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Module 2
Chimie de la Vie
2.1
Les atomes et les molécules
A. La matière
Tu as déjà vu que tout ce qui occupe de l'espace et qui a une masse se nomme________ .
On la retrouve sous trois états principaux: _________, __________, ________.
N.B. La différence entre la matière vivante et la matière non vivante, c'est la façon
qu’elle est organisée.
j'
B. Les Éléments et les atomes
Les principaux éléments chimiques qui sont reliés à la vie sont:
oxygène
Phosphore
Carbone
Potassium
Hydrogène
Soufre
Azote
Sodium
Calcium
Chlore
Les cinq éléments qui sont en caractères gras sont les plus importants bien que les cinq
autres le soi aussi. Ajoute les symboles chimiques de ces 10 éléments.
C.
Les liaisons ioniques et covalentes
Pour s’unir les éléments vont quelques fois donner et recevoir des électrons. Celui
qui donne ses électrons devient positif et se nomme cation tandis que celui qui reçoit les
électrons se nomme anion et devient négatif. Lorsque l’anion et le cation s’unissent, ils
forment des liaisons ioniques. (sel)
Dans certains, au lieu de donner ou recevoir des électrons afin de former des ions, les
éléments se partagent les électrons. C'est ce qu'on appelle les liaisons covalentes. La molécule
d'eau en est un exemple.
2.2 Importance de l'eau pour les êtres vivants
2.2.1
La Polarité de l'eau
La plupart des organismes sont composées de 65 à 95% d'eau liquide. Nous savons que la formule
chimique de l'eau est H2O. Donc, ça prend deux atomes d'hydrogène pour se combiner avec un atome
d'oxygène pour faire une molécule d'eau. Les liaisons qui unissent ces atomes sont des liaisons covalentes.
C'est-à-dire qu'il n'y a pas d'électrons d'échangés mais bien de partagés.
Dans les liaisons covalentes, il arrive parfois que le partage d'électrons ne soit pas égal. Dans
une molécule d'eau par exemple, l'atome d'oxygène exerce sur les électrons partagés, une attraction plus
grande que celle de l'atome d'hydrogène. Donc, ces électrons passent plus de temps près de l'atome
d'oxygène lui donnant une faible charge négative et par conséquent une faible charge positive à
l'hydrogène. On appelle molécules polaires une molécule où les chargent ne sont pas distribuées de
façon égale. Cette molécule d'eau se retrouve donc avec un côté positif et un côté négatif ce qui
signifie qu'elle peut attitrer d'autres molécules polaires dont l'eau. Elle peut également dissoudre
d'autres molécules telles le sucre et le sel. Lorsque les molécules d'eau attirent les ions des composés
ioniques, si cette force d'attraction est assez forte, ceux-ci se dissocient et se dissolvent dans l'eau.
(P.627 Bio 11)
Les molécules d'eau s'attirent aussi les unes les autres. Les atomes d'hydrogène de charge
positive attirent les atomes d'oxygène de charge négative. Cette attraction forme des liaisons
d'hydrogène. Une liaison d'hydrogène est cependant moins forte qu'une liaison chimique (environ 5%
de la force d'une liaison covalente). C'est même liaison d'hydrogène se retrouvent aussi dans les
molécules des protéines et de l'ADN. L'eau est aussi attirée par les ions des surfaces solides. Ça
lui permet entre autre de remonter dans la tige des plantes pour gue les feuilles puissent recevoir
de l'eau provenant du sol.
Les composés qui interagissent avec l'eau en se dissolvant sont appelés hydrophiles tandis que
ceux qui n'interagissent pas avec l'eau sont appelés hydrophobes. Les composés non polaires sont
hydrophobes, ils sont donc insolubles. L'huile est un exemple d'un hydrophobe parce qu'elle ne se
dissoudra pas dans l'eau.
L’eau possède aussi d'autres caractéristiques particulières qui en font la molécule la plus
importante de toute la cellule. Ses propriétés chimiques uniques lui permettent de transporter les
molécules dissoutes de l'intérieur à l'extérieur de la cellule et vice-versa. Elle agit comme matière
première dans les réactions cellulaires essentielles. Elle joue aussi le rôle de lubrifiant entre les
organes, les tissus et les cellules.
Voici une liste de ses propriétés qui la rendent unique :
- elle reste liquide à des températures où la plupart des substances
formées de petites molécules sont à l'état gazeux
- elle dissout la plupart des substances qui jouent un rôle dans les processus vitaux
(ex -.oxygène, dioxyde de carbone, glucides, acides aminées)
- elle change de température progressivement ce qui aide à protéger les cellules
contre le changement de température trop rapide;
- elle est la seule substance pure qui augmente en volume quand elle passe de
l'état liquide à l'état solide.
2.3 Composés organiques
2.3.1
A.
Notions de base en chimie organique
Les composés organiques
Une fois que l'eau est retirée d'un organisme, il reste principalement du carbone et des traces
d'hydrogène, d'azote et d'oxygène. C'est quatre éléments forment essentiellement 99% de la masse
totale d'une cellule. Il existe des millions de composés organiques différents. Les composés du
carbone pur et qui n'ont pas d'hydrogène comme les gaz carboniques et le carbonate de calcium sont
considérés comme des composés inorganiques. Toutefois, les composés inorganiques font partie
intégrante de la vie.
B.
Le carbone
Le plus important des atomes pour la vie est le carbone. La diversité de la vie dépend grandement de la
polyvalence de cet atome. Étant donné qu'il a quatre électrons de valence, il peut faire des liaisons
covalentes avec quatre atomes différents ou même d’autres carbones. Les principaux atomes avec
lesquels il s'unira sont : l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, le phosphore, le soufre et le carbone. Sa
capacité de former des liaisons avec d'autres atomes de carbone lui permettent de créer des
structures géométriques différentes. Il y aura des chaînes linéaires (droite), des chaînes ramifiées
ou des chaînes cycliques (en anneaux)
C----- C----- C ------- C-----C
Linéaire
C
C -----H
Ramifiée
C
Cyclique
Ces formes de structures diversifiées servent aussi de squelette de nombreux
composés que l'on retrouve dans les cellules. Elles peuvent être formées de un ou plusieurs
atomes de carbone. Elles peuvent aussi contenir plusieurs milliers de ces atomes. On les
appelle alors macromolécules. Les petites sous unités gui composent ces macromolécules se
nomment monomères. Les longues chaînes de monomères qui forment les macromolécules se
nomment polymères.
Les squelettes carbonés peuvent être différents les uns des autres mêmes s'ils
ont la même formule chimique. Les composés ayant la même formule chimique mais une
structure différente se nomme isomère. Le fructose et le galactose sont des isomères
du glucose. Les trois ont la même formule chimique soit : C6H12O6. Il est donc plus facile
d'utiliser des schémas de ces composés pour discuter avec d'autres scientifiques
étrangers puisque la formule est identique pour les trois.
ÇH2HO
CH2OH
H
OH
glucose
H
OH
galactose
Condensation et hydrolyse
Les différents polymères que l'on retrouve dans les êtres vivants se forment de
la même façon. Un monomère perd un ion d'hydrogène (H+) et un autre perd un ion
d'hydroxyde (OH-). Une liaison covalente se forme entre les deux atomes qui ont perdu
leurs ions. Par conséquent il se forme aussi une molécule d'eau. L'union de deux molécules
par le retrait d'une molécule d'eau est appelée condensation.
OH--C-C-H
HO-C-C-H
H20
H-C-C-C-C-H
Inversement, les polymères se séparent par l'ajout d'eau. Ce processus se nomme
hydrolyse. La digestion est une forme d'hydrolyse parce que l'ajout de molécules d'eau
brise les liaisons entre les monomères des polymères.
OH-C-C-C-C-O
+ H20
OH-C-C-H
2.3.2
HO-C-C-O
Les glucides
- Composé organique formé de carbone, d'hydrogène e t d'oxygène.
- Ils sont nommés aussi hydrates de carbone parce que l'eau ( H20) et le carbone sont
toujours présent.
- Important pour les organismes parce qu'ils emmagasinent l'énergie nécessaire à la survie de
ceux-ci. Toujours 1:2 :1.
ÇH2HO
CH2OH
H
OH
glucose
H
OH
galactose
Le glucose, le galactose et le fructose sont des exemples de glucides simples nommés
monosaccharides. Ce sont les monomères qui composent tous les glucides.
On les retrouve dans le miel et les fruits en autres. Lorsque deux monosaccharides s'unissent, ils
forment un disaccharide Si le fructose et le glucose se combinent lors d'une réaction de condensation,
ils forment le sucrose qui est une forme naturelle de sucre que l'on retrouve sur notre table (avant qu'il
soit transformé) et qui est aussi la principale forme de sucre transporté dans les plantes. Les plus gros
glucides sont formés de plusieurs monomères et ont les appelle polysaccharides. Les plantes font des
réserves d'énergie sous forme d'amidon qui lui est une forme de polymère de glucose. Chez les animaux,
une partie de l'énergie est emmagasinée sous forme de glycogène, un autre polymère de glucose. Quand le
corps a besoin d'énergie de façon rapide, le glycogène emmagasiné dans le foie et dans les muscles se
décompose rapidement par hydrolyse. Pour ce qui est du glucose, il libère de l'énergie lorsqu'il se
décompose dans les muscles dans le processus de la respiration cellulaire. Les cellules utilisent l'oxygène
et le glucose pour en faire des molécules d'énergie nommée ATP.
Sous-classes principales
Exemples
Fonctions
Sous-classe
(monosaccharide) : sucre
simple (monomère)
Glucose, galactose
Fructose
énergie
Disaccharide : sucre
double (fait
de 2 monosaccharides)
Sucrose
énergie
Polysaccharide
sucre complexe
(fait de plusieurs
monosaccharides de glucose)
2.3.3
Amidon
énergie dans les plantes
Glycogène
Énergie pour les animaux
Cellulose
Structure des plantes
Les lipides
-
composés organiques produits par les cellules pour emmagasiner de l'énergie qui servira
dans des exercices à longue durée.
-
sont formés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène mais la proportion d'atome
d'hydrogène est beaucoup élevée dans les lipides.
-
liaisons simples sont des lipides saturés et sont habituellement de forme solide à la
température de la pièce et ils sont classés dans la famille des graisses. On les retrouve
surtout chez les animaux.
-
liaisons doubles sont des lipides insaturés et sont sous forme liquide à la température
ambiante. Ils sont classés dans la famille des huiles. On les retrouve plus chez les
plantes.
souvent appelé triglycérides à cause de leur structure.
sont insolubles parce qu'ils ne sont pas polaires.
on retrouve deux sortes de molécules dans la composition des huiles et des graisses : les
acides gras et le glycérol.
-
Dessin
Sous-classe (monomère)
Exemples
Tri glycérol (ou graisse)
3 acides gras +
1 glycérol
Cires : nombre varié
d'acides gras + longue
chaîne d'alcool
Phospholipide :
groupe phosphate
polaire + 2 acides gras
+1 glycérol
gras, huile
Cuticule des feuilles
Membrane cellulaire
Stéroïde :
4 anneaux de carbone +
des groupes fonctionnels
2.3.4
Cholestérol
Fonctions
Réserve d'énergie dans
les animaux et certaines
plantes.
Recouvrement hydrofuge des
feuilles.
Construction des
des membranes plasmiques.
Composantes des membranes de
cellules eucaryotes
Les protéines
Une protéine est un polymère complexe formé de carbone, d'hydrogène, d'oxygène
et d'azote. Elles sont d'importantes composantes structurales et de nutrition pour la
cellule parce qu'ils sont réparateurs et constructeurs en plus de servir à la production
d'énergie. Les monomères qui composent les protéines sont appelés acides aminés. Il
existe 20 différentes sortes d'acide aminé, des réactions de condensation lient les
acides aminés par des liaisons covalentes appelées liaisons peptidiques. Une longue chaîne
d'acide aminé est un polypeptide. Il peut y avoir des centaines de protéines dans une
chaîne polypeptide. Chacune des protéines est composée d'au moins une chaîne polypeptide.
Ces chaînes polypeptide peuvent être décomposées par hydrolyse.
Les protéines jouent également un très grand rôle dans l'accélération de la
digestion (du métabolisme). C’est sous la forme d'enzymes qu'elles jouent ce rôle. Sans
ces enzymes, les fonctions primordiales de la vie ne seraient pas possible.
Parmi toutes les molécules organiques, les protéines sont celles dont la
structure varie le plus. C'est pourquoi elles peuvent accomplir plusieurs tâches
différentes. Les cheveux, la peau, l'hémoglobine et la toile d'araignée sont tous
faits à partir de protéines.
Dessins
Sous-classe (monomère)
acides aminés
(Il existe 20 acides aminés
et toute protéine est formée
d'une combinaison variée
en nombre et en séquence de
ces 20 acides aminés.)
Anticorps
Protéine de défense dans le
sang.
Kératine
Protéine structurale
dans les cheveux.
Protéines catalyseurs de
réactions chimiques
Enzymes
Protéine qui transporte
l'oxygène dans le sang chez
les vertébrés.
Hémoglobine
Les acides nucléiques
-
-
Fonctions
Exemples
-sont l'acide désoxyribonucléique (ADN)
et l'acide ribonucléique (ARN), Ce sont des polymères ou macromolécules
complexes composés de centaines de milliers d'atome. Les monomères se
nomment nucléotides.
Les acides nucléiques renferment les messages pour aligner les acides aminés
afin de construire les protéines.
L'adénosine triphosphate (ATP) fait aussi partie de cette famille. L'ATP est
responsable de fournir une grande quantité d'énergie aux cellules lorsqu'il est
brisé par hydrolyse. Par la suite il peut se reconstituer par condensation.
Monomère
Nucléotide
(Unités gui forment
les acides nucléiques)
1) Travail de révision sur 2.2 et 2.3
Exemples
Fonctions
ADN
(acide désoxyribonucléique)
Matériel génétique
toute forme de vie
ARN (acide ribonucléique)
Matériel génétique apportant
les messages de construction
de protéines
de
Enjeux de la Vie p.72-73 1 à 10, 12 à 14, 16 à 18, 20 à 23, 28, 32
2) Travail de révision sur tout le module. (feuilles dans cahier)