Chapitre 1 : Les molécules de la vie
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•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• SBI4U Module B – Copyright @laf- sept 2014 Yves Lafrenière Figure 1http://fr.wikipedia.org/wiki/Projet:Biochimie,_biologie_cellulaire_et_mol%C3%A9culaire: Cahier de l’élève 1 2 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• SBI4U LAF Module B – Copyright @laf- sept 2014 Référence: Edward Carter et al, (2014), Biologie 12STSE, Édition Chenelière / McGraw-Hill, Montréal, Ce module contient 2 chapitres du livre Biologie 12 (STSE) Chapitre 1 : Les molécules de la vie 1.1 La chimie dans les systèmes vivants 1.2 Les molécules biologiquement importantes 1.3 Les réactions biochimiques Chapitre 2 : La cellule et ses constituants 2.1 Les structures et les fonctions des cellules eucaryotes 2.2 Le mouvement des substances à travers la membrane cellulaire 3 SBI4U LAF Module B – Biochimie Cellulaire Chapitre 1 : Les molécules de la vie Copyright @laf- janvier 2017 Section 1.1 La chimie dans les systèmes vivants Mots clés à définir : Isotope : Radio-Isotope : Molécule Molécules organique Biochimie Intramoléculaire Intermoléculaire Liaison hydrogène Hydrophobe Hydrophile Ion Groupement fonctionnel 4 Le métabolisme c’est quoi? Le métabolisme est un ensemble de processus. Par exemple, l’absorption des substances, les transformations de ces substances et l’élimination des déchets. Les substances qui interviennent dans le métabolisme sont principalement des molécules. Entre autre, l’eau est une des molécules de ton corps qui est très importante. Un atome: C’est la plus petite particule de la matière qui intervient dans les réactions chimique. Oui maintenant on sait que l’on peut décomposer un atome en plus petites section, mais on croit encore que l’atome est l’unité de base pour les réactions chimiques. Modèle de Niels Bohr-Rutherford (XX siècle) Un élément Un élément est une substance pure fait des mêmes atomes. C’est un type d’atome. On ne peut pas décomposer un élément en substances plus simple par moyen chimique. Tous les atomes d’un élément ont le même nombre de protons dans leur noyau, le # atomique. Exemple d’éléments: Calcium, phosphore, Oxygène, hydrogène, Azote Bref.....le tableau périodique. Isotopes: Le nombre de masse d’un atome est le nombre total des protons et des neutrons dans son noyau. Les atomes d’un même élément qui contiennent des nombres différents de neutrons s’appellent les isotopes de cet élément. Par exemple le carbone possède trois isotopes. On retrouve donc communément les trois isotopes de carbone dans un échantillon. La masse atomique d’un élément est la moyenne de la masse atomique de tous ses isotopes. Par exemple le chlore naturel possède deux isotopes, le chlore 35 et le chlore 37. Il y a trois atomes de chlore 35 pour chaque atome de chlore 37. Exemple: les 3 isotopes du carbone. (Figure 1.3 , p7 Bio12e) 5 Les isotopes suite : Certains isotopes sont stable, alors que d’autre sont instable et se décomposent. (Se désintègrent) Le carbone 12 et le carbone 13 sont stables. Les isotopes instables sont connus comme des isotopes radioactifs. Le carbone 14 est un exemple d’isotope radioactif. Par ce que l’on connaît le taux de désintégration de l’isotope on peut avec des sondes à radioactivité utiliser le radio-isotope pour des fins scientifiques. Par exemple, les archéologues utilisent le carbone 14 pour dater des échantillons trouvés. (Max 50 000 ans) Étudier les interactions entre les molécules p.10 C’est quoi la différence entre une molécule et une molécule organique ? A – Les interactions à l’intérieur des molécules L’électronégativité La valeur de l’électronégativité d’un atome d’un élément mesure la capacité de cet atome d’attirer les électrons d’un autre atome. On utilise ces valeurs définit par Pauling. (Échelle de Pauling) Tableau #1: Liaison Différence d’électronégativité et nature des liaisons chimiques Liaison Liaison Covalente Non-Polaire 0 à 0.5 Covalente Polaire 0.5 à 1.7 Se nomme : composé moléculaire Exemple de calculs de molécules : Ionique 1.7 et plus composé Ionique 6 Liaison covalente Liaison par mise en commun d’électron. Covalente non-polaire: Liaison formé par deux atomes possédant une valeur d’électronégativité pareille. Ex: O2 et Cl2 Covalente polaire: Liaison est définit comme non-polaire quand la différence d’électronégativité entre les atomes n’est pas nulle. Les électrons ne seront pas répartis également entre les deux atomes. (Voir molécule d’eau.) Liaison ionique Liaison par transfert d’électron. Donne des composés ionique. 7 B – Les interactions entre les molécules Les liaisons hydrogènes p.12 La molécule de l’eau : La molécule de l’eau, due à l’électronégativité de l’oxygène est de forme polaire. C’est-à-dire que l’oxygène attire fortement les électrons libres des deux atomes d’hydrogène et ce donnant ainsi une polarité négative proche de l’oxygène. (Puisque les électrons sont négatifs. ) On indique la polarité sur le schéma par g- ou g+ dépendant de la polarité. On nomme une extrémité polaire d’une molécule un “pôle”. Ainsi, parce que la molécule d’eau est polaire, elle peut attirer d’autres molécules d’eau. Ce phénomène est dû à l’attraction qui existe entre les pôles négatifs et les pôles positifs de molécules différentes. On nomme ce phénomène, liaisons d’hydrogène Liaison d’hydrogène: Une liaison d’hydrogène est une force qui s’exerce entre des molécules. Ce n’est pas une forme de liaison chimique interne d’une molécule. Les atomes suivants peuvent faire des liaisons d’hydrogène Fluor, Oxygène, Azote (FON) Les liaisons d’hydrogène sont faibles, par exemple une liaison d’hydrogène ne vaut que 5 % la valeur d’une liaison covalente. Mais cette forme de liaison est assez forte pour retenir les molécules d’eau ensemble. C’est pour cette raison que de l’eau est retrouvée sous sa forme liquide sur Terre. 8 Les interactions hydrophobes p.13 L’eau est un solvant universel. On peut y dissoudre plusieurs sels, solutés et composés polaires ou ioniques. C’est pourquoi l’eau représente jusqu’à 90% des constituants des cellules. Puisque la molécule d’eau est polaire elle attire les ions dans le sel par exemple. Ces deux attractions séparent les ions chlorure des ions sodium. Le sel est maintenant dissocié. Ce qui signifie que les ions sodium et les ions chlorure sont séparés et se sont dissous dans l’eau. Composés hydrophiles: Ce sont les composés qui interagissent avec l’eau. Ils aiment l’eau et peuvent se dissoudre dans l’eau. Composés hydrophobe: Les composés qui n’interagissent pas avec l’eau. Les composés non-polaires sont hydrophobes. Ils ne peuvent pas former des liaisons d’hydrogène avec l’eau comme le peuvent les composés ioniques et polaires. Figure 1.8: Le sel se dissout dans l’eau parce que les ions chlorure et les ions sodium attirent les molécules d’eau. 9 Les ions dans les systèmes biologiques p.13 10 Ions : Cations : Anions : Dans les systèmes vivants : ions • Lecture de la section 1.1 • Compléter les notes de cours avec le livre ou en suivant le cours de l’enseignant. • Compléter les questions # 1 à 6 “Vérifie tes connaissances” à la page 13 de ton livre. Les groupements fonctionnels déterminent les propriétés d’une molécule p.14 Groupement fonctionnel : 11 Section 1.1 - Comment représenter une molécule? 1) Formule moléculaire: Exemple : 2) 12 La formule moléculaire indique seulement le nombre de chaque type d’atome présent dans une molécule. CuSO4 , C6H12O6 Diagramme de Lewis: Dans le diagramme de Lewis, seuls les électrons de la couche de valence sont représentés. Dessine la molécule du vinaigre sous forme lewis : 3) Formule Développées ou Structurelle: Dans une formule structurelle (ou formule développées), chaque ligne représente une paire d’électrons mis en commun par deux atomes. Ces dessins sont des représentations bidimensionnelles des molécules et des lisons entre elles. 4) Modèle Tridimensionnels Compact : On dessin les atomes par des cercles les uns dans les autres. On ne représente par les liens. Les cercles qui s’entrecroisent représentent indirectement les liens. 13 4) Modèle Boules et Tiges (éclaté) : Un modèle 3D construit avec un kit de model moléculaire ou bien avec un logiciel moléculaire 3D. Image des divers biomolécules sont disponible sur le net. Ce modèle démontre la géométrie des liens entre les atomes. Les balles démontrent le centre des atomes tandis que les tiges sont les liens entre eux. 3) Modèle 3D dessiner à la main : Un modèle comme le « boule et tige » 14 qui démontre bien la structure 3D des différents emplacements des atomes dans la molécule. Loi pour le dessin : (voir Activité 1.1 p.16) Ligne solide : Liaison est dans le plan (sur la feuille) Place la molécule avec le plus grand nombre d’atomes possible sur le même plan, c’est-à-dire sur la même surface plane. Ligne pointillé : Liaison est dans l’arrière-plan. (Projection en arrière de la feuille) Ligne en biseau : Liaison est dans l’avant-plan (projection qui sort par en avant de ta feuille) Modèle 3D dessiner à la main suite… Voici un lien pour un logiciel gratuit pour créer vos molécules. https://www.emolecules.com/ https://www.molecular-networks.com/online_demos/corina_demo_interactive SBI4U 15 LAF Module B – Biochimie Cellulaire Chapitre 1 : Les molécules de la vie 1.1 La chimie dans les systèmes vivants Copyright @laf- jan 2017 Quiz #1. Un composé ionique est polaire. V ou F #2. L’eau est un soluté universel. Il peut dissoudre plusieurs sels. V ou F #3. Une liaison covalente est plus forte qu’un lien hydrogène. V ou F #4. Une molécule de O2 est un exemple de liaisons covalente polaire. V ou F #5. Un isotope est un atome qui possède un différent nombre de proton. V ou F #6. Le carbone possède 2 isotopes. V ou F #7. Une micelle est une particule qui se forme quand on dissout du sel. V ou F #8. La membrane cellulaire des cellules est totalement hydrophobe. V ou F #9. Dans le modèle moléculaire de dessin 3D, un lien triangle est une projection vers l’avant. V ou F Carbone et Oxygène partage une liaison ionique très forte. V ou F #10. SBI4U 16 LAF Module B – Biochimie Cellulaire 1.1 Chapitre 1 : Les molécules de la vie La chimie dans les systèmes vivants Copyright @laf- jan 2017 • Faite le croquis des molécules suivantes selon les différentes représentations dans le tableau ci-dessous. Formule Lewis Moléculaire à la main à la main Structurel à la main Compact Boules et Modèle 3D Tiges Image ou à Image ou à À la main la main la main 10 Molécules à représenter: (à remettre selon les directives de LAF) Une molécule par feuille Eau, Ammoniac Acide Acétique Bioxyde de carbone (g) Alcool isopropylique (g) Oxygène diatomique (g) Butane (g) Paradichloro-Benzène Acéthylène Acétone 17
