énergie et ne servent pas d’unités structurales, mais c’est grâce à elles que les cellules peuvent utiliser les nutriments qui ont ces fonctions : en absence des vitamines, les glucides, les protéines et les lipides que nous consommons sont inutilisables Les vitamines  La plupart des vitamines jouent le rôle de coenzymes : elles agissent conjointement avec une enzyme pour accomplir une réaction chimique  La plupart des vitamines doivent provenir de l’alimentation ou de suppléments. Exceptions :  la vitamine D est fabriquée dans la peau  de petites quantités de vitamines K et du groupe B sont produites par les bactéries intestinales  l’organisme peut convertir le carotène (pigment des carottes et autres aliments) en vitamine A Les vitamines  Les vitamines hydrosolubles (groupe B et C) ne s’accumulent pas dans l’organisme ; les excès sont rapidement éliminés dans les urines  Les vitamines liposolubles (vit A, D, E et K) sont absorbées en même temps que les lipides. A l’exception de la vitamine K, elles peuvent s’accumuler dans l’organisme et être toxiques POUR INFO POUR INFO