UE1 - Base biologique de l'exercice

CM1                                                   BIOLOGIE                       Mme JOFFROY

 

 

 

Composition de la matière vivante

 

 

I)                  Les atomes

 

Les atomes sont les plus petites unités de la matière qui composent les substances chimiques.

Chaque type d’atome, comme le carbone, l’oxygène etc… constitue un élément chimique.

 

Elément chimique : Substance composée uniquement d’atomes identiques.

Exemple : L’oxygène est un élément chimique qui se compose seulement d’atome

d’oxygène (O2).

 

De plus chaque élément est représenté par un symbole (1 voir 2 lettres).

 

On dénombre une centaine d’éléments chimiques mais seulement 24 sont essentiels à la structure et au fonctionnement de notre corps.

 

Parmis ces 24 éléments seulement 4 (l’hydrogène (H), l’oxygène (O), le carbone (C), et l’azote (N) ) représente plus de 99% des atomes du corps humain.

 

Il faut également ajouté 7 éléments minéraux qui constituent les substances les plus abondantes qui sont dissoutes dans les liquides intra et extra cellulaire.

 

     On y ajoute également 13 oligoéléments qui se trouvent en infime partie dans notre organisme, mais qui restent essentiel à la croissance et au fonctionnement de notre organisme.

Exemple : le fer joue un rôle crucial pour le transport de l’oxygène dans la circulation sanguine.

 

 

        100aine d’éléments chimiques

 

 

                       24 éléments essentiels                       autres éléments

 

 

      4 atomes                  7 éléments             13 oligoéléments

   (C, H, O, N)                 minéraux

= 99% du corps

 

 

 

 

 

Conclusion :

Les propriétés chimiques des atomes vont dépendrent des 3 types de particules qui vont les constituer : protons, neutrons, électrons.

 

Les protons et les neutrons sont situés au centre de l’atome, à l’intérieur du noyau, alors que les électrons (e-) gravitent à des distances équitables autour du noyau.

• La matière est formée d’atomes

 

 

 

II)               Les molécules

 

Deux ou plusieurs atomes liés les uns aux autres forment ce qu’on appel une molécule.

Plusieurs atomes liés entre eux è molécule

Exemple: la molécule d’eau est formée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome

d’oxygène (H2O)

 

Il faut préciser que les atomes de cette molécule vont être tenus ensemble par des liaisons chimiques.

La forme écrite d’un liaison peut être de deux façon : un trait fin (liaison simple), un trait double (double liaison).

 

Remarque : La plus part des molécules naturelles contiennent du carbone. C’est pour cette raison qu’elles sont dites « molécule organique », à contrario les « molécules inorganiques » ne contiennent pas de carbone).

L’atome de carbone à la capacité de former des liaisons multiples.

Les molécules peuvent être plus ou moins importantes en taille. En effet certaines d’entre elles peuvent être extrêmement importantes (macromolécule = polymère) dans ce cas elles se composent de plusieurs millier d’atomes.

 

La plus part des molécules organique de notre corps se classe en 4 groupe :

-         les glucides,

-         les lipides,

-         les protéines,

-         les acides nucléiques.

 

 

1.     Les glucides.

Les glucides représentent 1% de la masse du corps. Il joue un rôle clé dans les réactions chimiques qui fournissent de l’énergie à nos cellules.

Ces glucides sont composés d’atomes de carbones, d’hydrogène, et d’oxygène (CHO).

Glucides à CHO

La plupart d’entre eux on un goût sucré, et c’est donc pour cette raison qu’on retrouve la classe de tout les sucres (monosaccharides) dont le plus abondant est le glucose.

Le glucose est le sucre directement assimilable par toutes nos cellules.

Ce glucose est une molécule qui est constituée de 6 atomes de carbone, 12 d’hydrogène et 6 atomes d’oxygène (C6H12O6)

Glucose à C6H1206

Ce glucose est un hexose car il contient 6 atomes de carbone.

En effet certains monosaccharides peuvent seulement contenir 5 atomes de carbones (pentose).

MONOSACCHARIDE = 5atomes (PENTOSE) ou 6 atomes (HEXOSE)

 

Tous les suffixes en «ose » correspondent à des sucres.

 

Les molécules de glucide qui sont constituées de 2 monosaccharides portent le nom de DISACCARIDE (ex : saccharose)

 

Un grand nombre de monosaccharides peuvent donc se lier les uns aux autres pour former de gros polymère que l’on nommera polysaccharides (ex : l’amidon, glycogène)

Plusieurs monosaccharides liés = POLYSACCHARIDE

 

Le glycogène se compose de millier de molécules de glucose, cela est traduit par une longue chaîne biochimique.

L’hydrolyse= hydro (eau) et lyse (cassure) « casser par l’eau ». Ce processus de cassure permet de libérer le glucose.

 

2.     Les lipides

Ils constituent des molécules composées principalement d’atome d’hydrogène et de carbone (HC).

Lipide à HC

Ils forment 15% de la masse du corps.

Ils sont divisés en 4 sous classes.

 

a/ Les acides gras

Un AG consiste en une chaîne d’atomes de carbone qui porte à son extrémité ce qu’on nomme un radicale carboxyle.

Lorsque tous les atomes de carbone, de la chaîne d’un acide gras, sont liés par des liaisons simples on dit que c’est un acide gras saturé.

Atomes de carbone liés par liaison simple = acides gras saturés.

 

D’autres acides gras contiennent une ou plusieurs double(s) liaison(s) ce sont des acides gras insaturés.

Acides gras à double liaison(s) = acides gras insaturés.

 

Attention : Si il existe une seule double liaison, on dira aussi que l’acide gras et  « mono-insaturé » si au contraire il existe plusieur double liaison il sera qualifié de « polyinsaturé ».

Une seule double liaison à acide gras mono-insaturé.

Plusieurs doubles liaisons à acide gras poly-insaturé.

 

C’est donc la présence de certains éléments dans la molécule qui permet d’identifier ce que c’est en terme d’appellation.

 

b/ Les triglycérides (TG)

C’est en général un indicateur de risques cardiovasculaires.

Les TG constituent la majeure partie des lipides de l’organisme.

On les qualifie de graisse, formée par la liaison de 3 AG à une autre molécule, le glycérol.

TRIGLYCERIDES = 3 acides gras liés à la molécule de glycérol.

Dans cette formule il y a la libération de molécule d’eau (H2O).

Le suffixe « ole » met en évidence la présence d’un alcool.

Ces 3 AG qui se lient au glycérol ne sont pas nécessairement identiques.

 

Ceci permet une grande variété des TG qui peut être formée.

 

Remarque : l’hydrolyse des TG permet de dissocier les acides gras au glycérol, les produits obtenus peuvent donc être utilisés pour fournir l’énergie nécessaire à toutes nos fonctions cellulaires.

 

 

c/ Les phospholipides.

Ils ont une structure moléculaire semblable généralement à celles des TG.

La différence est que le glycérol ici est associé seulement à deux acides gras, et un groupement phosphate (contrairement à la sou classe précédent).

PHOSPHOLIPIDE à 2 acides gras et 1 groupement phosphate liés à la molécule de glycérol

 

 

d/ Les stéroïdes.

Ils ont une structure nettement différente des autres sous groupe des molécules lipidiques.

En effet dans cette sous classe on trouve le cholestérol, le cortisol et bien évidemment les hormones sexuels mâles (testostérone) et femelles (oestrogènes et progestérone).

 

 

3.     Les protéines.

 

Ces molécules représentent 17% de notre masse corporelle.

Elles jouent des rôles fondamentaux dans presque tous les processus fondamental du fonctionnement du corps.

Sa composition est d’un atome de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, et d’azote (CHON).

Protéine à CHON

C’est protéines sont formés par la liaison (peptidique) en longues chaînes d’un très grand nombre de petites sous unités que l’on nomme les acides aminés.

Par conséquent les protéines sont des polymères d’acides aminés.

Il existe 20 acides aminés différents ayant chacun une chaîne latérale différente.

Cette chaîne latérale est désignée par « R ».

NH2 constitue ce qu’on appel le groupement aminé encore appelé le radical aminé.

NH2 à radical aminé.

Et COOH correspond au groupement acide autrement dit au radical carboxyle.

COOH à radical carboxyle.

On désigne donc dans les protéines la présence de polypeptides.

En effet les chaînes d’acides aminés sont formées par la liaison du radical carboxyle (COOH) d’un acide aminé, qui est relié au radical aminé (NH2) d’un autre acide aminé. (CNH2)

Au cours de ce processus de synthèse une molécule d’eau est formée.

Cette liaison portera le nom de liaison peptidique.

Liaison peptidique à COOH relié à NH2 à CNH2

 

Remarque : La liaison de ces 2 acides aminés aboutie à une molécule dont une des extrémités porte un radicale aminé libre. L’autre extrémité porte elle le radical carboxyle libre .

Chacune de ces extrémités libres peuvent donc participer à des liaisons peptidique avec d’autres acides aminés.

Un polypeptide constitue une chaîne, une séquence, d’acides aminés qui sont liés par des liaisons peptidiques.

 

Norme conventionnelle des polypeptides :

-         si le nombre d’acides aminé d’un polypeptide est inférieur à 50, on dira que la molécule est un peptide.

-         Si la chaîne comporte plus de 50 acides aminés, le polypeptide sera qualifié de polypeptide, se qui constitue réellement une protéines.

 

Chaîne < 50 acides aminés = peptide

Chaîne > 50 acides aminés = polypeptide (protéines)

 

NB : Le nombre de 50 est arbitraire mais il permet de distinguer par convention les grands polypeptides des petits polypeptides (peptides).

 

Les glycoprotéines constituent une classe spécifique de protéines qui portent un ou plusieurs monosaccharides qui se trouvent liés à quelques acides aminés (ce n’est pas une classe générale).

 

Les protéines peuvent être décrites selon 4 niveaux d’organisation structurelle.

On parle de la structure primaire jusqu’à la structure quaternaire :

Structure primaire (base)à structure secondaire (plus grande)à structure tertiaire (même cas)à …  (poupées russes)

 

Deux facteurs déterminants permettent d’identifier la structure primaire :

-         le nombre d’acides aminés dans la chaîne,

-         le type spécifique d’acide aminé qui va occuper chaque position tout le long de la chaîne.

Exemple : Considéreront un peptides constitué de 3 acides aminésà n’importe lequel des 20 acides aminés essentiels pourra donc occupé la 1ere position. N’importe lequel la 2eme, la 3eme… Ceci permet de donner un nombre total de 20^3 chaînes possibles à partir de ces possibilités.

Autre exemple : Si le peptide comporte 6 AA on a donc 20^6 combinaisons possibles.

 

Mais les protéines peuvent former des séquences de plus de 1000 acides aminés, par conséquent avec 20 acides aminés différents on est capable de former une variété presque illimitée de polypeptides tout simplement en modifiant la séquence des acides aminés et le nombre total des acides aminés .

En effet la structure d’un polypeptide est comparable à celle d’un collier de perle ou chaque perle représente ici l’acide aminé, comme les perles naturelles les polypeptides ne sont pas identiques.

La quantité de polypeptides différents pouvant exister avec 20 acides aminés est presque illimitée.

 

Conclusion :

On peut donc ici présenter l’organisation de structure protéique, sous la forme de multiples conformations des molécules (situation de conformation biochimique)

 

 

 

4.     Acides nucléiques

Les acides nucléique représentent seulement 2% de la masse corporelle, mais ils sont tout aussi important car ils vont être responsables du stockage, mais aussi de l’expression et de la transmission de l’information génétique.

Acides nucléiques à stockage, expression et transmission de l’information génétique.

 

On désigne deux classes d’acides nucléiques :

-         l’ADN (acide désoxyribonucléique)

-         l’ARN (acide ribonucléique).

 

Ces deux types d’acides nucléiques constituent la aussi des polymères qui sont constitués de séquences linéaires de plusieurs unités, qui vont se répéter cycliquement.

Chaque unité est nommée nucléotide et possède 3 composantes :

-         1 groupement phosphate

-         1 sucre

-         1 base azotée

 

a/ l’ADN

Ses nucléotides contiennent un pentose (désoxyribose) ou 5 atomes de carbone (C5).

On trouve dans l’ADN 4 nucléotides différentes qui vont correspondre aux 4 bases azotées qui peuvent se lier au désoxyribose.

Ces 4 bases se divisent elle même en 2 classes :

-         bases puriques purines) à adénine (A) et guanine (G)

-         bases pyrimidiques à cytosine (C), thymine (T)

 

Une molécule d’ADN est constituée de 2 chaînes de nucléotides qui sont enroulées l’une autour de l’autre, de manière à former une double hélice.

Forme de l’ADN = double hélice

Ces deux chaînes sont maintenues ensemble par des liaisons d’hydrogène entre les bases puriques et les bases pyrimidiques.

Pour ce faire G est toujours appareillé à C et A est toujours appareillé T (G-C et A-T)

 

Remarque : Une purine s’appareille toujours avec une base pyrimidique et vis versa.

 

b/ l’ARN

Sa structure est différente de l’ADN mais comporte quelques ressemblances :

- l’ARN est constituée seulement d’une chaîne de nucléotide.

- le sucre de chaque nucléotide est ici le ribose.

- enfin la base pyrimidique (U pour uracile) remplace T.

 

5.     l’ATP

L’Adénosine Tri Phosphate ou ATP est la forme d’énergie utilisable par toutes les cellules de l’organisme.

En effet la synthèse le l’ATP est une fonction cellulaire de la plus haute importance car chaque cellule doit fabriquer elle-même ses propre molécule d’ATP.

 

Au niveau de la structure, l’ATP est un nucléotide d’ARN qui contient de l’adénine auquel se lies deux groupes phosphate supplémentaires.

ATP = ARN avec adénine lié à 2 groupes phosphates

Ces groupes phosphates excédentaires sont rattachés par des liaisons chimiques uniques que l’on nomme liaison phosphate riche en énergie.

 

Ainsi la rupture par hydrolyse de ces liaisons phosphates libère une énergie qui peut être utilisée immédiatement pour accomplir une activité cellulaire.