Synthèse de biologie

1
Synthèse de biologie
CHAPITRE I :
1. les concepts fondamentaux de la biologie
1) « de nouvelles propriétés apparaissent à chaque niveau de l’organisation biologique »
Æ Principe d’émergence : un organisme représente une entité de + en + grande et + complexe
que la simple somme de ces parties.
2) « la cellule est l’unité structurale et fonctionnelle des organismes »
3) « la perpétuation de la vie repose sur l’info héréditaire contenue dans l’ADN »
4) « il y a une corrélation constante entre la structure et la fonction à tous les niveaux
d’organisations biologiques »
5) « les organismes sont des systèmes ouverts qui interagissent sans cesse avec
l’environnement » Æ trame de l’écosystème : circulation cyclique des nutriments,
circulation de l’E solaire (des producteurs vers les consommateurs)
6) « des mécanismes de régulation assurent un équilibre dynamique dans les organismes :
catalyseurs protéiques (les enzymes), mécanisme de rétroaction, homéostasie.
7) « la vie sur terre se caractérise à la fois par l’unité et par la diversité »
- verticalement : échelle de l’organisation biologique
- horizontalement : diversité du vivat
8) « l’évolution est le fil conducteur principal en biologie »
Æ Darwin et la sélection naturelle : le succès reproductif différentiel tient de la variation
individuelle et de la lutte pour la survie.
La démarche scientifique = approche hypothético-déductive basée sur : observation – question –
hypothèse – prédiction – vérification par expériences.
CHAPITRE II :
Composition chimique et propriétés essentielles des cellules
1. Généralités
La chimie de la vie se base sur l’eau pour les êtres vivants et le carbone pour les produits
chimique. Les éléments essentiels à la vie sont C, H, O et N (96%) / P, S, Cl, K, Na, Ca, Mg (4%)
tandis que les éléments traces sont représentés par Fe, B, I, Mn, …
- la matière : constituée d’éléments chimiques purs ou combinés
- l’atome : la + petite unité d’un élément, défini par configuration électronique. Son
comportement chimique dépend du nombre d’électrons de valence.
Il existe différentes liaisons chimiques (pour combler dernier niveau d’E) :
- liaisons covalent : mise en commun d’un ou plusieurs paires d’électrons de valence entre
2 atomes.
- Liaisons covalentes polarisées : électrons attirés par l’atome le + électronégatif.
- Liaisons covalentes non-polarisées : électronégativité des 2 atomes est équivalentes.
- Liaisons ioniques : attraction entre 2 ions de charges opposées
- Liaisons hydrogènes : attraction faible entre 1 atome électronégatif et 1 atome
d’hydrogène déjà lié par covalence à 1 autre atome ( = force de Van Der Waals)
Î la fonction biologique d’une molécule dépend de sa structure.

2
a. Propriétés de l’eau
- 75 à 90% du poids d’un individu
- polarité ↔ liaisons hydrogènes
- cohésion des molécules d’eau (grâce aux LH) -> la tension superficielle restreint au
minimum le nombre de molécules à la surface d’un liquide.
- Chaleur spécifique transmise aux molécules d’eau par liaisons hydrogènes = nombre
de Joule requis pour augmenter de 1°C 1g de substance pour H2O. Q=4,184
joules/g°C
- Chaleur de vaporisation >> de l’eau -> quantité de chaleur que 1g de liquide doit
absorber pour passer à l’état gazeux.
- La glace possède une densité à l’état liquide < qu’à l’état solide -> la glace flotte.
- H2O = solvant polyvalent. Les solutés sont les substances polaires hydrophiles ou
huydrophobes, ou ions entourés d’H2O.
- H2O peut se dissocier en H+ et OH- (pH=7)
- Les solution tampons permettent au liquide de s’opposer aux variations de pH =
constituées d’une paire acide-base qui se combine de façon réversible avec les protons
(ex : stabiliser le pH du sang par acide carbonique : H2CO3 ↔ HCO3- + H+
- l’osmose : transport massif de l’eau à travers une membrane au niveau des membranes
cellulaires.
- diffusion : tendance que les substance ont à se répartir uniformément dans un milieu (
du + concentré vers le – concentré) La diffusion va dépendre du gradient de
concentration.
- La substance la + concentrée : hypertonique
- La substance la – concentrée : hypotonique
- la pression osmotique pression exercée par l’eau en entrant dans un compartiment +
concentré en soluté.
- Potentiel osmotique : valeur négative de la pression osmotique = tendance à accepter
l’eau (potentiel de l’eau pure=0)
* la cellule animale : si les cellules baignent dans une solution hypertonique, elles se crénulent et
meurent. Dans une solution hypertonique, elles gonflent puis lysent (éclatement). La régulation
de l’équilibre hydrique entre organismes et milieu est maintenu par osmorégulation (ex : vacuoles
pulsatiles de la paramécie)
* la cellule végétale : dans une solution hypotonique, la cellule gonfle et les parois exercent un
pression qui empêche H2O d’enter dans la cellule = turgescente. Lorsque la membrane
plasmique de la cellule s’écarte de sa paroi cellulaire, la cellule subit une plasmolyse.
b. L’importance du carbone
Composé des protéines, de l’ADN, des glucides et autres molécules complexes de la matière
vivante. Il existe différentes formes de chaînes carbonées selon la longueur, les ramifications, les
liaisons doubles, les formes. Le carbone est capable de former 4 liaisons covalentes avec O, H et
N.
- hydrocarbures : composés uniquement de carbone et d’hydrogène (pétrole, graisses)
- composé hydrophobe : ne se mélange pas uniformément avec H2O car liaison entre
C et H n’est pas polaire.
- Isomères : molécules possédant une même formules moléculaire mais architecture et
propriétés différentes. Il existe des isomères de structure, géométriques ou optiques.
Les groupements fonctionnels
a. groupements hydroxyde (-OH)
b. groupement carbonyle (> C=O)

3
c. groupement carboxyde (-COOH)
d. groupement amine (-NH2)
e. groupement thiol (-SH)
f. groupement phosphate (-OPO3 2-)
g. groupement ester (-COO-)
c. les macromolécules.
Un polymère est une molécule constituée d’un grand nombre d’unités structurales identiques ou
semblables, rattachées par des liaisons covalentes. Chaque unité est un monomère. Les liaisons
des monomères se réalisent par réaction de condensation ou de déshydratation.
- hydrolyse : ajout d’une molécule d’eau -> brise la liaison entre 2 monomères et libère de
l’énergie (à l’opposé d’une réaction de condensation) ex : la digestion.
Il existe 3 types de macromolécules :
a. les polysaccharides, résultant de la polymérisation d’un faible nombre de types de
molécules élémentaires.
b. les protéines, copolymères des acides aminés
c. les acides nucléiques, copolymères des nucléotides
d. les lipides
d. réactions d’oxydo-réduction et énergie chimique
- oxydation : perte d’électrons
- réduction : gain d’électrons
- potentiel standard d’électrode (Eo)
- couples redox
2. structure et fonction des molécules biologiques
a. les glucides = sources d’E et matériaux de structure.
1. les monosaccharides (CH2O)
le + courant : le glucose C6H12O6
Le monosshcaride Æ aldose ou cétose, chacun triose (C3H6O3), pentoses (C5H10O5) ou
hexoses (C6H12O6) Ex : la respiration cellulaire, la fermentation.
2. les disaccharides
Liaison glycosidique (covalente) qui unit 2 monosccharides.
- le maltose (2molécules de glucose)
- saccharose (sucre en granulé) (glucose et fructose)
- lactose (glucose et galactose)
3. les polysaccharides = macromolécules
- l’amidon (glucose) pour les végétaux. Soit alymose, soit amylopectine.
- Le glycogène pour les animaux
- La cellulose (2 formes de glucose :
Dans les parois des cellules végétales, les molécules de cellulose peuvent se lier par liaisons H
entre les groupements hydroxyde -> microfibrilles
- la chitine : structure de paroi cellulaire des champigons
- la mucreine : constituants des parois des cellules
b. les lipides = molécules hydrophobes (hydrocarbures sans groupement polaire
disponible)
1. les graisses, composés de glycérol et acides gras.
Rôle : stocker l’énergie, synthèse par réaction de condensation.

4
- triacyglycérol : union de 3 acides gras par liaisons ester avec une molécule comme du
glycérol.
- Acide gras saturé : pas de liaisons doubles entre les atomes du squelette carboné
- Acide gras insaturé : doubles liaisons formées par l’élimination de certains atomes
d’hydrogène de la chaîne carbonée (poisson, graisses végétales)
2. les phosphoglycérolipides, ne possèdent que 2 acides gras.
- compartimentation : au contact d’H2O, les parties hydrophobes vont se regrouper pour
éviter H2O -> micelle.
- double couche de phosphogly…
- la membrane plasmique assure le contrôle des échanges de matières (proteines) grâce
à une perméabilité sélective.
3. les stéroïdes, lipides à squelette carboné formé de 4 cycles accolés.
- le cholestérol
c. les protéines, molécules aux fonctions diverses.
Rôle : soutenir les tissus, emmagasiner, transporter les substances, transmettre des messages,
produire des mouvements Æ fonctions structurelles et enzymatiques.
1. les acides aminés
Formule générale : CHR(NH2)COOH Æ atome de carbone centrale portant un groupe
carboxyle (-COOH), un groupement amine (-NH2), un atome d’hydrogène (-H) et un radical (-
R).
20 acides aminés différents, classés selon les propriétés de leur chaîne latérale.
2. les polypeptides
Groupements carboxyles à côté de amine + lien peptidique (CO-NH) entre eux.
- polypeptides : longues chaînes d’a.a
- protéines : association de plusieurs polypeptides, dont la fonction dépend de la
configuration.
3. structures
- primaires : mode d’enchaînement selon un ordre défini, inscrit dans le code génétique
= séquence des a.a d’une protéine. L’ordre va déterminer la conformation générale et
la fonction (ex : anémie falciforme)
- secondaires : différents motifs (hélice , feuillet plissé ,..) proviennent de la liaisons
hydrogènes situées à intervalles réguliers le long de la chaîne polypeptidique.
- Tertiaire : forme tridimensionnelle globale d’un polypeptide, résultant des interactions
entre les chaînes latérales ® des a.a Il existe différents types de liaisons : ioniques,
hydrogènes,..
- Quaternaire : pour protéines composées de + d’une chaîne polypeptidique = structure
générale (ex : l’hémoglobine)
- Groupe prosthétique : groupe non-polypeptidique intégré à la chaîne.
C’est le produit final, liant les 4 niveaux d’organisation, c’est-à-dire la macromolécule dotée d’une
configuration tridimensionnelle unique qui remplit fonctions biologiques de la cellule Æ c’est une
manifestation de l’émergence.
La conformation de la protéine dépend de la synthèse de la cellule et des conditions physiques et
chimiques dans lesquelles baignent la cellule (pH, concentration en sel, t°,…)
La structure tridimensionnelle de la cellule est déterminée par cristallographie par diffraction des
rayons x.
d. les acides nucléiques
Le gène détermine la structure primaire de la protéine. Il est composé d’ADN, polymère des
acides nucléiques.

5
- ADN : acide désoxyribonucléique
Rôle : la synthèse de l’ARNm dans le noyau, diriger sa propre réplication, la synthèse
des protéines.
- ARN : acide ribonucléique = intermédiaire dans la circulation de l’info génétique de
l’ADN vers les protéines. L’info est transmise du noyau au cytoplasme.
Æ ADN -> ARNm (transmet message du noyau au cistoplasme) -> protéine
Les sites de la synthèse des protéines sont les ribosomes, organites cellulaires.
1. les nucléotides : monomères (nucléotides) forment les acides nucléiques.
Ils se forment en 3 parties : une base azotée, un pentose (monosaccharides à 5 atomes de C) et un
groupement phosphate.
- bases azotées : * pyrimidine (4atomes de C et 2 atomes N) : cytosine (C) dans ADN et
ARN, Thymine (T) dans ARN et l’Uracile (U) dans l’ARN
* purine : guanine (G) et adénine (A) dans ADN et ARN
- pentose associé à la base azoté : * ribose pour les nucléotides de l’ARN
* désoxyribose pour l’ADN (pas d’atome d’O ié au
2ème C du désoxyribose)
- nucléoside : pentose + base azotée
- nucléotide : pentose + base azotée + groupement phosphate
2. polymérisation des nucléotides
La séquence des bases azotées du polymère d’ADN (ou d’ARNm) est typique pour chaque gène
(A,T,G,C) Æ conformation tridimensionnelle + fonction de la protéine. Chaque monomère est
uni à une autre par liaisons phosphodiesters.
3. structure en double hélice de l’ADN et réplication
- molécules d’ADN : 2 chaînes de nucléotides enroulées en spirales autour d’un axe
imaginaire -> double hélice. Il y a donc 2 squelettes désoxyribose-phosphate sur les
bordures et des bases azotées à l’intérieur de l’hélice. Les 2 brins de polynucléotides
sont liés grâce aux LH et forces de VDW (bases azotées voisines)
- molécules d’ARN : 1 seule chaîne de nucléotides monocaténaires -> ARNm, ribosomal
ou de transfert.
Chaque base azotée de s’associe qu’avec un et un seul complément : (A=T), (C=G). Il n’y a pas
de T dans l’ARN -> U. (U=A), (G=C)
- transcription : synthèse de l’ARN à partir de l’ADN
- auto réplication semi-conservatrice : chaque brin est la matrice permettant d’ordonner les
nucléotides du nouveau brin complémentaire.
3. les bases du métabolisme des êtres vivants = gestion des ressources d’E et
matérielles des cellules
- le métabolisme : ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans un être vivant.
- Métabolites : molécules qui y interviennent.
- Voies métaboliques : séries d’étapes, catalysées par une enzymes spécifique (accélèrent de
façon sélective chacune des étapes des réactions)
- Les voies cataboliques libèrent de l’E en dégradant les molécules complexes
- Les voies anaboliques consomment de l’E et permettent de construire des molécules
+ complexes.
- Couplage énergétique : transfert d’e entre cata et ana
a. l’énergie : capacité à fournir un travail. La vie dépend de la capacité des cellules à
transformer l’E d’un type à un autre.
- l’E cinétique -> mouvement aléatoire des molécules entrant en collision.