Les Macromolecules

Les Macromolecules
Les macromolecules, plus partculierement les proteines, jouent un role considerable
en biologie du fait de leur solubilité et de leurs propriétés electrolytiques.
1/ Solubilité et floculation :
Les proteines sont generalement solubles en milieu aqueux mais leur solubilité
dépend de la force ionique et du PH du milieux aqueux.
Ainsi si on ajoute un sel par exemple NaCl :
 Aux faibles concentrations, la solubilité augmente,
 Aux concentrations moyennes , la solubilité se stabilise
 Aux fortes concentrations, la solubilité diminue fortement
Au pH= pHi (pH pour lequel la proteine est electriquement neutre) la molecule est le
moins soluble. nt en agrégats de sorte que l’eau ne peut
pas penetrer.
Cette solubilité des proteines dans l’eau entrainant une stabilité de la solution
aqueuse resulte de la charge des particules proteine en presence des molecules
d’eau de moment dipolaire elevé.
La diminution de la solubilite des proteines resulte de la presence en solution , d’ions
de signes contraires ou de substances à caractere fortement hydrophile (Na, Li, K,
Ba, Mg,Ca,) attirant les molecules d’eau. Cette diminution de solubilité provoque une
agregation progressive de particules finissant par sedimenter sous forme de flocons.
Cette propriété est utilisée dans les reactions immunologiques antigene-anticorps où
les deux antagonistes floculent.

Cette floculation est visible à l’œil nu grace à la formation d’un depot sous l’action du
champ de pesanteur . on dit que les molecules sedimentent.
2/ Vitesse de sedimentation :
Supposons une particule spherique de rayon r et de masse volumique  lachée sans
vitesse initiale dans un milieu de masse volumique 0 et de viscosité . Elle est
soumise à son poids P, à la poussée d’archimede P’ et à la force de frottement F. sa
vitesse limite ou vitesse de sedimentation Vs est atteinte tres rapidement.
Soit :
2
0
2
9
sr
V   
.g
Cette vitesse de sedimentation est tres faible du faite de la petite valeur de r et de la
faible difference des masses volumiques.

3/ Centrifugation , ultracentrfugation :
Afin d’augmenter cette sedimentation, il suffit de
substituer à l’accéleration de la pesanteur g, une
accéleration centrifuge . Cette force centrifuge doit
etre suffisante pour negliger les phenomenes de
diffusion dus à l’agitation thermique et au gradient de
concentration créé.
 La force de pesanteur descendante Fp
 La poussée d'Archimède ascendante Fa
 Une force de friction Fv
 La force centripète F'c
 La force centrifuge Fc
La séparation s'opère par l'action de la force centrifuge Fc sur les composés. Cette
force centrifuge, exprimée en newtons, est donnée par la relation Fc = m.a avec
a = rω² en m/s² dont :
 La masse m du composé à séparer
 La distance r du tube à l'axe de rotation de la centrifugeuse
 La vitesse angulaire ω exprimée en radians par seconde ou en tour par
minute.
Soit une molecule de masse m, située à la distance x du rotor tournant à la vitesse
angulaire constante :
ω =2π N (N Tour/min)
la particule est soumise à :
la force centrifuge Fc = ma. a = ma. 
ou ma est la masse apparente de la particule dans son milieu
Poids apparent
C'est le poids qu'indique une balance auquel on suspend un objet plongé dans un liquide. En raison
du principe d'Archimède, ce poids sera égale au poids réel moins la poussée d'Archimède :

Masse apparente
C'est le poids apparent divisé par g :
donc
la masse apparente, egale à sa masse reelle diminuée de la masse associée à la
poussée d’archimede.
ma=m-m’ = m(1 - 
) = m( 1 -  )
posons 
 le volume specifique de la molecule, d’où :
Fc= m( 1 - 0 . Vs) 
La force de frottement F= f.V f= coefficient de friction.
Le regime permanent est atteint lorsque la force de frottement equilibre la force
centrifuge , fonction de x, abscisse de la particule.
Fc = F ou m( 1 - 0 . Vs) = f.V
Constante de Svedberg :
Le rapport 
 ne depend que de la nature de la particule et
du milieu dans lequel elle baigne ; il definit la constante de Svedberg S et s’exprime
en seconde (s) ou en Svedberg(S) tel que :
1S= 
La condition de regime permanent s’écrit :
S.  = V =
Soit : 
Ou : ln
Durant le temps t d’ultracentrifugation , l’abscisse de la particule x varie de x1 à x2

Determination de la masse molaire moleculaire
Reprenons l’expression de la constante de Svedberg en remarquant que :
N.m=M : masse molaire moleculaire.
Et f=
 ou D est le coefficient de diffusion de la molecule.
Soit :   
D’où M = 
La mesure esperimentale de S par ultracentrifugation et la connaissance du
coefficient de diffusion D permettent de determiner la masse molaire moleculaire de
la macromolecule.
Exemple :soit une solution aqueuse colloidale dont on veut determiner certaines
constantes physiques. Sachant qu’elle est constituée de particules sphériques de
densité d=1.3 et de rayon r= 30nm ; la viscosité du milieu aqueux est 0.2 mPa.s, sa
temperature est 27°c.
1. Calculer le coefficient de diffusion D
2. Calculer la vitesse de sedimentation Vs sous l’effet de la pesanteur .
3. Sous l’effet d’une ultracentrifugation de 3000 tours/min, on mesure une
vitesse de sedimentation v=1,6um/s à une distance x=20cm du rotor.
Calculer la constante de svedberg et la masse molaire moleculaire
4/ Proprietes elctrolytiques :
Elles sont dues au fait que :
 les proteines sont des ampholytes electriquement neutres dans un milieu de
pH egale à leur pH isoelectrique pHi.
 Elles se chargent negativement si le pH>pHi( c’est le cas des proteines dans
l’organisme).
 Elle se chargent positivement si le pH<<pHi