ISGV1220 SYLLABUS BIOCHIMIE 2025.pdf

# Les rappels de chimie générale Voici un résumé exhaustif sur les rappels de chimie générale, structuré pour une préparation efficace à un examen. ## 1. Rappels de chimie générale Ce chapitre aborde les fondements de la chimie, essentiels pour comprendre la composition et les interactions de la matière dans les organismes vivants, incluant la structure atomique, les éléments, les isotopes, les liaisons chimiques et la représentation des réactions. ### 1.1 Les éléments chimiques La chimie étudie la matière, définie comme tout ce qui occupe un volume et possède une masse. La matière est composée d'éléments chimiques, qui sont des unités fondamentales ne pouvant être dégradées par des méthodes chimiques classiques. Il existe 118 éléments connus, dont 92 sont naturels; les autres sont artificiels et instables [6](#page=6). Le corps humain contient 26 éléments naturels. Quatre éléments principaux constituent environ 96% de la masse corporelle: l'oxygène (O), le carbone (C), l'hydrogène (H) et l'azote (N). Huit éléments mineurs (calcium, phosphore, potassium, soufre, sodium, chlore, magnésium, fer) représentent environ 3,6% de la masse corporelle. Le reste (0,4%) est constitué d'oligo-éléments, comme l'iode (I), essentiel pour la fonction thyroïdienne [6](#page=6) [7](#page=7). ### 1.2 L'atome Chaque élément est constitué d'atomes, les plus petites unités conservant les propriétés de l'élément. Les atomes possèdent des propriétés physiques (détectables par les sens ou mesurables) et chimiques (interactions entre atomes) [7](#page=7) [8](#page=8). #### 1.2.1 La structure de l'atome Les atomes sont électriquement neutres et composés de trois particules élémentaires : * **Protons (p+)** : Charge positive, regroupés dans le noyau. * **Neutrons (n0)** : Charge neutre, regroupés dans le noyau. * **Électrons (e-)**: Charge négative, gravitant autour du noyau dans un nuage électronique [8](#page=8). Les protons et neutrons sont appelés nucléons. Le modèle planétaire (Bohr) est une simplification; le modèle des orbitales décrit les régions de forte probabilité de présence des électrons [8](#page=8). * **Charge électrique**: Protons (+), Électrons (-), Neutrons. Dans un atome neutre, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons [9](#page=9). * **Masse**: Protons et neutrons ont une masse d'environ 1 unité de masse atomique (u). Les électrons ont une masse négligeable (environ 0 u). L'unité de masse atomique (u) est définie comme 1/12ème de la masse de l'atome de carbone-12 [9](#page=9). #### 1.2.2 Identification des éléments La différence entre les atomes d'éléments variés réside dans le nombre de protons, neutrons et électrons. Un élément chimique est défini par le nombre de protons dans son noyau [9](#page=9). * **Numéro atomique (Z)**: Nombre de protons d'un noyau; il caractérise l'élément. Il détermine aussi le nombre d'électrons dans un atome neutre [10](#page=10). * Exemple: Un atome avec 8 protons est un atome d'oxygène [10](#page=10). * **Nombre de masse (A)**: Somme des protons et des neutrons dans le noyau (nucléons) [10](#page=10). * Formule: $A = Z + n°$, où $n°$ est le nombre de neutrons. Donc, $n° = A - Z$ [10](#page=10). La représentation d'un atome inclut son numéro atomique (Z) en indice gauche et son nombre de masse (A) en exposant gauche, par exemple: $^A_Z X$. Chaque élément possède un nom et un symbole chimique (une ou deux lettres) [10](#page=10). #### 1.2.3 Les isotopes Les isotopes sont des atomes d'un même élément (même nombre de protons) qui diffèrent par leur nombre de neutrons, et donc par leur masse atomique [11](#page=11). * Exemple: Isotopes de l'hydrogène: H-1, H-2 (deutérium), H-3 (tritium) [11](#page=11). * Exemple: Isotopes du carbone: C-12, C-13, C-14 [11](#page=11). La **masse atomique relative (Ar)** d'un élément est la moyenne pondérée des nombres de masse de ses isotopes, basée sur leur abondance naturelle. Les isotopes stables ne changent pas avec le temps, tandis que les isotopes instables subissent une désintégration spontanée (radioactivité) [11](#page=11). ##### 1.2.3.1 Les isotopes radioactifs Les isotopes radioactifs émettent des particules subatomiques (alpha, bêta, gamma) lors de leur désintégration spontanée vers des formes plus stables [12](#page=12). * **Rayons α (alpha)**: Noyaux d'hélium (2 protons, 2 neutrons); faible pouvoir de pénétration (arrêtés par papier ou 6 cm d'air) [12](#page=12). * **Rayons β (bêta)**: Électrons; arrêtés par aluminium ou verre [12](#page=12). * **Rayons γ (gamma)**: Ondes électromagnétiques très énergétiques; fort pouvoir de pénétration (nécessitent plomb ou béton) [12](#page=12). Un élément radioactif change de nature lorsqu'il émet des rayons alpha ou bêta [12](#page=12). La **période ou demi-vie** est le temps nécessaire pour que la moitié d'une quantité initiale d'un élément radioactif disparaisse par désintégration [13](#page=13). * Exemple: La demi-vie du carbone-14 est de 5730 ans [13](#page=13). ##### 1.2.3.2 Les applications médicales des isotopes radioactifs Les isotopes radioactifs sont utilisés en médecine pour le diagnostic (dosages, scintigraphies) et la thérapeutique (radiothérapie) [13](#page=13). * **Traceurs radioactifs**: Molécules incorporant un atome radioactif pour suivre leur parcours dans le corps. Exemples: Iode-131 pour la thyroïde, Technétium-99m (demi-vie de 6h) pour les diagnostics [13](#page=13). * **Radiothérapie**: Utilisation de radio-isotopes (ex: cobalt-60) pour détruire les cellules cancéreuses [13](#page=13). ##### 1.2.3.3 Les effets néfastes des radiations Les radiations ionisantes peuvent arracher des électrons aux atomes ou rompre des liaisons chimiques, endommageant les macromolécules biologiques comme l'ADN et l'ARN. Cela peut entraîner la mort cellulaire (apoptose) ou des mutations génétiques menant à des cancers [14](#page=14). #### 1.2.4 L'arrangement des électrons Les électrons occupent des régions de l'espace appelées **orbitales**, organisées en **couches électroniques** (K, L, M, N, O, P, Q) selon des niveaux d'énergie croissants [14](#page=14). * **Règles de remplissage** : 1. Les électrons remplissent d'abord les couches les plus proches du noyau (énergie la plus basse) [15](#page=15). 2. Chaque couche a une capacité maximale d'électrons: $2n^2$, où $n$ est le numéro de la couche [15](#page=15). * K (n=1): 2 électrons maximum [15](#page=15). * L (n=2): 8 électrons maximum [15](#page=15). * M (n=3): 18 électrons maximum [15](#page=15). * N (n=4): 32 électrons maximum [15](#page=15). * La **couche de valence** est la dernière couche électronique occupée; ses électrons (électrons de valence) déterminent le comportement chimique de l'atome [15](#page=15). Le **tableau périodique des éléments** (tableau de Mendeleïev) classe les éléments par numéro atomique croissant [15](#page=15). * **Familles (colonnes)**: 18 familles regroupant des éléments aux propriétés similaires; les familles "a" principales portent des noms (ex: halogènes, gaz rares). Les éléments d'une même famille "a" ont le même nombre d'électrons de valence. Les familles "b" désignent les éléments de transition [15](#page=15) [16](#page=16). * **Périodes (lignes)**: 7 périodes; le numéro de la période indique le nombre de couches électroniques occupées [16](#page=16). Les **gaz rares** (ex: néon, argon) sont inertes car leur couche de valence est complète (généralement 8 électrons), ce qui correspond à un état très stable [16](#page=16). La **représentation de Lewis** utilise le symbole de l'élément pour le cœur de l'atome et des points ou traits pour les électrons de valence [17](#page=17). La **règle de l'octet** stipule que les atomes interagissent pour atteindre une couche de valence de 8 électrons, imitant la stabilité des gaz rares (sauf l'hélium qui en a 2) [17](#page=17). L'**électronégativité** mesure la force avec laquelle un atome attire la paire d'électrons d'une liaison chimique. Elle augmente de gauche à droite dans une période et diminue de haut en bas dans une famille. Les atomes très électronégatifs (O, N, Cl) attirent fortement les électrons, tandis que ceux avec peu d'électrons de valence (Na, K) les perdent facilement [18](#page=18). #### 1.2.5 L'ion Un **ion** est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, acquérant ainsi une charge électrique positive ou négative [18](#page=18). * **Cations**: Ions positifs (plus de protons que d'électrons) [19](#page=19). * **Anions**: Ions négatifs (plus d'électrons que de protons) [19](#page=19). Exemples d'ions importants dans l'organisme: Na+, Cl-, K+, Ca2+, Mg2+ [19](#page=19). ### 1.3 La molécule et les liaisons chimiques Une **molécule** est un groupe d'atomes liés ensemble par des forces d'attraction appelées liaisons chimiques. Les trois principaux types de liaisons chimiques sont [19](#page=19): * Liaisons ioniques * Liaisons covalentes * Liaisons hydrogène (ponts d'hydrogène) #### 1.3.1 Les liaisons ioniques Les liaisons ioniques se forment généralement entre des métaux (1 ou 2 électrons de valence) et des non-métaux (7 électrons de valence). Il y a transfert d'un ou plusieurs électrons de l'atome le moins électronégatif vers le plus électronégatif. Les ions de charges opposées ainsi formés s'attirent par interaction électrostatique [20](#page=20). * Exemple: Chlorure de sodium (NaCl): Na transfère un électron à Cl, formant Na+ et Cl- [20](#page=20). Les composés ioniques forment des **sels** qui, en l'absence d'eau, existent sous forme de réseaux cristallins. Dans le corps, ils sont présents dans les os et les dents. Dans l'eau, les liaisons ioniques sont brisées, dissociant les ions. Les solutions d'ions conductrices d'électricité sont appelées **électrolytes**; ils sont essentiels à l'équilibre hydrique, acido-basique et à la transmission nerveuse [20](#page=20) [21](#page=21). #### 1.3.2 Les liaisons covalentes Les liaisons covalentes se forment par **partage** d'une ou plusieurs paires d'électrons entre deux atomes, généralement d'électronégativité identique ou proche. Cela permet aux atomes d'atteindre une couche de valence complète et stable. Contrairement aux liaisons ioniques, elles ne se dissocient pas dans l'eau [21](#page=21). * **Liaison covalente simple**: Partage d'une paire d'électrons (ex: H2, CH4) [22](#page=22). * **Liaison covalente double**: Partage de deux paires d'électrons (ex: CO2) [22](#page=22). * **Liaison covalente triple**: Partage de trois paires d'électrons (ex: N2) [22](#page=22). ##### 1.3.2.1 La liaison covalente normale (non polaire) Elle se produit lorsque les électrons sont partagés de manière égale entre les atomes, typiquement entre deux atomes identiques [22](#page=22). ##### 1.3.2.2 La liaison covalente polaire Lorsque des atomes différents sont liés, l'atome le plus électronégatif attire plus fortement la paire d'électrons partagée. Cela crée une dissymétrie de charge [23](#page=23): * Charge partielle négative ($\delta-$) sur l'atome le plus électronégatif [23](#page=23). * Charge partielle positive ($\delta+$) sur l'atome le moins électronégatif [23](#page=23). Ces liaisons sont dites polaires, et la molécule formée est également polaire si la répartition des charges n'est pas symétrique [23](#page=23). * Exemple: Acide chlorhydrique (HCl): Le chlore est plus électronégatif que l'hydrogène ($\epsilon_{Cl} = 3,0$, $\epsilon_{H} = 2,1$, $\Delta\epsilon = 0,9$). La liaison H-Cl est polaire (H$\delta+$ - Cl$\delta-$) [24](#page=24). * Exemple: Eau (H2O): Molécule polaire en forme de V, avec l'oxygène portant une charge $\delta-$ et les hydrogènes des charges $\delta+$. Le dioxyde de carbone (CO2), malgré ses liaisons C=O polaires, est non polaire en raison de sa structure linéaire et symétrique [24](#page=24) [25](#page=25). #### 1.3.3 Les liaisons hydrogène ou ponts d'hydrogène Ces liaisons se forment entre un atome d'hydrogène portant une charge partielle positive ($\delta+$) et un atome électronégatif (O, N, S) portant une charge partielle négative ($\delta-$). Elles sont plus faibles que les liaisons ioniques ou covalentes. Elles relient des molécules entre elles (ex: molécules d'eau) ou différentes parties de macromolécules (ex: protéines, ADN), contribuant à leur structure et stabilité [25](#page=25). ### 1.4 Les réactions chimiques Une **réaction chimique** se produit lorsque des liaisons chimiques se forment, se réorganisent ou se rompent. Elles sont représentées par des équations [26](#page=26): $$ aA + bB \rightarrow cC + dD $$ Où A et B sont les réactifs, et C et D sont les produits. Les coefficients (a, b, c, d) indiquent le nombre de molécules ou d'atomes, et les indices le nombre d'atomes dans une molécule. Une équation équilibrée respecte la loi de conservation des atomes (loi de Lavoisier) [26](#page=26). #### 1.4.1 Les réactions élémentaires * **Synthèse (anabolisme)**: Combinaison d'atomes ou molécules pour former une molécule plus grosse ($A + B \rightarrow AB$). Nécessite de l'énergie pour former de nouvelles liaisons [26](#page=26). * **Dégradation (catabolisme)**: Scission d'une molécule en unités plus petites ($AB \rightarrow A + B$). Rompt des liaisons chimiques, libérant souvent de l'énergie [26](#page=26). * **Échange ou substitution**: Rupture et formation simultanées de liaisons ($AB + CD \rightarrow AD + CB$). Les atomes changent de partenaires [27](#page=27). * **Transfert d'électrons (oxydo-réduction)**: Échange d'électrons entre réactifs. Le donneur est oxydé, le receveur est réduit. La respiration cellulaire est un exemple clé [27](#page=27). #### 1.4.2 Réactions complètes et incomplètes * **Réactions irréversibles**: Se déroulent dans un seul sens ($\rightarrow$) [27](#page=27). * **Réactions réversibles (équilibres chimiques)**: Peuvent se dérouler dans les deux sens ($\leftrightarrow$). Elles sont dynamiques. La direction de la réaction est influencée par la concentration des composants (principe de Le Chatelier) [27](#page=27). #### 1.4.3 Les facteurs qui influencent la vitesse de réaction La vitesse d'une réaction dépend de la fréquence et de la violence des collisions entre particules [28](#page=28). 1. **Température**: Une température plus élevée augmente l'énergie cinétique des particules, donc la vitesse des collisions et des réactions [28](#page=28). 2. **Concentration**: Une concentration plus élevée de réactifs augmente la probabilité de collisions productives [28](#page=28). 3. **Taille des particules**: Les petites particules se déplacent plus vite et entrent plus souvent en collision, accélérant la réaction [28](#page=28). 4. **Catalyseurs**: Substances qui augmentent la vitesse des réactions sans être consommées. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques [28](#page=28). #### 1.4.4 Les variations de l’énergie au cours des réactions chimiques Toutes les réactions chimiques impliquent une absorption ou un dégagement d'énergie [29](#page=29). * **Réactions exothermiques (exergoniques)**: Libèrent de l'énergie. Les produits ont moins d'énergie que les réactifs. Les réactions cataboliques sont souvent exothermiques et spontanées [29](#page=29). * **Réactions endothermiques (endergoniques)**: Absorbent de l'énergie. Les produits ont plus d'énergie que les réactifs. Les réactions anaboliques sont souvent endothermiques et non spontanées [29](#page=29). Dans le corps, les réactions endergoniques sont souvent couplées à des réactions exergoniques (ex: utilisation de l'énergie de la dégradation du glucose pour synthétiser de l'ATP). Les réactions fortement exergoniques sont dites complètes avec un rendement de 100% [29](#page=29). --- # Les constituants de la matière vivante Voici un résumé détaillé sur "Les constituants de la matière vivante", basé sur le contenu fourni : ## 2. Les constituants de la matière vivante La matière vivante est composée de composés organiques et inorganiques, tous essentiels à la vie. Les composés organiques, qui contiennent du carbone, incluent les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Les composés inorganiques comprennent principalement l'eau, les sels, les acides et les bases. ### 2.1 L’eau, solvant universel L'eau est la substance la plus abondante dans les organismes vivants, jouant un rôle crucial grâce à ses propriétés physiques et chimiques remarquables, qui découlent de sa structure moléculaire [30](#page=30). #### 2.1.1 La structure de la molécule d’eau Une molécule d'eau (H₂O) est formée d'un atome d'oxygène lié à deux atomes d'hydrogène par des liaisons covalentes très polaires. L'oxygène porte une charge partielle négative (δ⁻) et les hydrogènes portent une charge partielle positive (δ⁺). Cette polarité permet aux molécules d'eau de former des ponts hydrogène entre elles, des liaisons plus faibles que les liaisons covalentes mais présentes en grand nombre, responsables des propriétés uniques de l'eau [30](#page=30) [31](#page=31). #### 2.1.2 Les propriétés de l’eau * **Grande capacité thermique**: L'eau absorbe ou dégage une quantité importante de chaleur avant que sa température ne change significativement, ce qui aide à maintenir la température corporelle stable [31](#page=31). * **Points de fusion et d'ébullition élevés**: Il faut beaucoup de chaleur pour rompre les ponts hydrogène et changer l'eau d'état. L'évaporation de l'eau, par exemple la transpiration, est un mécanisme de refroidissement efficace car elle emporte une grande quantité de chaleur [32](#page=32). * **Solvant universel**: Grâce à sa polarité, l'eau dissout de nombreux composés ioniques, acides, bases et autres petites molécules polaires, formant des solutions dans lesquelles les réactions chimiques biologiques peuvent avoir lieu. Elle forme également des "coques de solvatation" autour des grosses molécules chargées, les maintenant en solution (ex: colloïdes biologiques comme le plasma sanguin, le cytosol). L'eau est le principal milieu de transport dans l'organisme pour les nutriments, les gaz et les déchets [32](#page=32) [33](#page=33). * **Participation aux réactions chimiques**: L'eau est impliquée dans l'hydrolyse (dégradation de grosses molécules en plus petites) et est produite lors des réactions de synthèse par déshydratation (union de petites molécules pour former de plus grosses) [33](#page=33). #### 2.1.3 Molécules hydrophiles – molécules hydrophobes La solubilité d'une molécule dans l'eau dépend de sa polarité et de sa capacité à former des liaisons hydrogène. * **Molécules hydrophiles**: Elles sont polaires (souvent avec des atomes d'oxygène ou d'azote) et se dissolvent facilement dans l'eau en formant des ponts hydrogène. Exemples: glucose, urée, alcools [33](#page=33). * **Molécules hydrophobes**: Elles sont apolaires et ont une très faible solubilité dans l'eau. Elles tendent à se regrouper pour minimiser leur contact avec l'eau. Exemple: huiles [33](#page=33). ### 2.2 Les molécules organiques caractéristiques de la matière vivante Les composés organiques contiennent du carbone lié par des liaisons covalentes. Le carbone, en raison de sa capacité à former quatre liaisons covalentes, peut former des chaînes linéaires, cycliques et des structures complexes. Ces molécules sont souvent de grandes tailles et sont appelées macromolécules [34](#page=34). #### 2.2.1 Polymères et monomères La plupart des macromolécules sont des polymères, constitués de l'assemblage répété de sous-unités plus petites appelées monomères, reliés par des liaisons covalentes [35](#page=35). * **Synthèse par déshydratation**: Réaction qui unit deux monomères avec libération d'une molécule d'eau [35](#page=35). * **Hydrolyse**: Réaction inverse, où une molécule d'eau est ajoutée pour rompre une liaison entre monomères, dégradant le polymère [35](#page=35). Les quatre principales classes de molécules organiques sont: les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques [35](#page=35). #### 2.2.2 Les glucides Les glucides sont composés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, et sont souvent appelés sucres ou hydrates de carbone, avec la formule générale (CH₂O)n [36](#page=36). * **Classification** : * **Monosaccharides** (sucres simples): Unité de base (ex: glucose, fructose, galactose). La plupart ont la formule CnH₂nOn. Ils peuvent exister sous forme linéaire ou cyclique. Les pentoses (5 carbones, ex: ribose, désoxyribose) sont trouvés dans les acides nucléiques. Les hexoses (6 carbones, ex: glucose, fructose, galactose) sont les plus abondants [36](#page=36) [37](#page=37). * **Disaccharides**: Formés de deux monosaccharides liés par une liaison glycosidique, résultant d'une réaction de condensation. Exemples: saccharose (glucose + fructose), maltose (glucose + glucose), lactose (galactose + glucose) [38](#page=38). * **Polysaccharides**: Polymères de monosaccharides, généralement peu solubles, servant de stockage. Exemples: amidon (réserve végétale), glycogène (réserve animale), cellulose (structure végétale) et chitine (structure chez les champignons et arthropodes) [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41). * **Rôles des glucides** : * Énergétique (glucose, amidon, glycogène) [41](#page=41). * Mécanique (cellulose, chitine) [42](#page=42). * Marquage cellulaire [42](#page=42). * Structural (pentoses dans l'ADN/ARN) [42](#page=42). > **Tip**: Le dosage du glucose sanguin (glycémie) est crucial pour diagnostiquer des pathologies comme le diabète [39](#page=39). #### 2.2.3 Les lipides Les lipides sont un groupe hétérogène de molécules peu ou pas solubles dans l'eau (hydrophobes) mais solubles dans les lipides (liposolubles). Ils sont principalement composés de carbone et d'hydrogène, avec une proportion d'oxygène plus faible que dans les glucides. Certains contiennent du phosphore [42](#page=42). * **Classification** : * **Triglycérides** (graisses et huiles): Formés d'un glycérol lié à trois acides gras [43](#page=43). * **Acides gras**: Chaînes carbonées terminées par un groupe carboxyle (-COOH). Ils peuvent être saturés (uniquement des liaisons simples C-C), monoinsaturés (une double liaison C=C) ou polyinsaturés (plusieurs doubles liaisons C=C). Les acides gras saturés sont souvent solides à température ambiante (ex: beurre). Les acides gras trans, produits par hydrogénation industrielle, sont déconseillés car ils augmentent le risque cardiovasculaire. Les acides gras oméga-3 et oméga-6 semblent diminuer ce risque [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). * **Formation des triglycérides**: Par liaison ester entre le groupe COOH d'un acide gras et le groupe OH du glycérol, avec libération d'eau [45](#page=45). * **Phospholipides**: Formés d'un glycérol lié à deux acides gras et à un groupe phosphate, lui-même lié à un groupe polaire. Ils sont amphipathiques: la partie glycérol-phosphate est hydrophile, tandis que les acides gras sont hydrophobes. Dans l'eau, ils forment spontanément des micelles ou des bicouches lipidiques, constituant la base des membranes cellulaires [46](#page=46) [47](#page=47). * **Stéroïdes**: Caractérisés par un noyau stérol (quatre cycles de carbones). Le cholestérol est le plus abondant, essentiel pour les membranes animales et précurseur d'hormones stéroïdes, de vitamine D et de sels biliaires [48](#page=48). > **Tip**: Les lipides fournissent plus du double de l'énergie par gramme par rapport aux glucides ou protéines [46](#page=46). * **Rôles des lipides** : * Réserve d'énergie [46](#page=46). * Protection et isolation des organes [46](#page=46). * Composants majeurs des membranes cellulaires [46](#page=46). * Messagers de signaux cellulaires (hormones stéroïdiennes) [46](#page=46). #### 2.2.4 Les protéines Les protéines sont les molécules les plus complexes et variées, jouant de nombreux rôles dans l'organisme. Elles sont des polymères d'acides aminés [50](#page=50). * **Acides aminés**: Molécules comportant un carbone central, un groupement amine (NH₂), un groupement carboxyle (COOH), un atome d'hydrogène et une chaîne latérale variable (R). Il existe 20 types d'acides aminés qui diffèrent par leur radical R. Ils peuvent s'ioniser en solution [50](#page=50) [51](#page=51). * **Polypeptides et protéines**: Les acides aminés se lient par des liaisons peptidiques, formant des polypeptides. Au-delà d'une centaine d'acides aminés, on parle de protéines. La séquence des acides aminés est cruciale pour la structure et la fonction de la protéine [51](#page=51) [52](#page=52). * **Organisation tridimensionnelle des protéines** : * **Structure primaire**: Séquence linéaire des acides aminés [52](#page=52). * **Structure secondaire**: Repliements réguliers de segments de la chaîne (hélice alpha, feuillet bêta) stabilisés par des liaisons hydrogène [52](#page=52). * **Structure tertiaire**: Conformation tridimensionnelle finale de la chaîne polypeptidique, déterminée par les interactions entre les chaînes latérales R (interactions hydrophobes, liaisons ioniques, liaisons hydrogène, ponts disulfure) [53](#page=53) [54](#page=54). * **Structure quaternaire**: Association de plusieurs chaînes polypeptidiques pour former une protéine fonctionnelle [54](#page=54). * **Types de protéines** : * **Protéines fibreuses (structurales)**: Formes longues et stables, insolubles dans l'eau, fournissant un support mécanique (ex: collagène, actine, myosine) [55](#page=55). * **Protéines globulaires (fonctionnelles)**: Compactes, sphériques, solubles dans l'eau, chimiquement actives (ex: enzymes, anticorps, hormones, hémoglobine) [55](#page=55). * **Dénaturation des protéines**: Perte de la structure tridimensionnelle due à des facteurs physiques (chaleur) ou chimiques (pH extrêmes), entraînant une perte de fonction. Peut être réversible ou irréversible [55](#page=55) [56](#page=56). * **Rôles des protéines** : * Structure (cytosquelette, matrice extracellulaire) [56](#page=56). * Mouvement (contraction musculaire, locomotion) [56](#page=56). * Transport de molécules (hémoglobine, transferrine) [57](#page=57). * Hormones (insuline) [57](#page=57). * Identification cellulaire (CMH) [57](#page=57). * Communication cellulaire (récepteurs) [57](#page=57). * Défense de l'organisme (anticorps) [57](#page=57). * Enzymes (catalyseurs biologiques) [57](#page=57). #### 2.2.5 Les enzymes Les enzymes sont des protéines spécialisées qui catalysent les réactions biochimiques, augmentant leur vitesse de façon spectaculaire sans être consommées [58](#page=58). * **Propriétés**: Spécificité d'action sur un substrat, efficacité, spécificité conformationnelle (site actif) [59](#page=59). * **Mécanisme d'action**: Liaison du substrat au site actif, formation d'un complexe enzyme-substrat, remaniement interne, libération du produit [59](#page=59) [60](#page=60). * **Applications physiologiques**: Diagnostic de maladies (ex: phénylcétonurie), utilisation thérapeutique (médicaments inhibiteurs d'enzymes) [60](#page=60). #### 2.2.6 Les acides nucléiques Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides, ce sont les molécules les plus volumineuses de l'organisme. Il en existe deux types: l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique) [61](#page=61). * **Nucléotides**: Composés d'un pentose (ribose pour l'ARN, désoxyribose pour l'ADN), d'une base azotée (purines: Adénine A, Guanine G; pyrimidines: Cytosine C, Thymine T dans l'ADN, Uracile U dans l'ARN) et d'un groupe phosphate [61](#page=61). * **Polymérisation**: Formation de liaisons phosphodiesters entre le groupe phosphate d'un nucléotide et le groupe hydroxyle d'un autre, avec libération d'eau. Les chaînes ont un sens (5' vers 3') [62](#page=62). * **ADN**: Double hélice formée de deux chaînes polynucléotidiques complémentaires (A s'apparie avec T, C avec G). Permet la réplication [62](#page=62). * **ARN**: Chaîne simple, plus courte que l'ADN. Utilise le ribose comme sucre et l'uracile à la place de la thymine [62](#page=62). * **Rôles des acides nucléiques** : * **ADN**: Conservation et transmission de l'information génétique, contrôle de la synthèse protéique [63](#page=63). * **ARN**: Intervention dans l'expression de l'information génétique. L'ARN messager (ARNm) transmet l'information, l'ARN ribosomial (ARNr) structure les ribosomes, et l'ARN de transfert (ARNt) apporte les acides aminés lors de la synthèse protéique [63](#page=63). ### 2.3 Les solutions aqueuses La vie se déroule dans un environnement aqueux où ions et molécules organiques sont dissous ou en suspension [64](#page=64). #### 2.3.1 Les sels Les sels sont des composés ioniques (cation + anion, différents de H⁺ et OH⁻) qui se dissocient dans l'eau en leurs ions, devenant des électrolytes conducteurs d'électricité. Exemples: NaCl, CaCO₃, KCl, Ca₃(PO₄)₂ [64](#page=64) [65](#page=65). #### 2.3.2 Les acides et les bases Acides et bases sont des électrolytes qui s'ionisent dans l'eau. * **Acides**: Donnent des ions H⁺ (protons) en solution, augmentant l'acidité. Exemples d'acides forts (dissociation complète): HCl. Exemples d'acides faibles (dissociation incomplète): RCOOH [65](#page=65) [66](#page=66). * **Bases**: Accepteurs de protons, réduisant la concentration de H⁺ ou augmentant celle de OH⁻. Exemples de bases fortes: NaOH. Exemples de bases faibles: groupement amine (-NH₂) [66](#page=66) [67](#page=67). * **Réaction de neutralisation**: Interaction d'un acide et d'une base formant de l'eau et un sel [67](#page=67). * **pH**: Mesure de l'acidité ou de l'alcalinité (potentiel d'hydrogène), définie comme le logarithme négatif de la concentration en ions H⁺ (pH = -log[H⁺]). L'échelle va de 0 à 14: pH 7 est neutre, pH < 7 est acide, pH > 7 est basique (alcalin). Une variation de 0,3 unité de pH double la concentration en H⁺ [67](#page=67) [68](#page=68) [69](#page=69). * **Acides/bases forts vs faibles**: Les acides/bases forts se dissocient complètement et irréversiblement, modifiant fortement le pH. Les acides/bases faibles se dissocient de manière réversible et partielle, participant aux systèmes tampons [69](#page=69) [70](#page=70). #### 2.3.3 Équilibre acido-basique du milieu intérieur L'organisme maintient un pH sanguin très stable (environ 7,35-7,45) grâce à trois mécanismes: les tampons chimiques, la régulation pulmonaire et la régulation rénale [71](#page=71). * **Systèmes tampons**: Solutions contenant un acide faible et sa base conjuguée faible qui s'opposent aux variations de pH en capturant ou cédant des H⁺. Les principaux systèmes sont le bicarbonate/acide carbonique (HCO₃⁻/H₂CO₃) dans le liquide extracellulaire, les phosphates et les protéines dans le liquide cellulaire [72](#page=72) [73](#page=73) [74](#page=74). * **Régulation pulmonaire**: Élimination du CO₂ (acide volatil) par les poumons, influençant l'équilibre acido-basique en quelques minutes [75](#page=75). * **Régulation rénale**: Élimination des acides non volatils et régulation des bicarbonates, agissant plus lentement mais assurant l'élimination des excès [77](#page=77). * **Acidoses et alcaloses**: Déséquilibres du pH sanguin. L'acidose est un pH < 7,35 et l'alcalose un pH > 7,45. Ils peuvent être respiratoires (modification du CO₂) ou métaboliques (modification des bicarbonates) [78](#page=78). #### 2.3.4 Diffusion, osmose et pressions * **Diffusion**: Mouvement des solutés d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration jusqu'à égalisation [81](#page=81). * **Osmose**: Mouvement de l'eau à travers une membrane semi-perméable, des solutions hypotoniques vers les solutions hypertoniques, jusqu'à équilibre des concentrations [81](#page=81) [82](#page=82). * **Pression osmotique**: Pression nécessaire pour contrecarrer le flux d'eau à travers une membrane semi-perméable; dépend de l'osmolarité (concentration totale des particules de soluté) [82](#page=82) [83](#page=83). * **Pression hydrostatique**: Pression exercée par un liquide sur son contenant [84](#page=84). * **Pression oncotique**: Pression osmotique exercée par les protéines dans le plasma, attirant l'eau dans les vaisseaux sanguins [84](#page=84). > **Tip**: L'osmolarité des solutions (isotonique, hypertonique, hypotonique) détermine le comportement des cellules. Une solution isotonique maintient la forme des cellules (ex: solution physiologique NaCl 9‰) [85](#page=85). * **Applications physiologiques** : * **Turgescence, hémolyse, plasmolyse**: Changements subis par les globules rouges en fonction de l'osmolarité de la solution environnante [85](#page=85). * **Mouvements de l'eau entre secteurs vasculaire et interstitiel**: Influencés par les pressions hydrostatique et oncotique à travers les capillaires sanguins, permettant les échanges cellulaires [87](#page=87) [88](#page=88). --- # Le métabolisme cellulaire et ses voies centrales Le métabolisme cellulaire représente l'ensemble complexe des réactions chimiques qui se déroulent au sein d'une cellule vivante, permettant la synthèse de molécules, la production d'énergie et le maintien de ses fonctions vitales [89](#page=89). ### 3.1 Principes généraux des réactions métaboliques #### 3.1.1 La réaction chimique Une réaction chimique transforme des réactifs en produits. Elle est symbolisée par une équation chimique où les coefficients stœchiométriques assurent l'équilibre des atomes entre les réactifs et les produits, respectant ainsi le bilan matière. Les transformations moléculaires impliquent la rupture et la formation de liaisons chimiques, nécessitant des mécanismes contrôlés et souvent l'action d'enzymes. Chaque réaction chimique doit respecter deux bilans: un bilan matière et un bilan énergétique [91](#page=91) [92](#page=92). #### 3.1.2 Les échanges d’énergie au cours des réactions chimiques L'énergie est définie comme la capacité d'effectuer un travail, impliquant des changements au sein de la cellule. L'énergie libre de Gibbs ($\Delta G$) quantifie l'énergie utilisable pour le travail cellulaire, et un système évolue spontanément vers un état de plus faible énergie, c'est-à-dire une diminution de $\Delta G$ [92](#page=92). * **Réactions exergoniques**: $\Delta G < 0$, libèrent de l'énergie et sont spontanées thermodynamiquement [93](#page=93). * **Réactions endergoniques**: $\Delta G > 0$, nécessitent un apport d'énergie et ne sont pas spontanées thermodynamiquement [93](#page=93). * **Réactions à l'équilibre**: $\Delta G = 0$, la réaction est réversible et dynamique [93](#page=93). > **Tip:** La spontanéité d'une réaction ne doit pas être confondue avec sa rapidité; une réaction peut être thermodynamiquement favorisée mais cinétiquement lente [93](#page=93). #### 3.1.3 Les réactions d’oxydo-réduction La majorité des réactions chimiques cellulaires sont des réactions d'oxydo-réduction, impliquant le transfert d'électrons [93](#page=93). * **Oxydation**: perte d'électrons, souvent accompagnée d'une perte de protons (H+) [93](#page=93). $AH \rightarrow A + e^- + H^+$ * **Réduction**: gain d'électrons, souvent accompagné d'un gain de protons [93](#page=93). $B + e^- + H^+ \rightarrow BH$ Ces réactions surviennent simultanément: une molécule oxydée cède ses électrons à une autre molécule qui est alors réduite [93](#page=93). $AH + B \rightarrow A + BH$ Les réactions d'oxydation sont généralement exergoniques et se retrouvent dans le catabolisme, tandis que les réactions de réduction, souvent endergoniques, font partie de l'anabolisme [94](#page=94). #### 3.1.4 Enzymes et co-enzymes Les enzymes sont des protéines catalysant spécifiquement les réactions biologiques, augmentant leur vitesse de 10$^8$ à 10$^{14}$ fois sans être consommées. Leur spécificité est remarquable, agissant sur un substrat spécifique. Les noms des enzymes se terminent généralement par "-ase" [94](#page=94) [95](#page=95). * **Exemples d'enzymes**: oxydases, kinases, déshydrogénases, anhydrases, ATPases, protéases, lipases [94](#page=94). Beaucoup d'enzymes nécessitent des cofacteurs, qui peuvent être des ions métalliques ou des coenzymes organiques, souvent dérivés de vitamines. Les coenzymes sont transformés par la réaction et doivent être régénérés. Les coenzymes d'oxydo-réduction, comme le NAD$^+$ et le FAD, agissent comme transporteurs d'électrons et de protons [95](#page=95). #### 3.1.5 Les moyens pour faire des réactions énergétiquement défavorables Pour réaliser des réactions endergoniques ($\Delta G > 0$), l'énergie est injectée dans le système en couplant une réaction exergonique à une réaction endergonique. Ce couplage nécessite que la somme des $\Delta G$ soit négative, que les réactions partagent un intermédiaire commun, et que cet intermédiaire soit une molécule à haute énergie libre comme l'ATP. L'hydrolyse de l'adénosine triphosphate (ATP) en adénosine diphosphate (ADP) et phosphate inorganique (Pi) libère une quantité significative d'énergie ($\Delta G = -30.5$ kJ/mole) et est le moyen le plus courant pour fournir l'énergie nécessaire aux réactions non spontanées [96](#page=96) [97](#page=97). $$ ATP + H_2O \rightarrow ADP + P_i \quad \Delta G = -30.5 \, \text{kJ/mole} $$ L'ATP est constamment régénéré à partir d'ADP et de Pi par l'ATP synthase, un processus de phosphorylation qui nécessite un apport d'énergie couplé à une réaction exergonique [98](#page=98). > **Exemple:** L'ATP est utilisé pour le travail chimique (synthèse de glutamine), le travail mécanique (protéines motrices) et le travail de transport (pompes ioniques comme la Na$^+$/K$^+$ ATPase) [100](#page=100) [98](#page=98) [99](#page=99). ### 3.2 Les voies centrales du métabolisme Les voies centrales du métabolisme décrivent comment les cellules obtiennent de l'énergie à partir des aliments, principalement par l'oxydation des glucides, lipides et protéines. Le catabolisme du glucose est la voie la plus étudiée et sert de référence . #### 3.2.1 Digestion et absorption des nutriments * **Glucides**: Digérés en monosaccharides (glucose, fructose, galactose) absorbés directement, ou dégradés en unités plus petites (oligosaccharides, maltose) par les amylases salivaires et pancréatiques, puis par les enzymes de la bordure en brosse . * **Protéines**: Hydrolysées en polypeptides par la pepsine, puis en peptides plus petits par la trypsine et la chymotrypsine, et enfin en acides aminés par des peptidases. Les acides aminés sont transportés activement dans les entérocytes . * **Lipides**: Les triglycérides sont émulsifiés par la bile et hydrolysés par la lipase pancréatique en acides gras et monoglycérides. Ces derniers forment des micelles pour l'absorption. Les acides gras à chaîne courte sont hydrosolubles, tandis que ceux à chaîne longue sont transportés via des protéines, ré-estérifiés en triglycérides, et formés en chylomicrons pour le transport lymphatique . * **Acides nucléiques**: Dégradés en nucléotides par les nucléases pancréatiques, puis en bases azotées, pentoses et phosphates par les enzymes de la bordure en brosse . #### 3.2.2 Le catabolisme des glucides ##### 3.2.2.1 L’entrée des glucides dans les cellules Le glucose, une molécule polaire, entre dans les cellules par transport facilité, grâce à des protéines transmembranaires (perméases) qui reconnaissent le glucose. L'insuline régule le transport du glucose dans les cellules musculaires et adipeuses. Dès son entrée, le glucose est phosphorylé en glucose-6-phosphate, le piégeant dans la cellule et maintenant un gradient favorable à son entrée . ##### 3.2.2.2 Le principe général du catabolisme du glucose Le catabolisme du glucose comprend trois étapes principales : 1. **Glycolyse**: Dans le cytosol, dégradation du glucose en deux molécules de pyruvate, produisant 2 ATP et 2 NADH. C'est un processus anaérobie . 2. **Cycle de Krebs**: Dans la matrice mitochondriale, oxydation du pyruvate en acétyl-CoA, puis oxydation complète de l'acétyl-CoA en CO$_2$, produisant de l'ATP, du NADH et du FADH$_2$ . 3. **Chaîne de transport des électrons et phosphorylation oxydative**: Dans la membrane interne mitochondriale, les électrons du NADH et FADH$_2$ sont transférés, créant un gradient de protons utilisé par l'ATP synthase pour produire la majorité de l'ATP . $$ \text{Glucose} + 2 \, \text{ADP} + 2 \, P_i + 2 \, \text{NAD}^+ \rightarrow 2 \, \text{pyruvates} + 2 \, \text{ATP} + 2 \, \text{NADH} + 2 \, H^+ + 2 \, H_2O $$ ##### 3.2.2.3 La glycolyse La glycolyse est une voie anaérobie se déroulant dans le cytosol, convertissant une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate, avec un rendement net de 2 ATP et 2 NADH . * **Fermentation lactique**: En l'absence d'oxygène, le pyruvate est réduit en lactate, permettant le recyclage du NAD$^+$ nécessaire à la poursuite de la glycolyse . ##### 3.2.2.4 La respiration cellulaire En conditions aérobies, deux étapes supplémentaires ont lieu dans la mitochondrie : * **Le cycle de Krebs (cycle de l'acide citrique)**: Localisé dans la matrice mitochondriale, il oxyde l'acétyl-CoA en CO$_2$. Chaque tour produit une molécule d'ATP (ou GTP), 3 NADH, 1 FADH$_2$ et 2 CO$_2$. La réaction de conversion du pyruvate en acétyl-CoA produit 1 CO$_2$ et 1 NADH . * **La phosphorylation oxydative**: Comprend la chaîne de transport des électrons et la chimiosmose . * **Chaîne de transport des électrons**: Série de complexes protéiques dans la membrane interne mitochondriale qui transfèrent des électrons du NADH et FADH$_2$ à l'oxygène, formant de l'eau. L'énergie libérée est utilisée pour pomper des protons de la matrice vers l'espace intermembranaire, créant un gradient électrochimique . $$ 2 \, e^- + 2 \, H^+ + \frac{1}{2} \, O_2 \rightarrow H_2O $$ * **Chimiosmose**: Les protons retournent dans la matrice par l'ATP synthase, qui utilise l'énergie du gradient pour synthétiser de l'ATP à partir d'ADP et de Pi . ##### 3.2.2.5 Bilan de l’oxydation complète d’une molécule de glucose Le rendement théorique maximal est d'environ 38 ATP par molécule de glucose, mais ce chiffre peut varier (entre 30 et 32 ATP) en raison de facteurs tels que la consommation d'ATP pour le transport des navettes NADH et des fuites de protons . > **Tip:** Le rendement énergétique de l'oxydation complète d'un glucose est estimé à 38 ATP, mais des recherches récentes suggèrent un rendement plus bas (environ 30-32 ATP) en raison de l'efficacité variable du couplage chimiosmotique et des coûts énergétiques du transport des métabolites . #### 3.2.3 Le catabolisme des lipides Le catabolisme des triglycérides (TG) implique la dégradation séparée du glycérol et des acides gras . ##### 3.2.3.1 La lipolyse : principe général La lipolyse est l'hydrolyse des TG en glycérol et acides gras, principalement dans les adipocytes sous contrôle hormonal. Le glycérol est converti en glycéraldéhyde-3-phosphate, un intermédiaire de la glycolyse. Les acides gras libres sont transportés par l'albumine vers les tissus pour être dégradés par $\beta$-oxydation . ##### 3.2.3.2 La $\beta$-oxydation des acides gras Cette voie, se déroulant dans la matrice mitochondriale, raccourcit les acides gras de deux atomes de carbone par cycle (hélice de Lynen), produisant de l'acétyl-CoA, du FADH$_2$ et du NADH. L'acétyl-CoA entre dans le cycle de Krebs, et les coenzymes réduits alimentent la chaîne respiratoire pour la production d'ATP . * **Rendement énergétique**: Le catabolisme des lipides offre un rendement énergétique près de deux fois supérieur à celui des glucides. Par exemple, un acide gras de 18 carbones produit environ 120 ATP . ##### 3.2.3.3 La cétogenèse et les corps cétoniques En cas de jeûne prolongé ou de manque de glucose, lorsque le cycle de Krebs est ralenti par manque d'oxaloacétate, l'acétyl-CoA produit par la $\beta$-oxydation s'accumule dans le foie et est converti en corps cétoniques (acétoacétate, D-$\beta$-hydroxybutyrate, acétone). Ces corps cétoniques servent de substrat énergétique pour les autres tissus, y compris le cerveau, épargnant ainsi les protéines. Une accumulation excessive de corps cétoniques entraîne une acidose métabolique (cétose) . #### 3.2.4 Le catabolisme des protéines Les protéines sont dégradées en acides aminés. Les acides aminés en excès sont principalement dégradés dans le foie par désamination oxydative, formant de l'ammoniac (NH$_3$) et une chaîne carbonée qui rejoint soit la glycolyse, soit le cycle de Krebs. L'ammoniac est transformé en urée, moins toxique, et éliminé par les urines . #### 3.2.5 Interconnexions entre les voies métaboliques des glucides, des lipides et des protéines Les voies métaboliques sont interconnectées par un petit nombre d'intermédiaires clés, tels que le pyruvate et l'acétyl-CoA. Ces intermédiaires permettent l'interconversion de différents types de molécules et la réutilisation des voies métaboliques dans les deux sens (anabolisme et catabolisme), notamment pour les réactions à faible $\Delta G$ . * **Rôles de l'acétyl-CoA**: Produit par l'oxydation du pyruvate, la dégradation des protéines et la $\beta$-oxydation des acides gras, il est soit oxydé pour produire de l'ATP, soit utilisé pour la synthèse des acides gras (lipogenèse) . > **Exemple:** Le saccharose ou le glucose sont traités de la même manière par la cellule; prétendre que certains sucres "naturels" font moins grossir est faux car ils rejoignent tous la glycolyse . En cas d'excès de nourriture, l'organisme convertit l'excès de glucides et de protéines en graisse via l'acétyl-CoA et la synthèse d'acides gras . #### 3.2.6 Utilisation des sources énergétiques en fonction de l’état nutritionnel * **Métabolisme postprandial**: Après un repas, le corps utilise les nutriments pour l'énergie immédiate, la synthèse ou le stockage. L'insuline favorise la glycolyse, la glycogénogenèse (stockage du glucose en glycogène dans le foie et les muscles), la lipogenèse (synthèse des graisses) et la protéogenèse (synthèse des protéines). Il n'y a pas de stockage direct des acides aminés; ils sont soit utilisés pour la synthèse, soit convertis en glucose ou lipides . * **Métabolisme de jeûne**: Le but est de maintenir la glycémie normale pour le cerveau et les globules rouges. Ce métabolisme favorise la glycogénolyse (dégradation du glycogène en glucose), la lipolyse (libération d'acides gras et de glycérol) et la protéolyse (dégradation des protéines musculaires) . * **Néoglucogenèse**: Synthèse de glucose à partir de composés non glucidiques (glycérol, lactate, pyruvate, acides aminés) dans le foie, les reins et les intestins . * **Cétogenèse**: En cas de jeûne prolongé, le foie produit des corps cétoniques à partir de l'acétyl-CoA pour épargner les protéines et fournir une source d'énergie au cerveau . Ces mécanismes permettent une stratégie double: produire de nouvelles sources de glucose et épargner le glucose en utilisant d'autres substrats pour la production d'ATP . --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Terme | Définition | |---|---| | Atome | La plus petite unité constitutive d'un élément chimique, conservant ses propriétés. Il est composé d'un noyau (protons et neutrons) et d'électrons en orbite. | | Isotope | Atomes d'un même élément chimique qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons, leur conférant ainsi des masses atomiques différentes. | | Liaison ionique | Force électrostatique qui lie des ions de charges opposées. Elle résulte du transfert d'un ou plusieurs électrons d'un atome à un autre. | | Liaison covalente | Liaison chimique formée par le partage d'une ou plusieurs paires d'électrons entre deux atomes, permettant à chacun d'atteindre une configuration électronique stable. | | Liaison hydrogène | Attraction faible entre un atome d'hydrogène (partiellement positif) d'une molécule et un atome électronégatif (partiellement négatif, typiquement O, N ou S) d'une autre molécule ou d'une autre partie de la même macromolécule. | | Réaction chimique | Processus durant lequel des liaisons chimiques sont formées, réorganisées ou rompues, transformant des réactifs en produits. | | Molécule polaire | Molécule dont la distribution des charges électriques est asymétrique, créant une extrémité partiellement positive et une extrémité partiellement négative, en raison de différences d'électronégativité entre les atomes liés. | | Hydrophile | Se dit des molécules qui ont une affinité pour l'eau et s'y dissolvent facilement, généralement parce qu'elles sont polaires ou ioniques. | | Hydrophobe | Se dit des molécules qui n'ont pas d'affinité pour l'eau et s'y dissolvent mal, généralement parce qu'elles sont apolaires. | | Macromolécule | Très grosse molécule organique, souvent un polymère, composée de nombreuses unités monomères répétées. Exemples : protéines, acides nucléiques, polysaccharides. | | Polymère | Grande molécule formée par l'assemblage d'un grand nombre de petites unités répétitives appelées monomères, unies par des liaisons covalentes. | | Monomère | Petite unité moléculaire qui se lie à d'autres monomères pour former un polymère. | | Glucide | Composé organique contenant du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, servant de source d'énergie et de composant structural. Ils incluent les monosaccharides, disaccharides et polysaccharides. | | Lipide | Classe de composés organiques peu ou pas solubles dans l'eau (hydrophobes), mais solubles dans les solvants organiques. Ils comprennent les triglycérides, phospholipides et stéroïdes, et servent de réserve d'énergie, de composants membranaires et de messagers. | | Protéine | Macromolécule complexe constituée d'une ou plusieurs chaînes d'acides aminés liées par des liaisons peptidiques, jouant une multitude de rôles biologiques essentiels (structure, catalyse, transport, défense, etc.). | | Acide nucléique | Macromolécule essentielle à la vie, constituée de nucléotides. Il existe deux types principaux : l'ADN (acide désoxyribonucléique) qui porte l'information génétique, et l'ARN (acide ribonucléique) impliqué dans l'expression de cette information. | | Nucléotide | Unité de base des acides nucléiques, composée d'un sucre (ribose ou désoxyribose), d'une base azotée et d'un groupe phosphate. | | ADN (Acide Désoxyribonucléique) | Molécule porteuse de l'information génétique dans la plupart des organismes vivants, sous forme d'une double hélice composée de deux brins de nucléotides complémentaires. | | ARN (Acide Ribonucléique) | Molécule impliquée dans la synthèse des protéines, issue de l'ADN. Il existe différents types d'ARN (ARNm, ARNt, ARNr) aux rôles variés. | | Solution aqueuse | Mélange homogène où une substance (soluté) est dissoute dans une autre substance (solvant), généralement de l'eau. | | Électrolyte | Substance qui, lorsqu'elle est dissoute dans l'eau, se dissocie en ions et rend la solution conductrice de l'électricité. | | Acide | Substance qui libère des ions hydrogène (H+) en solution aqueuse, ou qui peut accepter une paire d'électrons. Les acides forts se dissocient complètement. | | Base | Substance qui accepte des ions hydrogène (H+) en solution aqueuse, ou qui libère des ions hydroxyles (OH-). Les bases fortes se dissocient complètement. | | pH | Mesure logarithmique de l'acidité ou de l'alcalinité d'une solution, basée sur la concentration en ions hydrogène ([H+]). Un pH de 7 est neutre, inférieur à 7 est acide, et supérieur à 7 est basique (alcalin). | | Réaction exergonique | Réaction chimique qui libère de l'énergie libre (ΔG < 0). Ces réactions sont thermodynamiquement favorables et peuvent se produire spontanément. | | Réaction endergonique | Réaction chimique qui consomme de l'énergie libre (ΔG > 0). Ces réactions ne sont pas spontanées et nécessitent un apport d'énergie pour se produire. | | ATP (Adénosine Triphosphate) | Molécule universelle de stockage et de transfert d'énergie dans les cellules. L'hydrolyse de ses liaisons phosphate libère l'énergie nécessaire aux processus cellulaires. | | Métabolisme | Ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans un organisme vivant pour maintenir la vie, incluant le catabolisme (dégradation) et l'anabolisme (synthèse). | | Catabolisme | Voies métaboliques qui dégradent les molécules complexes en molécules plus simples, libérant de l'énergie. | | Anabolisme | Voies métaboliques qui synthétisent des molécules complexes à partir de molécules simples, nécessitant un apport d'énergie. | | Glycolyse | Première étape du catabolisme du glucose, qui se déroule dans le cytosol et transforme une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate, produisant une petite quantité d'ATP et de NADH. | | Cycle de Krebs (Cycle de l'acide citrique) | Série de réactions biochimiques qui se déroulent dans la matrice mitochondriale, complétant l'oxydation de l'acétyl-CoA en CO2, produisant du NADH, du FADH2 et une petite quantité d'ATP. | | Phosphorylation oxydative | Processus de synthèse d'ATP qui se déroule dans la membrane interne des mitochondries, utilisant l'énergie libérée par la chaîne de transport d'électrons et le gradient de protons. | | Enzyme | Protéine qui agit comme catalyseur biologique, accélérant la vitesse des réactions chimiques sans être consommée ou modifiée au cours de la réaction. Les enzymes sont hautement spécifiques. | | Substrat | Molécule sur laquelle une enzyme agit. | | Site actif | Région spécifique d'une enzyme où le substrat se lie et où la réaction catalytique a lieu. | | Lipogenèse | Synthèse des lipides, notamment des acides gras et des triglycérides, souvent à partir de glucides ou de protéines en excès. | | Glycogénogenèse | Synthèse du glycogène (forme de stockage du glucose) à partir de molécules de glucose, principalement dans le foie et les muscles. | | Glycogénolyse | Dégradation du glycogène en glucose, processus crucial pour maintenir la glycémie pendant le jeûne ou l'exercice. | | Néoglucogenèse | Synthèse de glucose à partir de précurseurs non glucidiques (comme le lactate, le glycérol, certains acides aminés), se produisant principalement dans le foie lorsque les réserves de glycogène sont épuisées. | | Cétogenèse | Production de corps cétoniques par le foie à partir de l'acétyl-CoA, surtout lors de jeûne prolongé ou de diabète non contrôlé, servant de source d'énergie alternative au cerveau. | | Corps cétoniques | Molécules (acétoacétate, D-β-hydroxybutyrate, acétone) produites par le foie à partir de la dégradation des acides gras, servant de source d'énergie secondaire pour le cerveau et d'autres tissus. | | Diffusion | Mouvement net de molécules d'une région de concentration élevée vers une région de concentration faible, jusqu'à ce que la concentration soit uniforme. | | Osmose | Mouvement de l'eau à travers une membrane semi-perméable, allant d'une zone de faible concentration de solutés (plus d'eau) vers une zone de forte concentration de solutés (moins d'eau), dans le but d'équilibrer les concentrations. | | Pression osmotique | Pression qu'il faudrait exercer pour empêcher le flux d'eau à travers une membrane semi-perméable vers une solution. Elle est fonction de la concentration totale des particules de soluté. | | Isotonique | Se dit de deux solutions ayant la même pression osmotique. Aucune différence nette de mouvement d'eau ne se produit entre elles à travers une membrane semi-perméable. | | Hypertonique | Se dit d'une solution qui a une pression osmotique plus élevée qu'une autre solution de référence. L'eau sortira de la solution hypotonique vers la solution hypertonique. | | Hypotonique | Se dit d'une solution qui a une pression osmotique plus faible qu'une autre solution de référence. L'eau entrera de la solution hypotonique dans la solution hypertonique. | | Pression hydrostatique | Pression exercée par un liquide sur son contenant, due au poids de la colonne de liquide. | | Pression oncotique (pression colloïdo-osmotique) | Pression osmotique exercée par les protéines plasmatiques dans les capillaires sanguins, qui tend à attirer l'eau dans les vaisseaux sanguins. | | Équilibre acido-basique | Maintien du pH des liquides corporels dans une fourchette étroite et physiologiquement compatible, grâce à l'action des systèmes tampons, des poumons et des reins. | | Tampon (système tampon) | Solution qui résiste aux changements de pH lors de l'ajout d'acides ou de bases. Elle est généralement composée d'un acide faible et de sa base conjuguée, ou d'une base faible et de son acide conjugué. | | Acidose | Condition caractérisée par un pH sanguin inférieur à la normale (généralement < 7,35), résultant d'une accumulation d'acides ou d'une perte de bases. | | Alcalose | Condition caractérisée par un pH sanguin supérieur à la normale (généralement > 7,45), résultant d'une perte d'acides ou d'une accumulation de bases. | | PaCO2 (Pression artérielle de CO2) | Mesure de la concentration de dioxyde de carbone dans le sang artériel, reflet de la fonction respiratoire. | | Bicarbonate ([HCO3-]) | Anion principal du système tampon bicarbonate/acide carbonique, jouant un rôle crucial dans la régulation de l'équilibre acido-basique sanguin. | | Mitochondrie | Organite cellulaire responsable de la production d'ATP par phosphorylation oxydative lors de la respiration cellulaire aérobie. | | Cytosol | Substance gélatineuse remplissant la cellule, à l'exception du noyau. C'est là que se déroule la glycolyse. | | Membrane plasmique | Fine couche lipidique et protéique qui entoure la cellule, régulant les échanges entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. | | Gradient de concentration | Différence de concentration d'une substance entre deux régions, qui tend à entraîner un mouvement de cette substance de la région de haute concentration vers celle de basse concentration. |