Partie SV-D : Organisation fonctionnelle des molécules du ...
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Partie SV-D : Organisation fonctionnelle des molécules du vivant
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Partie SV-D : Organisation fonctionnelle des molécules du vivant
Chap 1 : Les constituants du vivant
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Important, à savoir
Pour comprendre
Schéma à savoir faire
Très important, à maîtriser parfaitement
Partie SV-D : Organisation fonctionnelle des molécules du vivant
Chap 1 : Les constituants du vivant
Introduction : Définition du vivant ?
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Les trois grands domaines du vivant
http://acces.ens-lyon.fr/
EUBACTERIES
EUCARYOTES
ARCHEES
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Les trois grands domaines du vivant
▲ Embryophytes
► Eumycètes
◄ Métazoaires
► Divers unicellulaires
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EUCARYOTES
EUBACTERIES ARCHEES
Campbell, 2012
Les niveaux d’organisation du vivant
6Raven et all, 2011
Les niveaux d’organisation du vivant
7Raven et all, 2011
Les niveaux d’organisation du vivant
8Raven et all, 2011
On chauffe un morceau de muscle dans un tube à essais
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On chauffe un morceau de muscle dans un tube à essais
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On chauffe un morceau de muscle dans un tube à essais
Rés : gouttelettes d’eau sur les parois du tube
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On chauffe un morceau de muscle dans un tube à essais
Rés : gouttelettes d’eau sur les parois du tube Int : le muscle contient de l’eau (évaporée sous l’effet de la chaleur, puis recondensée sur les parois du tube).
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On chauffe un morceau de muscle dans un tube à essais
Rés : gouttelettes d’eau sur les parois du tube Int : le muscle contient de l’eau (évaporée sous l’effet de la chaleur, puis recondensée sur les parois du tube).
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On chauffe un morceau de muscle dans un tube à essais
Rés : gouttelettes d’eau sur les parois du tube Int : le muscle contient de l’eau (évaporée sous l’effet de la chaleur, puis recondensée sur les parois du tube).
Rés : résidu carboné au fond du tube
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On chauffe un morceau de muscle dans un tube à essais
Rés : gouttelettes d’eau sur les parois du tube Int : le muscle contient de l’eau (évaporée sous l’effet de la chaleur, puis recondensée sur les parois du tube).
Rés : résidu carboné au fond du tubeInt : le muscle contient des molécules carbonées (transformées lors de la combustion).
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◄Doc. 1 : Comparaison de
l'abondance de certains éléments
chimiques dans la croûte terrestre et
dans les tissus animaux.
Alberts et all, 2011
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◄Doc. 1 : Comparaison de
l'abondance de certains éléments
chimiques dans la croûte terrestre et
dans les tissus animaux.
H, C, N et O représentent environ
96% de la biomasse (= masse de
matière vivante).
Na, Mg, P, S, Cl, K, Fe et Ca
représentent environ 4% de la
biomasse.
Les autres éléments (Cu, Zn, Mn,
I…) sont présents en très faibles
quantités mais sont indispensables
au fonctionnement de certaines
molécules. Ce sont des
oligoéléments.
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Rappel :
Masse
▲Doc. 2 : L'élément carbone, 18 à 20% en masse de la matière vivante.
Masse d'un atome de C = 12 Daltons
Dalton (Da) = unité utilisée pour exprimer les masses moléculaires en biologie, équivalente à des g.mol-1
1Da = masse d’un atome d’hydrogèneAlberts et all, 2011
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Rappel : les atomes sont associés par des liaisons covalentes
▲Doc. 3
La liaison covalente double s’établit par la mise en commun de quatre électrons
Liaison covalente pure : les nuages électroniques sont répartis de façon symétrique autour des deux atomes
Liaison covalente polarisée : le nuage électronique se répartit préférentiellement autour de l’atome le plus électronégatif et les deux atomes portent des charges partielles d+ et d-.
La liaison covalente simple s’établit par la mise en commun de deux électrons
La liaison de coordinence est une liaison covalente simple où les deux électrons partagés proviennent du même atome
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Longueur de quelques liaisons covalentes :
C-H : 0,107 nmC-C : 0,154 nmO-H : 0,096 nmC-O : 0,143 nmC-N : 0,147 nmN-H : 0,100 nm
C=C : 0,135 nm
C=O : 0,122 nm
Longueur moyenne =
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Longueur de quelques liaisons covalentes :
C-H : 0,107 nmC-C : 0,154 nmO-H : 0,096 nmC-O : 0,143 nmC-N : 0,147 nmN-H : 0,100 nm
C=C : 0,135 nm
C=O : 0,122 nm
Les liaisons covalentes sont des liaisons fortes(énergie de liaison = plusieurs centaines de kJ.mol-1)
et de courte distance .
Les liaisons doubles sont plus fortes et plus courtes que les liaisons simples
Longueur moyenne = 0,1 nm
La géométrie des liaisons covalentes:des angles de liaison spécifiques
25Alberts et all, 2011
La géométrie des liaisons covalentes:des angles de liaison spécifiques
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doublets non liants
109,5°104,45°
La géométrie des liaisons covalentes:des angles de liaison spécifiques
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doublets non liants
Carbone tétraédrique
109,5°104,45°
La géométrie des liaisons covalentes: des possibilités plus ou moins importantes de rotation autour de la liaison
C2H6
(Ethylène) C2H4
Carbones Hydrogènes
28Alberts et all, 2011
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Délocalisation des électrons dans les molécules à doubles liaisons conjuguées
▲Doc. 4 : Le benzène, une molécule comportant des doubles liaisons conjuguées, stabilisée par résonance.
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Les atomes des molécules du vivant sont associés par des interactions faibles = interactions électrostatiques
Les interactions électrostatiques sont des liaisons faibles(énergie de liaison de 1 à 100 kJ.mol-1),
et la distance entre les deux atomes est plus importante que dans les liaisons covalentes
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Liaison ionique Protéine
Les interactions électrostatiquesrésultent de l’attraction de 2 groupes polaires (charges partielles d)
ou chargés (charges complètes), de charges opposées.
La liaison ionique s’établit entre deux atomes portant des charges opposées.
La liaison hydrogène s’établit entre deux atomes électronégatifs, dont un des deux établit une liaison
covalente avec un H. Energie = f(1/r4)
Les forces d’attraction de Van der Waalss’établissent entre atomes proches.
Energie = f(1/r7)
Alberts et all, 2011
▼Doc.5 :
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Les molécules d'eau sont des dipôles électriques, associés par des liaisons hydrogène
33Alberts et all, 2011
4 liaisons hydrogène par molécule d’eau théoriquement possibles
Mais en réalité 2,3 liaisons hydrogène en moyenne par molécule d’eau 34
Les molécules d'eau sont des dipôles électriques, associés par des liaisons hydrogène
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Eau liquide Eau solide
L’association des molécules d’eau par des liaisons hydrogèneest responsable de certaines propriétés physiques :
- les molécules d’eau sont cohésives
- l’eau liquide a une densité et une viscosité importantes, et est quasiment incompressible
- l’eau se dilate quandelle gèle
Le gerris marche sur l’eau sans couler grâce à la tension superficielle due aux
liaisons H entre les molécules d’eau
L’eau est transportée sur des hauteurs très importantes dans les arbres grâce à sa cohésion
Le lombric a un hydrosquelette
La glace flotte sur l’eau
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L’association des molécules d’eau par des liaisons hydrogèneest responsable de propriétés thermiques particulières:
- l’eau a une forte capacité thermique massique1 cal. g-1.K-1 = 4,18 J.g-1.K-1
- l’eau a une forte chaleur de vaporisation2,26 kJ.g-1
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Les molécules polaires et chargées sont hydrophiles et solubles dans l’eau
A : Interaction d’ions avec des molécules d’eau (interactions
électrostatiques). B : Interaction d’une molécule polaire avec des molécules d’eau
(liaisons hydrogène).
▲Doc. 6 : Interactions avec les molécules d'eau responsables de la solubilité des molécules hydrophiles.
Alberts et all, 2011
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Les molécules apolaires sont hydrophobes et insolubles dans l’eau
▲Doc. 7 : Comportement d'un groupement apolaire dans l'eau.
Alberts et all, 2011
39▲Doc.8 : Quelques exemples de molécules biologiques
Force des liaisons en fonction du milieu
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L’eau organise les molécules apolaires qui se regroupent par des interactions hydrophobes
Etat instable, l'encombrement des radicaux apolaires entraînant la rupture d'un grand nombre de liaisons H entre les molécules d'eau.
▲ Doc. 9 : En milieu aqueux, les molécules apolaires sont rapprochées par des interactions faibles = les interactions hydrophobes.
Etat plus stable où le nombre de liaisons H
rompues est minimisé.
Alberts et all, 2011
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L’eau est un milieu réactionnel dans lequel peuvent se dérouler de nombreuses réactions acido-basiques
- l’eau est une molécule amphotère
- l’eau est un solvant dans lequel peuvent se dérouler de nombreuses réactions acido-basiques
eau 1
molécules minérales 20
petites molécules organiques 800
macromolécules organiques 5000
Inventaire approximatif du nombre d’espèces chimiques différentes dans une cellule de type Eubactérie ( procaryote)
Dans une cellule eucaryote , on peut dénombrer jusqu’à 10 000 macromolécules différentes.
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La diversité des molécules organiques est due à la diversité des groupes fonctionnels portés par les atomes de carbone
Raven et all, 2020
45▲Doc.8 : Quelques exemples de molécules biologiques
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions d’isomérisation
Isomères = molécules de même formule brute mais ayant
→ un enchaînement d’atomes différent = isomères de constitution
→ un enchaînement d’atomes identique mais une représentation spatiale différente = stéréoisomères
. de configuration (obtenus par rupture de liaisons) : énantiomères et diastéréoisomères. de conformation (obtenus par rotation autour de liaisons simples)
Voir cours de chimie
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions d’isomérisation
▼Doc. 8 : Deux oses, le glucose et le fructose
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions d’isomérisation
▼Doc. 8 : Deux oses, le glucose et le fructose
◄L’équilibre céto-énolique
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions d’isomérisation
▼Doc. 8 : Deux oses, le glucose et le fructose
◄L’équilibre céto-énolique
▲Doc. 10 : Les énantiomères des oses et des acides aminés, des molécules chirales
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions acido-basiques
R-COOH + H2O = RCOO- + H3O+
R-NH2 + H2O = RNH3+ + OH-
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions acido-basiques
Des réactions d’hydratation
R-COOH + H2O = RCOO- + H3O+
R-NH2 + H2O = RNH3+ + OH-
R-CH=CH-R’ + H2O = RCH2-CHOH-R’
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions entre groupes fonctionnels
Acide carboxylique + alcool → ester
Acide carboxylique + thiol → thioester
Alcool + groupement phosphate → phosphoester
Groupement phosphate + groupement phosphate → phosphoanhydre
Acide carboxylique + groupement phosphate → acylphosphate
Acide carboxylique + amine → amide
Aldéhyde ou cétone + alcool→ hémiacétal
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions d’oxydoréduction
Une réaction d’oxydoréduction est une réaction au cours de laquelle se produisent deséchanges d'électrons entre 2 couples oxydant/réducteur.C’est la somme des 2 demi-réactions mettant en jeu chacun des 2 couples rédox.L’oxydant du couple avec le plus fort oxydant est réduit (il gagne des électrons), et le réducteurde l’autre couple est oxydé (il perd des électrons).
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions d’oxydoréduction
Une réaction d’oxydoréduction est une réaction au cours de laquelle se produisent deséchanges d'électrons entre 2 couples oxydant/réducteur.C’est la somme des 2 demi-réactions mettant en jeu chacun des 2 couples rédox.L’oxydant du couple avec le plus fort oxydant est réduit (il gagne des électrons), et le réducteurde l’autre couple est oxydé (il perd des électrons).
Un couple redox est caractérisé par son potentiel standard d’oxydoréduction E° (en V) Plus il est faible plus le réducteur du couple est fort, plus il est fort plus l’oxydant du couple est fort.
▲Doc. 11
Voir cours de chimie
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Les molécules organiques sont diversifiées par les nombreuses réactions chimiques se produisant
dans les solutions aqueuses intracellulaires
Des réactions d’oxydoréduction
Une réaction d’oxydoréduction est une réaction au cours de laquelle se produisent deséchanges d'électrons entre 2 couples oxydant/réducteur.C’est la somme des 2 demi-réactions mettant en jeu chacun des 2 couples rédox.L’oxydant du couple avec le plus fort oxydant est réduit (il gagne des électrons), et le réducteurde l’autre couple est oxydé (il perd des électrons).
Un couple redox est caractérisé par son potentiel standard d’oxydoréduction E° (en V) Plus il est faible plus le réducteur du couple est fort, plus il est fort plus l’oxydant du couple est fort.
▲Doc. 11
Couple acide carboxylique/aldéhydeCouple aldéhyde/alcool primaireCouple cétone/alcool secondaire
Voir cours de chimie