Les_biomolecules

LES
BIOMOLECULES
1 – Notions de chimie
2 – Les macromolécules du vivant
Les niveaux d’organisation de la matière







La matière est formée d'atomes.
Les atomes s'assemblent en
molécules.
Les molécules s'assemblent
pour former les cellules.
Les cellules s'assemblent en
tissus.
Les tissus en organes.
Les organes forment les
systèmes.
Et les systèmes, les organismes
À chaque niveau, de nouvelles propriétés
apparaissent: propriétés émergentes




Les molécules ont des propriétés que n'ont
pas les atomes les constituant.
Les cellules ont des propriétés (la vie) que
n'ont pas les molécules, même les plus
complexes.
Le cerveau (organe) a des propriétés que
n'ont pas les neurones (cellules) qui le
forment.
Etc.
1 - NOTIONS DE CHIMIE
L’atome
 L’élément chimique
 Les liaisons chimiques
 Les molécules

L’atome

1 noyau:
 Protons
 Neutrons

Des électrons
Exemples d’atomes :

Oxygène :




8 protons
8 neutrons
8 électrons
Sodium :



11 protons
12 neutrons
11 électrons
L’élément


Un élément est caractérisé par son numéro
atomique
Un élément peut exister sous différentes formes:





Atome
Ion
Isotope
Un élément se conserve au cours d’une
transformation chimique
Les éléments sont répertoriés dans la classification
périodique.
CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS
Symbole
Numéro atomique
1
2
27
H
Co
Hydrogène
3
He
4
Hélium
5
Li
Be
Lithium
Béryllium
Bore
12
13
11
Na
Sodium
19
K
Potassium
37
Rb
Rubidium
55
Mg
Al
21
Ca
Sc
Calcium
Scandium
38
22
23
Ti
Titane
39
24
V
Cr
Vanadium
Chrome
40
41
Mn
42
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Yttrium
Zirconium
Niobium
Molybdène
Césium
Baryum
72
L
Ta
Hafnium
Tantale
88
Fr
Ra
Francium
Radium
73
Hf
104
A
Tungstène
Rf
Sg
Seaborgium
29
30
10
C
N
O
F
Ne
Carbone
Azote
Oxygène
Fluor
Néon
Si
P
Silicium
31
15
S
Phosphore
32
16
Soufre
33
17
18
Cl
Ar
Chlore
Argon
34
35
36
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Cobalt
Nickel
Cuivre
Zinc
Gallium
Germanium
Arsenic
Sélénium
Brome
Krypton
44
Tc
28
9
Fer
45
Ru
Technécium Ruthénium
75
Os
Rhénium
Osmium
107
46
47
48
49
50
51
52
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
Rhodium
Palladium
Argent
Cadmium
Indium
Etain
Antimoine
Tellure
76
Re
106
Ha
Rutherfordium Hahnium
27
8
Fe
43
74
W
105
26
Manganèse
Strontium
56
25
7
14
Aluminium
20
Ba
87
B
Magnésium
Cs
6
77
Ir
Iridium
108
78
79
Pt
Au
Platine
109
Ns
Hs
Mt
Nielsbohrium
Hessium
Meitnerium
Or
110
Unn
80
81
82
83
53
I
Xe
Iode
84
54
85
Xénon
86
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Mercure
Thallium
Plomb
Bismuth
Polonium
Astate
Radon
111
112
Unu Und
Lanthanides
57
L
58
59
60
La
Ce
Pr
Nd
Lanthane
Cérium
Praséodyme
Néodyme
61
Pm
Prométhium
62
Sm
Samarium
63
64
65
66
67
68
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Europium
Gadolinium
Terbium
Dysprosium
Holmium
Erbium
69
Tm
Thulium
70
71
Yb
Lu
Ytterbium
Lutétium
Actinides
89
A
Ac
Actinium
IREM Orléans - Tours
90
91
92
93
94
Th
Pa
U
Np
Pu
Thorium
Protactinium
Uranium
Neptunium
Plutonium
95
96
Am
Cm
Américium
R 22 - Classification Périodique rétroprojetable
Curium
97
98
99
Bk
Cf
Es
Berkélium
Californium
Einstenium
100
Fm
Fermium
101
102
Md
No
Mendélévium
Nobélium
103
Lr
Lawrencium
A.R.
Les 6 éléments les plus abondants de
la matière vivante sont :
Carbone ( C )
 Hydrogène ( H )
 Azote ( N )
 Oxygène ( O )
 Phosphore ( P )
 Soufre ( S )

Les liaisons chimiques


Ce sont des forces d’attraction qui
maintiennent 2 atomes proches l’un de
l’autre
Elles permettent la stabilisation des 2
atomes par remplissage de la dernière
couche électronique (règle de l’octet).
Les types de liaisons chimiques

Liaison ionique

Liaison covalente

Liaison hydrogène
Les liaisons ioniques
Liaison entre atomes par transfert d’un ou plusieurs
électrons, d’un atome à l’autre
 L’atome qui donne les électrons devient positif
 L’atome qui reçoit les électrons devient négatif
Exemple : Chlorure de sodium NaCl

La liaison de covalence


Une liaison covalente est formée entre 2
atomes par la mise en commun de 2
électrons de leur couche externe.
On distingue 2 types de doublets :



Le doublet liant localisé entre 2 atomes
Le doublet non liant localisé
sur -un
CH3
CH3
atome
On distingue 3 sortes de liaison de
covalence:



Doublet non liant
Covalence simple : mise en commun de
1 paire d’électrons
Covalence double : mise en commun de
2 paires d’électrons
Covalence triple : mise en commun de
3 paires d’électrons
Doublet liant
CH3 - CH3
La liaison hydrogène
Dans la molécule
d’eau :
La liaison hydrogène :
Pour stabiliser la structure de molécules
Par exemple :
Dans la molécule d’ADN entre les bases azotées
C avec G :
trois liaisons
hydrogène
La molécule



C’est une combinaison stable d’atomes
Les atomes ce sont rapprochés pour compléter
leur couche périphérique
Les atomes sont liés par une ou plusieurs liaison
chimiques
L’hydrogène forme 1 liaison chimique
 L’oxygène peut former 2 liaisons chimiques
 L’azote peut former 3 liaisons chimiques
 Le carbone peut former 4 liaisons chimiques

Exemples de molécules
Méthane
CH4
Méthanol
Ethanol C2H5OH
CH3-CH2OH
CH3OH
La diversité moléculaire
Presque toutes les molécules des êtres vivants sont
formées d'atomes de carbones reliés les uns aux
autres.
• Chaînes linéaires
• Chaînes ramifiées
• Cycles
Les mêmes atomes peuvent former des
molécules différentes:
•
CH3-CH2-OH (C2H6O)
•
CH3-O-CH3 (C2H6O aussi)
= Isomères
Isomère de structure
Isomère de position
cis
• Isomère optique
Isomère de géométrique
D est l'image miroir
de la forme L
Formes D et L de
l’alanine
trans
L’alanine est un acide aminé
C’est la forme L que l’on retrouve chez les
êtres vivants
Vitamine C forme L
Vitamine C forme D
La vitamine C naturelle est de la forme L
On ne peut pas assimiler et utiliser la
forme D (artificielle)
Les atomes de carbone peuvent
former des molécules
COMPLEXES
Cocaïne
Molécule de valium
Caféïne
Molécule de Valium
caféine
Chimie des molécules contenant
du carbone = chimie organique
Matière formée de molécules
contenant du carbone =
Matière organique
2 - LES MACROMOLECULES DU
VIVANT

Assemblage de molécules organiques :



Monomère = unité structurale de base
Polymère = Assemblage de monomères
Quatre classes:
Glucides (ou sucres)
 Lipides (ou graisses)
 Protides
 Acides nucléiques

Les glucides
Source d’énergie
pour nos cellules
Les glucides
On divise les glucides en 3 catégories :
Monosaccharides : sucres
simples (oses)
Disaccharides : 2 oses
assemblés
Polysaccharides : chaîne
d’oses
Monosaccharides:
Glucose C6H12O6 ; Galactose C6H12O6 ;
Fructose C6H12O6
Disaccharides:
Saccharose : Glucose-Fructose
Formation d’une liaison osidique avec
perte d’1 molécule d’eau
Autres disaccharides:
Maltose : Glucose-Glucose
Lactose : Glucose-Galactose
Polysaccharides:
Amidon
Cellulose
Glycogène
Grain d'amidon
Les lipides

Source d’énergie

Réserve d’énergie
 Composition des membranes

Précurseurs des stéroïdes
Les lipides
Triglycérides

Phospholipides

Stéroïdes
Triglycérides:

Molécules formées de 1 glycérol relié à 3 acides gras
Réserve d’énergie
dans nos cellules

Phospholipides:
Formés de :



1 glycérol
2 acides gras
1 groupement
phosphate
Entrent dans la composition des
membranes
Les phosphoglycérolipides dans l'eau peuvent s'assembler
en une double membrane :
Groupement
phosphate hydrophile
Acides gras
hydrophobes
La membrane des cellules est formée
d'une double couche de phospholipides
associés à d'autres molécules.
Glucides
Phospholipides
Cholestérol
Protéines
Stéroïdes:
Molécule formée d’un squelette de 4 cycles de
carbone = noyau stérol
Le plus connu = cholestérol
Entre dans la
composition des
membranes cellulaires.
Sert à fabriquer
certaines hormones.
Exemples d’hormones stéroïdes:
Les protides

Ce sont des polymères
d’acides aminés
Il existe 20 acides aminés différents
Formation de la liaison peptidique:
Structure primaire:
Ordre dans lequel sont placés les
acides aminés

1er acide aminé (Lysine)
129e acide aminé (Leucine)
Exemple : le lysosyme
Structure secondaire:
Hélice alpha
Feuillet bêta
Feuillet bêta
Feuillet antiparallèle
Feuillet parallèle
Structure tertiaire:

La protéine assemblée se replie sur elle-même
pour former une structure tridimensionnelle
précise
Liaisons de faible énergie:
Pour stabiliser la
structure de la protéine

Représentation schématique:
Hélice alpha
Feuillet bêta
Coude
Structure quaternaire:
2 chaînes 
L’hémoglobine est formée
de 4 chaînes d’acides
aminés:
- 2 chaînes alpha
- 2 chaînes bêta
2 chaînes 
Principales fonctions des protéines







Structure
Régulation (hormones)
Mouvement
Transport de molécules
Immunité
Récepteur et transporteur membranaire
Métabolisme (enzymes).
Protéine et maladie héréditaire:

Exemple : Anémie falciforme:
Globules rouges
normaux
Globules rouges
anormaux
Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Try-Gly-Lys-ValAsp-Val-Asp-Glu-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Arg-Leu-Leu-Val-Val-TyrPro-Try-Thr-Glu-Arg-Phé-Phé-Glu-Ser-Phé-Gly-Asp-Leu-Ser-Thr-Pro-AspAla-Val-Met-Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-GlyAla-Phé-Ser-Asp-Gly-Leu-Ala-His-Leu-Asp-Asp-Leu-Lys-Gly-Thr-Phé-AlaThr-Leu-Ser-Glu-Leu-His-Cys-Asp-Lys-Leu-His-Val-Asp-Pro-Glu-Asp-PhéArg-Leu-Leu-Gly-Asp-Val-Leu-Val-Cys-Val-Leu-Ala-His-His-Phé-Gly-LysGlu-Phé-Thr-Pro-Pro-Val-Glu-Ala-Ala-Tyr-Glu-Lys-Val-Val-Ala-Gly-ValAla-Asp-Ala-Leu-Ala-His-Lys-Tyr-His
Hémoglobine normale (chaîne )
Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Try-Gly-Lys-ValAsp-Val-Asp-Glu-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Arg-Leu-Leu-Val-Val-TyrPro-Try-Thr-Glu-Arg-Phé-Phé-Glu-Ser-Phé-Gly-Asp-Leu-Ser-Thr-Pro-AspAla-Val-Met-Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-GlyAla-Phé-Ser-Asp-Gly-Leu-Ala-His-Leu-Asp-Asp-Leu-Lys-Gly-Thr-Phé-AlaThr-Leu-Ser-Glu-Leu-His-Cys-Asp-Lys-Leu-His-Val-Asp-Pro-Glu-Asp-PhéArg-Leu-Leu-Gly-Asp-Val-Leu-Val-Cys-Val-Leu-Ala-His-His-Phé-Gly-LysGlu-Phé-Thr-Pro-Pro-Val-Glu-Ala-Ala-Tyr-Glu-Lys-Val-Val-Ala-Gly-ValAla-Asp-Ala-Leu-Ala-His-Lys-Tyr-His
Hémoglobine anormale (anémie falciforme)
Les acides nucléiques

Support de
l’hérédité
(ADN, ARN)
Molécules
énergétiques
(ATP, AMP)
Les acides nucléiques =
 Assemblages
nucléotides
de
Monomère =
1 nucléotide
Polymère
1 Nucléotide :
Base azotée
Groupement
phosphate
Sucre : désoxyribose
Pour l’ADN
Les bases azotés et les sucres:
L’ADN constitue les chromosomes
Structure de l’ADN
Acide DesoxyriboNucléique
Watson et Crick
L’ARN
Acide RiboNucléique

Intervient dans la
synthèse des
protéines
- ARN transfert
- ARN messager
- ARN rbosomal
ARN transfert
L’ATP
AdénosineTriPhosphate
Une base azotée : l'adénine
Un sucre : le ribose
= sucre à 5 carbones (pentose)
Trois groupements phosphates (H3PO4)
ATP : forme chimique de stockage
de l’énergie
Les liaisons phosphates sont faciles à défaire.
Séparation d'un phosphate ==> libération d'énergie
Molécules du vivants :




GLUCIDES
LIPIDES
PROTIDES
ACIDES NUCLEIQUES
Les molécules organiques du
vivants peuvent être utilisées
comme:


Matériaux de constructions pour nos cellules
Source d’énergie pour nos cellules.
Nos aliments apportent les molécules organiques
dont nous avons besoin.