Cahier d’apprentissage Module 1 Introductionnadcou.cegep-rdl.qc.ca/biogen/notes/mod1.pdf · 2009-01-19 · Biologie générale II Cahier d’apprentissage 2 L'organisation biologique

Cégep de Rivière-du-Loup

Programme Sciences de la nature 200.BO

Cahier d’apprentissage Module 1 Introduction

BIOLOGIE GÉNÉRALE II 101 – FJA -04

(2 -2 -2)

Hiver 2008 Nadine Coulombe Local : C-132 Téléphone : 860-6903 poste 2356 Courriel : [email protected] Disponibilité : Voir Omnivox

Biologie générale II Cahier d’apprentissage 1

MODULE 1 Introduction

Module 1 : INTRODUCTION Durée : 2hrs Objectif intermédiaire : Analyser les relations structures – fonctions à la base de

l’organisation pluricellulaire Objectifs

d’apprentissage Contenu Activités pédagogiques Évaluation

formative • Expliquer l’organisation

biologique Hiérarchie des niveaux d’organisation (Atomes, molécules, organites, cellules, organes, systèmes d'organes, etc.)

Exercice

Schématisation des niveaux d’organisation

• Décrire le niveau d’organisation chimique à la base du vivant

Atomes, molécules, liaisons chimiques, composés inorganiques, organiques, bases azotées, glucides, lipides et protéines.

Quiz, lecture Quiz sur le niveau chimique

Référence : Biologie-Neil A. Campbell, pages: 1 à 4

1.1 NIVEAUX D’ORGANISATION :

La vie ne se réduit pas à une simple définition, car elle est associée à l'apparition de très nombreuses propriétés. Pourtant, n'importe quel enfant conçoit qu'un chien, un insecte ou un arbre sont vivants, et qu'un caillou ne l'est pas. Nous pouvons reconnaître la vie sans la définir, et nous la reconnaissons par les actions des �êtres vivants. Pour étudier les êtres vivants, il faut découvrir les divers niveaux de l'organisation biologique, depuis l'architecture moléculaire jusqu'à la structure de la biosphère.

Les êtres vivants se caractérisent par leur très grande organisation. Vous pouvez vous

en rendre compte en observant le réseau complexe des nervures d'une feuille ou les motifs colorés qui ornent le plumage d'un oiseau. En examinant minutieusement une nervure de feuille ou une plume d'Oiseau à l'aide d'un microscope, vous découvririez que l'organisation biologique existe aussi au-delà du visible.


L'organisation biologique repose sur une hiérarchie de niveaux structuraux, chacun

des niveaux s'édifiant à partir du niveau inférieur. : Ce sont les unités structurales chimiques de la matière : L’agencement du niveau précédent forme ces éléments

biologiques complexes, comme les protéines : Formation, à partir du niveau précédent de ces

structures fonctionnelles minuscules comme une mitochondrie. : L’assemblage du niveau précédent permet de former

l’unité de base de la vie, exemple un neurone, une bactérie, ...

*Il est important de noter que les niveaux d’organisation structurale se terminent ici pour les organismes qui sont unicellulaires. Cependant, d'autres, comme les végétaux et les animaux, se composent de nombreuses catégories de cellules spécialisées, il existe donc pour eux d’autres niveaux d’organisation.

: Dans les organismes pluricellulaires, les éléments du

niveau précédent ayant des fonctions semblables se regroupent pour former ce niveau. Il en existe plusieurs types épithélial, conjonctif, …

: Les arrangements particuliers de différentes

catégories du niveau précédent forment ce niveau structural, par exemple le cerveau : Les éléments du niveau précédent sont regroupés et

accomplissent une même fonction dans un organismes. : Ce niveau représente l'ensemble de tous les niveaux

précédents. Ceux-ci travaillent en synergie afin d'assurer le maintien de la vie chez les organismes pluricellulaires.


Par exemple, les influx nerveux qui coordonnent vos mouvements sont transmis le long de cellules spécialisées appelées neurones. Le tissu nerveux de votre cerveau se compose de milliards de neurones organisés en un réseau de communication d'une complexité impressionnante. Le cerveau, cependant, ne comprend pas seulement du tissu nerveux. Il renferme un grand nombre de tissus différents, dont une variété appelée tissu conjonctif, la névroglie, qui forme son enveloppe protectrice. Le cerveau fait lui-même partie du système nerveux, tout comme la moelle épinière et les nombreux nerfs qui transmettent les messages entre cellules et les autres parties du corps. Outre le système nerveux, il existe plusieurs autres systèmes caractéristiques de l'espèce humaine et d'autres formes animales complexes. La figure (1.2) page 3 présente un autre exemple de ces niveaux d’organisation.

Faire un schéma de la hiérarchie des niveaux structuraux, du niveau inférieur au niveau supérieur en situant les organismes unicellulaire et pluricellulaire aux bons endroits.


Dans la hiérarchie de l'organisation biologique, il y a des niveaux supérieurs à celui de

l'organisme. : Un groupe d'organismes appartenant à la même espèce,

dans une région et à un moment déterminé. : Les divers éléments du niveau précédent vivant

ensemble forment ce niveau. : Ce niveau est en fait les interactions du niveau

précédent, auxquelles participent les composantes non vivantes du milieu, comme le sol, la lumière et l'eau.

: Un ensemble des éléments variés du niveau précédent,

dispersés sur une vaste étendue géographique, constitue ce niveau qui présente des conditions climatiques uniformes qui déterminent un type dominant de végétation.

: Finalement, le dernier niveau englobe tous les milieux o�

on retrouve de la vie; c'est-à-dire l'eau ainsi qu'une fraction du sol et l'air environnant la planète.

À chaque niveau de l'organisation biologique, apparaissent de nouvelles propriétés qui

n'existaient pas au niveau précédent. Ce phénomène appelé émergence résulte des interactions entre les composantes. Ainsi, une molécule possède des propriétés qu'aucun des atomes qui la composent ne présente, et une cellule est beaucoup plus qu'un simple paquet de molécules.

Exemple: atome H : propriétés atome O : propriétés molécule H2O : nouvelles propriétés molécule radical OH : nouvelles propriétés

De même, lorsqu'un traumatisme crânien perturbe l'organisation compliquée du

cerveau humain, le cerveau cesse de fonctionner correctement même si toutes ses parties sont encore présentes. Autrement dit, un organisme représente une entité plus grande que la somme de ses parties.


À première vue, le thème de l'émergence semble soutenir la théorie appelée vitalisme,

suivant laquelle la vie tient d'un phénomène surnaturel qui dépasse les lois de la physique et de la chimie. En réalité, l'apparition de nouvelles propriétés met simplement en évidence l'importance de l'organisation structurale. Dans le monde inanimé, un changement dans la structure d'une substance confère également de nouvelles propriétés à la nouvelle substance. Le diamant et le graphite, par exemple, possèdent des propriétés différentes parce que leurs atomes de carbone présentent un arrangement différent. Les phénomènes vitaux ne s'expliquent donc pas par une «force vitale» mystérieuse mais par des principes physico-chimiques appliqués aux êtres vivants. L'apparition de nouvelles propriétés ne fait que refléter la nature hiérarchique de l'organisation structurale des êtres vivants, sans équivalent chez les objets inanimés.

Quand ils s'efforcent de comprendre des processus biologiques, les scientifiques font

face à un dilemme, car les propriétés des êtres vivants émergent d'une organisation complexe. La première facette de ce dilemme réside dans le fait qu'on ne peut pas expliquer totalement un niveau d'organisation supérieur en le réduisant à ses parties. Aussi, un animal disséqué n'est plus fonctionnel, et une cellule démantelée en constituants chimiques n'a plus rien d'une cellule. L'autre facette du dilemme, c'est qu'il est vain d'essayer d'analyser une chose aussi complexe qu'un organisme ou une cellule sans les démanteler. Le réductionnisme, c'est-à-dire la fragmentation de systèmes complexes en des composantes plus simples et plus faciles à manipuler pour les étudier, constitue une stratégie efficace en biologie. Par exemple, c'est en étudiant la structure moléculaire d'une substance extraite de cellules, l'ADN, que James Watson et Francis Crick ont pu déduire, en 1953, de quelle fa �con cette molécule pouvait servir de base chimique à l'hérédité. Cependant, le rôle principal de l'ADN s'est clarifié seulement quand on a pu étudier ses interactions avec d'autres substances dans la cellule. La biologie apporte un contrepoids au réductionnisme pragmatique, car son objectif à long terme consiste à comprendre l'intégration fonctionnelle des différentes parties de la cellule et de l'être vivant.


1.2 CORRÉLATION ENTRE LA STRUCTURE ET LA FONCTION: Structure et fonction vont de pair. Appliqué à la biologie, ce thème aide à

comprendre la structure de la vie à tous ses niveaux, depuis la molécule jusqu'à l'organisme entier. L'analyse d'une structure biologique nous révèle des indices sur sa fonction et son mécanisme, vice-versa.

La forme aérodynamique de l'aile d'un oiseau illustre bien cette relation structure

- fonction. Sous ses contours, l'oiseau possède un squelette dont les caractéristiques structurales lui permettent de voler, ses os à structure lacunaire offrent résistance et légèreté. Pour illustrer ce rapport structure - fonction, au plan cellulaire cette fois, prenons l'exemple des neurones qui commandent les muscles sollicités pour le vol. Ce sont les longs prolongements des neurones qui transmettent aux muscles les influx nerveux et qui rendent ces cellules particulièrement bien adaptées à la communication. En guise d'exemple d'anatomie fonctionnelle au niveau intracellulaire, maintenant, examinons les mitochondries, organites typiques des eucaryotes. Les mitochondries constituent les centres de la respiration aérobie, ce processus chimique qui utilise l'oxygène pour capter l'énergie emmagasinée dans le sucre et les autres nutriments. La mitochondrie est entourée d'une membrane externe, mais elle possède également une membrane interne comportant de nombreux replis. Les molécules enchâssées dans la membrane interne accomplissent plusieurs des étapes de la respiration aérobie; les replis augmentent la surface d'échange et permettent d'affecter un plus grand nombre de molécules au processus.


Résumé: L'étude des êtres vivants:

• doit tenir compte des niveaux de l'organisation biologique de la molécule à la biosphère.

• cette organisation repose sur une hiérarchie de niveaux structuraux qui vont du

niveau inférieur à supérieur: • chaque niveau de l'organisation biologique est caractérisé par de nouvelles

propriétés qui émergent des interactions entre les composantes, c’est l’ÉMERGENCE

• l’émergence de nouvelles propriétés dépend de l'organisation structurale (exemple:

diamant et graphite (carbone)) • pour mieux comprendre la structure de la vie à tous les niveaux, il est

indispensable de prendre conscience de la corrélation entre la structure et la fonction;


Exercice formatif:

1-Quelle caractéristique permet de reconnaître la manifestation de la vie?

2-Quelle est la principale caractéristique de l'organisation biologique?

3-Nommez, dans l'ordre, les niveaux structuraux de l'organisation biologique et donnez,

pour chacun de ces niveaux, un exemple?

4-Expliquez ce qu'est l'émergence et donnez-en un exemple?

5-ƒtablissez un rapport entre l'émergence et l'organisation structurale ?

6-Expliquez le lien qui existe entre la structure et la fonction?

7-Donnez et expliquez un exemple d'une corrélation entre la structure et la fonction?


1.3 LE NIVEAU CHIMIQUE 1.3.1 Les substances chimiques et la vie

La vie résulte de l'effet cumulatif des interactions entre les nombreuses substances chimiques qui constituent les cellules d'un organisme. La vie naît de l'organisation intégrée de l'organisme entier. L'analyse chimique qualitative des organismes vivants montre qu'ils sont constitués des éléments du milieu abiotique. Cependant, cette analyse n'a qu'une valeur limitée, parce que ce sont surtout les composés formés à partir de ces éléments qui auront une valeur vraiment significative. (pages 27 –29)

On distingue 25 des 92 éléments naturels qui sont essentiels à la vie. Toutefois, quatre de ces 25 éléments, soit le carbone (C), l'oxygène (O), l'hydrogène (H) et l'azote (N), représentent à eux seuls 96% de la composition de la matière vivante. Le phosphore (P), le soufre (S), le calcium (Ca), le potassium (K) et quelques autres éléments constituent quant à eux presque tout le reste de la matière d'un organisme (4%). (Consulter le tableau 2.1 de la page 29 pour les détails). 1.3.2 Lois chimiques et matière vivante

Quelle est la différence entre un élément et un composé ?

Complétez le tableau suivant en vous référant aux pages 29 à 31

Atome Isotope Radio-isotope Définition et composition

Particularités Numéro atomique Masse atomique

Exemple


Pour former des composés les atomes doivent se lier de différentes façons. Une

liaison chimique c’est une interaction entre des éléments pour former un composé. Complétez le tableau suivant en vous référant aux pages 34 à 40

Types de liaison

Ionique Covalente polaire Covalente polaire Hydrogène

Définition

Particularités

Force

Exemple

1.3.3 La singularité vitale de l'eau

Les molécules d'eau sont attirées les unes vers les autres, créant des liaisons hydrogène.

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/proprie/2laMol.html

Ces liaisons déterminent les propriétés physique et chimique de l'eau: - Pouvoir de cohésion (cohésion, adhérence et tension superficielle)

Les molécules d'eau adhèrent l'une à l'autre et à de nombreuses autres substances dont le verre, le coton, les plantes et les sols. C'est ce qu'on qualifie de phénomène d'adhérence. Dans un mince tube de verre, par exemple, lorsque les molécules près du rebord se rapprochent des molécules de verre et y adhèrent, elles entraînent avec elles d'autres molécules d'eau. En retour, la surface de l'eau attire l'eau à un nouveau niveau jusqu'à ce que le mouvement


descendant de la force de la gravité soit trop fort pour y résister. Ce processus a pour nom l'ascension capillaire. L'eau imbibe facilement de nombreux tissus. C'est grâce à l'ascension capillaire qu'une serviette de papier ou une éponge sert à essuyer de l'eau renversée. Sans cette propriété, les éléments nutritifs indispensables aux plantes et aux arbres demeureraient dans le sol.

La tension superficielle est une mesure de la force du film de la surface de l'eau. Cependant, les molécules d'eau sont liées entre elles, créant un film très fort dont la tension est supérieure à celle de tout autre liquide, sauf le mercure. La tension superficielle permet à l'eau d'adhérer à d'autres substances plus lourdes et plus denses qu'elle. Une aiguille d'acier pourra flotter si on la pose délicatement sur la surface de l'eau d'un verre. Certains insectes aquatiques comme l'araignée d'eau se fient à la tension superficielle pour se déplacer à la surface de l'eau. La tension superficielle est essentielle au transfert de l'énergie éolienne à l'eau pour créer des vagues. Celles-ci sont à leur tour nécessaires car elles permettent de diffuser rapidement de l'oxygène dans l'eau des lacs et des mers.

- Chaleur spécifique élevée (réservoir thermique, température et chaleur) La chaleur spécifique est le nombre de joules requis pour élever de 1ºC la température de 1 gramme de cette substance. En comparaison avec la plupart des autres substances, l'eau possède une chaleur spécifique très élevée (4.184J/g/ºC pour 2.51J/g/ºC pour l'éthanol). La chaleur spécifique élevée de l'eau résulte des liens H. En effet, pour que les liens H se brisent, il y a absorption de chaleur et il se produit un dégagement de chaleur lorsque les liens H se forment. Lorsque la température de l'eau baisse légèrement, beaucoup d'autres liens H se forment, libérant une quantité énorme d'énergie sous forme de chaleur. Par cette propriété, l'eau stabilise la température. Le climat varie moins lorsque l'eau absorbe une certaine quantité de chaleur. Ainsi une grande étendue d'eau peut absorber une énorme quantité de chaleur solaire durant le jour et l'été. L'eau qui se refroidit graduellement la nuit et l'hiver réchauffe l'air grâce à la chaleur absorbée le jour et l'été. La chaleur spécifique élevée de l'eau explique aussi la grande stabilité de la température des océans (favorable pour la vie marine). C'est aussi pour cette raison qu’on utilise si fréquemment l'eau comme agent de refroidissement et de transfert de la chaleur au cours de procédés chimiques ou thermiques.


- chaleur de vaporisation élevée (passage de l'état liquide à l'état gazeux)

La chaleur de vaporisation est la quantité de chaleur que 1 gramme de liquide doit absorber à température constante pour passer de l'état liquide à l'état gazeux. En comparaison avec la plupart des autres liquides, l'eau possède une chaleur de vaporisation élevée. Elle résulte des liens H qui retiennent les molécules et rendent leur sortie de l'état liquide plus difficile. Il faut une quantité importante de chaleur pour que l'eau se vaporise car les liens H doivent se briser. La chaleur de vaporisation élevée de l'eau contribue à tempérer le climat. Le refroidissement de l'eau par vaporisation contribue à la stabilité de la température dans les lacs et les étangs, empêche la surchauffe des organismes terrestres. Le refroidissement d'un liquide par vaporisation se produit parce que les molécules possédant l'énergie cinétique la plus grande (les plus "chaudes") sont les premières à s'échapper sous forme de gaz. Donc la surface du liquide résiduel refroidit. Par exemple, la vaporisation de l'eau des feuilles d'une plante empêche les tissus des feuilles de devenir trop chauds au soleil. De même lors d'un exercice intense, la vaporisation de la sueur se trouvant sur notre peau refroidit la surface de notre corps et aide à prévenir de l'hyperthermie.

- dilatation quand elle gèle (flottabilité de la glace est propre à la vie)

L'eau est une des rares substances qui possèdent une masse volumique plus élevée à l'état liquide que solide. Donc la glace flotte. Alors que les autres substances se contractent en se solidifiant, l'eau se dilate. Ce comportement résulte encore une fois des liens H. Au-dessus de 4ºC, l'eau se comporte comme les autres liquides: elle se dilate lorsqu'elle se réchauffe et se contracte quand elle refroidit. Lorsque la température atteint 0ºC, l'eau forme un réseau cristallin, chaque molécule d'eau demeurant liée à ses voisines. Les liens H gardent les molécules assez éloignées les unes des autres; de cette façon, la masse volumique de la glace est inférieure d'environ 10% à celle de l'eau liquide à 4ºC. Lorsque la glace absorbe assez de chaleur pour que sa température passe au dessus de 0ºC, les liens H entre les molécules se brisent. Alors que le cristal s'affaisse, la glace fond et les molécules se rapprochent les unes des autres. L'eau atteint sa masse volumique maximale à 4ºC et commence à se dilater. La flottabilité de la glace contribue grandement à rendre l'environnement propice à la vie. Lorsqu'une étendue d'eau profonde refroidit, la glace qui flotte isole l'eau liquide au-dessous. En empêchant celle-ci de geler, la glace favorise l'existence de la vie sous la surface. La congélation de l'eau et la fonte de la glace aident


également à rendre les changements de saisons moins brusques; les organismes peuvent ainsi s'adapter graduellement au changement de climat. Comme cela a déjà été dit précédemment, l'eau libère de la chaleur dès que les liens H se forment et absorbe cette énergie dès que les liens H se brisent. Lorsque l'eau se solidifie en glace ou en neige, la chaleur dégagée réchauffe l'air à mesure que les liens H assemblent les molécules en réseau cristallin. Cela contribue à réchauffer partiellement les températures automnales, ralentissant l'arrivée de la saison froide. Au cours du dégel printanier, la glace absorbe la chaleur qui rompt les liens H, ralentissant cette fois l'arrivée de la saison chaude.

- un solvant incomparable (substance hydrophile et hydrophobe)

La propriété la plus remarquable de l'eau est son aptitude à dissoudre d'autres substances. Il n'existe à peu près aucune substance connue qui n'ait été identifiée en solution dans les eaux de la planète. C'est cette propriété de dissolution qui rend la vie possible sur terre; l'eau véhicule les éléments nutritifs indispensables aux animaux et aux plantes. En tombant, une goutte de pluie dissout des gaz atmosphériques. Les précipitations ont donc une incidence sur la qualité des terres, des lacs et des cours d'eau.

Les solutions aqueuses ont des propriétés différentes mais importantes (lire pages 49

à 52), les acides, les bases et les solutions tampons Référence Campbell, pages 43 à 48

http://w3.umh.ac.be/chimie/docs/studs03‐04/EVanhelleputte/page2.html http://www.ec.gc.ca/WATER/fr/nature/prop/f_prop.htm

1.3.4 Les composés organiques

Le carbone a joué un rôle déterminant dans l'évolution de la vie sur Terre par sa capacité à former des molécules volumineuses, complexes et variées. Les protéines, l'ADN, les glucides et les autres molécules qui caractérisent la matière vivante contiennent tous des atomes de carbone. (Biologie, Neil A. Campbell, pages 53-61) Les substances qui contiennent du carbone s'appellent, composés organiques (carbone tétravalent ramifié). (Référence aux pages 55 à 62 et au cours de Chimie organique)


1.3.5 Les macromolécules

Les macromolécules sont élaborées à partir de molécules organiques qui se lient pour former des chaînes appelées polymères. Un polymère est une grosse molécule constituée d'un grand nombre d'unités structurales de base identiques ou semblables qui sont rattachées le long d'une chaîne pouvant se déployer de différentes façons dans l'espace. Les molécules organiques ou groupes de molécules organiques qui servent d'unités structurales de base s'appellent monomères. (Lire les pages 65 à 88)

Les glucides comprennent les monosaccharides (1 monomère), les disaccharides (2

monomères) et les polysaccharides (plusieurs monomères = polymères).

- On classe les monosaccharides selon la longueur de leur chaîne carbonée (voir

figures 5.3, page 67), les trioses (3 C), les pentoses (5 C), les hexoses (6 C), … Les hexoses sont le groupe de monosaccharides qui comprend le glucose et ses isomères qui sont le fructose et le galactose.

- Les disaccharides sont en fait composé de deux monosaccharides unis par une liaison covalente (liaison glycosidique) par exemple (voir figure 5.5 page 69). Deux molécules de glucose unies par une liaison covalente forme le maltose. Le lactose est formé par l’union d’un glucose et d’un galactose. Le sucre le plus répandu, le sucre granulé ou saccharose est formé par la liaison d’une molécule de glucose et d’une molécule de fructose

- Les polysaccharides sont des polymères résultants de la condensation de quelques centaines à quelques milliers de monosaccharides. Il existe des polysaccharides de réserve et des polysaccharides structuraux.

Types Caractéristiques Végétal Animal Réserve Nom

Constitution

Particularités

Nom Constitution

Structural

Particularité


Les lipides sont des composés chimiquement hétérogènes ayant en commun une caractéristique qui est leur peu d'affinité pour l'eau. Le comportement hydrophobe des lipides repose sur leur structure moléculaire parce qui renferme surtout des liaisons non polaires carbone - hydrogène. Les lipides sont regroupés dans trois familles (voir pages 70 -74).

- Les graisses sont formées d'une molécule de glycérol lié avec 3 acides gras de taille variable mais plus volumineuse que le glycérol (voir figure 5.10 page 72). Le glycérol est un alcool à 3 atomes de carbone dont chacun porte un groupement hydroxyle. L'acide gras est fait d'une chaîne carbonée plus ou moins longue. La tête avec un groupement carboxyle polaire, le glycérol et la queue de carbone et d'hydrogène (CH) non polaire, l’acide gras. Cette constitution explique l'insolubilité des graisses dans l'eau (Exemple: une vinaigrette). La graisse formée par la liaison du glycérol et 3 acide gras se nomme aussi le triacylglycérol (voir figure 5.10 b page 72). Les acides gras liés au glycérol peuvent être saturé ou insaturé. • Les graisses animales sont composées d’acides gras saturés, c’est-à-dire qu’il

ne présente aucune double liaison. Ces graisses sont solides à la température de la pièce (voir figure 5.11 page 73). Ce sont c’est gras qui peuvent être responsable d’une maladie cardio-vasculaire, l’athérosclérose.

• Les graisses végétales (huiles) sont composées acides gras insaturés, c’est-à-dire qu’il présente des doubles liaisons. Ces graisses sont liquides à la température de la pièce parce que les angles formés par les doubles liaisons empêchent les molécules de s'agglomérer (voir figure 5.11 b page 73).

La fonction principale des graisses est d'emmagasiner l'énergie (réserve d'énergie plus compacte) car un gramme de graisse contient 2 fois plus d'énergie qu'un gramme de glucide comme l'amidon. Les graisses jouent donc un rôle important dans la protection des organes et comme isolation thermique.

- Les phosphoglycérolipides ou phospholipides ressemblent beaucoup aux graisses

mais au lieu de posséder 3 acides gras, ils n'en possèdent que 2. Ils possèdent une queue hydrophobe et une tête hydrophile. Ce sont les constituants principaux des membranes cellulaires. Un exemple de phosphogycérolipides, le phosphatidylcholine est aussi appelé lécithine (voir figure 5.12 page 74).

- Les stéroïdes sont des lipides caractérisés par un squelette carboné formé de 4

cycles accolés et les groupements fonctionnels attachés à cet ensemble de cycles varient d'un type de stéroïde à l'autre (voir figure 5.14 page 74). Un des stéroïdes important est le cholestérol. C’est un des constituants des membranes cellulaires et un précurseur de plusieurs autres stéroïdes comme les hormones sexuelles.


Les protéines constituent 50% du poids sec des cellules et présentent plusieurs fonctions (voir pages 74 à 83, voir tableau 5.1 page 76), soutien, mise en réserve, transport, régulation hormonale, réception de substances, mouvement immunité et catalyse. Ce sont les molécules les plus complexes, des polymères d'acides aminés (monomères). Elles sont constituées d'acides aminés, un groupement carboxyle avec un groupement amine (voir

figure 75). Il existe 20 types d'acides aminés (voir figure 5.15 page 76). Pour former des polypeptides et des protéines, il y a condensation, liaison covalente appelée liaison peptidique entre les acides aminés. Les protéines possèdent une conformation tridimensionnelle. La fonction d'une protéine repose sur sa conformation unique et sur sa capacité de reconnaître une autre molécule et de s'y lier (clé vs serrure)

Il existe quatre niveaux d'organisation structurale chez les protéines (fig 5.24 p.82).

- La structure primaire (voir figure 5.18 page 78) c’est la séquence, la suite des acides aminés qui forment la protéine. La structure primaire modifiée de l’hémoglobine peut rendre l’hématie ou globule rouge défectueux, on le nomme alors globule rouge falciforme (voir figure 5.19 page 79).

- La structure secondaire est représentée par des replis et des enroulements dans la chaîne polypeptidique (voir figure 5.20 page 79). Ces replis et enroulements sont attribuables à des liaisons hydrogènes soit l’hélice alpha (α) ou le feuillet plissé bêta (β) qui est en fait un plissement en accordéon.

- La structure tertiaire correspond à l'ensemble des contorsions irrégulières dues aux liaisons entre les chaînes latérales (voir figure 5.22 page 80). La structure tertiaire est en réponse à l'effet hydrophobe (acides aminés non polaires). Les liaisons rencontrées dans cette structure sont covalentes, des ponts disulfures et ioniques

- La structure quaternaire est composée de 2 ou plusieurs chaînes polypeptidiques appelées sous-unités (voir figure 5.23 page 81). La structure quaternaire correspond à l'interaction entre les sous-unités.

L'action de divers facteurs peut faire se dérouler une protéine et faire perdre ainsi

sa conformation à la protéine, la protéine est alors dénaturée. Les principaux facteurs sont le pH, la concentration en sels, la température et les substances chimiques diverses. Ces facteurs brisent les liaisons hydrogènes, ioniques et les ponts disulfures. La chaleur, quant à elle, agite les chaînes polypeptidiques de façon à déstabiliser la conformation. Une protéine dénaturée est biologiquement inactive. Cependant, une protéine dénaturée, mais non coagulée, reste dissoute et peut reprendre sa forme originale lorsqu'on la replace dans son environnement normal (voir figure 5.25 page 83). La conformation d’une protéine est déterminée parla séquence des acides aminés c'est-à-dire les endroits o� se formeront les hélices alpha, des feuillets plissés bêta, des ponts disulfures et ainsi de suite


Les acides nucléiques se présentent sous deux types, l’ADN (acide

désoxyribonucléique) et l’ARN (acide ribonucléique) (voir pages 83 -88). L'ADN est le matériel héréditaire que les organismes se transmettent au fil des générations. L'ARN sert d'intermédiaire dans la circulation de l'information génétique de l'ADN aux protéines. Les acides nucléiques sont des polymères formés de monomères, les nucléotides. Chaque nucléotide est formé d’un pentose (ribose ou désoxyribose), un des base azotée, pyrimidine (cytosine, thymine ou uracile) ou purine (adénine, guanine) et un groupement phosphate (voir figure 5.29 page 86).

L’ADN et les protéines sont des reflets de l'évolution (voir pages 87 et 88). Deux espèces

très apparentées présentent (ADN et leurs protéines) de plus grandes similitudes que deux espèces moins apparentées (voir tableau 5.2 page 88).

N.B.: Il faudrait consulter vos notes du cours évolution et Diversité du vivant pour de plus amples

informations sur les acides nucléiques et la synthèse des protéines.


Exercice formatif:

1- Précisez l'utilité en biologie, des isotopes radioactifs?

2- Nommez et expliquez, à l'aide d'exemples, les 3 grands types de réactions

chimiques?

3- Expliquez, à l'aide d'exemples, les liens covalents, ioniques et hydrogènes?

4- Caractérisez, par rapport à leur force, les liens covalents, ioniques et hydrogènes?

5- Expliquez l'origine de la polarité et de l'asymétrie chez la molécule d'eau?

6- Démontrez l'importance que confère à la molécule d'eau sa polarité?

7- Définissez polymères ?

8- Nommez les principaux monosaccharides, précisez leur composition chimique

respective et donnez leurs principaux rôles ?


9- Nommez les principaux disaccharides, précisez leur composition chimique respective

et donnez leurs principaux rôles?

10- Nommez les principaux polysaccharides, précisez leur composition chimique

respective et donnez leurs principaux rôles?

11- Nommez les principaux groupes ou classes de lipides?

12- Donnez la composition chimique générale des principaux groupes de lipides?

13- Énumérez et expliquez les principales caractéristiques des acides gras?

14- Expliquez le mode d'action des savons et des sels biliaires sur les lipides?

15- Nommez et expliquez les principaux rôles joués par les différentes classes ou

groupes de lipides?

16- Démontrez le rôle des protéines chez les êtres vivants?


17- Donnez la composition chimique des protéines?

18- Expliquez les 4 structures des protéines?

19- Donnez et expliquez la structure de l'ADN et de l'ARN?

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