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Biochimie
Carl Neuberg 1903
Object Vivant ?????
•Les organismes vivants sont composés de matériaux
semblables, bien qu'ils puissent différer dans leur forme et
dans leur fonction. Il s'agit d'éléments chimiques qui
réagissent entre eux pour donner naissance aux structures
physiques caractéristiques de la matière vivante.
Cells
Organs and organ systems
Tissues Molecules
Organelles
50 µm
10 µm
1 µm
Cell
Atomes
Polypeptides
Polynucléotides
Polysaccharides
Lipides
Macromolécules
•Il est nécessaire d’étudier le vivant en partant des
structures les plus simples afin de voir comment ils se
combinent pour former des structures plus complexes.
ÉLÉMENTS CHIMIQUES ET ATOMES
hiérarchie des niveaux d'organisation de la matière vivante
Élément : substance impossible à décomposer en d'autres substance
plus simple au cours de réactions chimiques. = matériel de base.
Les éléments chimiques jouent un rôle très important dans
l'organisme car ils entrent dans la composition de nombreuses
molécules indispensables à la vie.
Importance biologique des atomes.
Prenons l'exemple du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène, de
l'azote, du calcium, du phosphore, du sodium, pour citer que ceux-là.
Élément Symbole fonctions biologiques particulières
Carbone C sucres, lipides, protéines
Hydrogène H eau, molécules organiques
Oxygène O eau, molécules organiques et inorganiques, respiration cellulaire
Azote N composant des acides aminés, des protéines et des acides nucléiques
Calcium Ca composant des dents et de l'os, permet la contraction musculaire
Phosphore P composant des dents, de l'os et de molécules énergétiques (ATP)
Sodium Na cation extracellulaire, équilibre en eau, conduction nerveuse
Souffre S protéines
Les éléments naturels du corps humain sont représentés en proportion variable.
CHNO = 96% de la matière vivante
Au niveau des macromolécules c’est C qui est le plus important
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H 9 1 0 ,2 2 6 6 6 3
N 0 ,0 4 2 3 4 ,6 1,4
O 0 ,0 57 4 7 3 3 2 5,5
C 0 ,0 2 1 0 ,19 0 ,0 0 14 9 ,5
C a 3 ,5 0 ,0 0 6 0 ,3 1
P 0 ,2 2
C l 0 ,3 3 0 ,0 3
K 2 ,5 0 ,0 0 6 0 ,0 6
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N a 2 ,5 0 ,2 8 0 ,0 3
M g 0 ,0 0 2 2 ,2 0 ,0 3 3 0 ,0 1
He 9 ,1
Si 0 ,0 0 3 2 8
N e 0 ,0 0 3
Fe 0 ,0 0 2 4 ,5
A l 7,9
univers Terre mer humain
Au cours de l’évolution on a une sélection chimique
Les radiations UV venant du soleil (la source d'énergie principale) brisent les molécules
simples de l'atmosphère primitive et libèrent des radicaux très réactifs qui rapidement se
combinent pour former des molécules plus grosses, plus complexes et plus lourdes. On peut
aussi considérer que les décharges électriques que sont les éclairs, ainsi que les volcans, ont
fourni une source énergétique additionnelle. Avec la condensation des vapeurs d'eau qui
forme des nuages dans la haute atmosphère puis qui retombent en pluie, toutes ces
nouvelles molécules tombent à la surface de la planète, dans les nouveaux océans. Ces
nouvelles molécules, sont des molécules composées de C-H-O-N (carbone-hydrogène-
oxygène-azote), des molécules qu'on dit organiques. C'est le bouillon primitif, la soupe
primitive. C'est dans cette soupe primitive que les molécules organiques auraient
progresssivement évolué vers les molécules vivantes.
Stanley Miller, 1950
Les interactions
Allure générale des interactions
dans la matière
macromolécule
s
électron
s
noyaux
molécule
s
ions
Atomes
Distance
entre entités
Distance
d’équilibre
Répulsion
Attraction
Énergie potentielle
MOLÉCULES ET COMPOSES MOLÉCULAIRES
Définitions:
Les atomes se lient entre eux pour former des molécules. Ces atomes peuvent
être identiques...
O + O -->O2
- ou être différents : dans ce cas ils forment des composés.
O + C + O -->CO2 ( le gaz carbonique)
Liaisons chimiques:
Les atomes ayant leur couche externe saturée à 8 électrons ne réagissent pas
avec un autre atome, alors que ceux dont la couche externe a moins de 8
électrons peuvent réagir avec les autres atomes (NB: tenir compte du cas
particulier de l'hydrogène).
D'où la règle de l'octet: Les atomes ayant plus d'une couche ont tendance à
réagir avec d'autres atomes pour combler leur couche externe à 8 électrons. Ce
qui leur permet d'atteindre un état stable.
Remarque : l'atome d'hydrogène a une seule couche électronique (n=1) qui porte
un électron. Parfois cet atome peut perdre cet électron et il ne lui restera qu'un
proton. Il devient un proton (H+) car l'atome d'hydrogène n'a pas de neutron.
La stabilité d'un atome est atteinte quand les couches > 1 sont saturées à 8
électrons.
Il est important de savoir que c'est le nombre d'électrons sur la couche la plus
externe qui détermine les propriétés chimiques des éléments. Ce qui a permis de
les classer.
Notez que la première couche d'électron se comble à 2 électron. c'est le nombre
d'électrons libres dans la couche externe qui détermine la valence d'un atome.
liaisons covalentes : il y a liaison covalente quand deux atomes
partagent certain(s) de leurs électrons. Ils mettent en commun leurs
électrons pour compléter leurs couches externes respectives à 8, et
acquérir une stabilité.
Les électrons libres de la couche externe d'un atome établissent une
liaison covalente avec ceux des électrons libres d'un autre atome.
Le carbone est l’élément le plus favorable
pour former des polymères complexes.
Pourquoi pas le Si ?????
• Energie de liaison +/- 100 Kcal/mol
• Si-Si +/- 50 Kcal/mol
• Si-O-Si-O-Si-O insoluble dans l’eau
• C-C-C chaine souple > structure
tridimensionnelle
• CO2 soluble dans l’eau
L’eau : solvant universel
Structure tridimensionnelle
Interaction
structure covalente
Interaction secondaire
Fonction
L’eau : solvant universel
 in order to understand the chemical properties of biological molecules,
we first need to understand the chemistry of water
 water has anomalously high melting point, boiling point, surface tension
H2O O°C 100°C
Methane -184°C -161°C
 water is the biological solvent for most molecules
 this is because water can form hydrogen bonds

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  • 3. •Les organismes vivants sont composés de matériaux semblables, bien qu'ils puissent différer dans leur forme et dans leur fonction. Il s'agit d'éléments chimiques qui réagissent entre eux pour donner naissance aux structures physiques caractéristiques de la matière vivante. Cells Organs and organ systems Tissues Molecules Organelles 50 µm 10 µm 1 µm Cell Atomes
  • 5. •Il est nécessaire d’étudier le vivant en partant des structures les plus simples afin de voir comment ils se combinent pour former des structures plus complexes.
  • 6. ÉLÉMENTS CHIMIQUES ET ATOMES hiérarchie des niveaux d'organisation de la matière vivante Élément : substance impossible à décomposer en d'autres substance plus simple au cours de réactions chimiques. = matériel de base. Les éléments chimiques jouent un rôle très important dans l'organisme car ils entrent dans la composition de nombreuses molécules indispensables à la vie. Importance biologique des atomes. Prenons l'exemple du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène, de l'azote, du calcium, du phosphore, du sodium, pour citer que ceux-là. Élément Symbole fonctions biologiques particulières Carbone C sucres, lipides, protéines Hydrogène H eau, molécules organiques Oxygène O eau, molécules organiques et inorganiques, respiration cellulaire Azote N composant des acides aminés, des protéines et des acides nucléiques Calcium Ca composant des dents et de l'os, permet la contraction musculaire Phosphore P composant des dents, de l'os et de molécules énergétiques (ATP) Sodium Na cation extracellulaire, équilibre en eau, conduction nerveuse Souffre S protéines
  • 7. Les éléments naturels du corps humain sont représentés en proportion variable. CHNO = 96% de la matière vivante Au niveau des macromolécules c’est C qui est le plus important 0 20 40 60 80 100 H N O C Ca P Cl K S Na Mg He Si Ne Fe Al Ti H 9 1 0 ,2 2 6 6 6 3 N 0 ,0 4 2 3 4 ,6 1,4 O 0 ,0 57 4 7 3 3 2 5,5 C 0 ,0 2 1 0 ,19 0 ,0 0 14 9 ,5 C a 3 ,5 0 ,0 0 6 0 ,3 1 P 0 ,2 2 C l 0 ,3 3 0 ,0 3 K 2 ,5 0 ,0 0 6 0 ,0 6 S 0 ,0 17 0 ,0 5 N a 2 ,5 0 ,2 8 0 ,0 3 M g 0 ,0 0 2 2 ,2 0 ,0 3 3 0 ,0 1 He 9 ,1 Si 0 ,0 0 3 2 8 N e 0 ,0 0 3 Fe 0 ,0 0 2 4 ,5 A l 7,9 univers Terre mer humain
  • 8. Au cours de l’évolution on a une sélection chimique
  • 9. Les radiations UV venant du soleil (la source d'énergie principale) brisent les molécules simples de l'atmosphère primitive et libèrent des radicaux très réactifs qui rapidement se combinent pour former des molécules plus grosses, plus complexes et plus lourdes. On peut aussi considérer que les décharges électriques que sont les éclairs, ainsi que les volcans, ont fourni une source énergétique additionnelle. Avec la condensation des vapeurs d'eau qui forme des nuages dans la haute atmosphère puis qui retombent en pluie, toutes ces nouvelles molécules tombent à la surface de la planète, dans les nouveaux océans. Ces nouvelles molécules, sont des molécules composées de C-H-O-N (carbone-hydrogène- oxygène-azote), des molécules qu'on dit organiques. C'est le bouillon primitif, la soupe primitive. C'est dans cette soupe primitive que les molécules organiques auraient progresssivement évolué vers les molécules vivantes.
  • 11.
  • 13. Allure générale des interactions dans la matière macromolécule s électron s noyaux molécule s ions Atomes Distance entre entités Distance d’équilibre Répulsion Attraction Énergie potentielle
  • 14. MOLÉCULES ET COMPOSES MOLÉCULAIRES Définitions: Les atomes se lient entre eux pour former des molécules. Ces atomes peuvent être identiques... O + O -->O2 - ou être différents : dans ce cas ils forment des composés. O + C + O -->CO2 ( le gaz carbonique) Liaisons chimiques: Les atomes ayant leur couche externe saturée à 8 électrons ne réagissent pas avec un autre atome, alors que ceux dont la couche externe a moins de 8 électrons peuvent réagir avec les autres atomes (NB: tenir compte du cas particulier de l'hydrogène). D'où la règle de l'octet: Les atomes ayant plus d'une couche ont tendance à réagir avec d'autres atomes pour combler leur couche externe à 8 électrons. Ce qui leur permet d'atteindre un état stable. Remarque : l'atome d'hydrogène a une seule couche électronique (n=1) qui porte un électron. Parfois cet atome peut perdre cet électron et il ne lui restera qu'un proton. Il devient un proton (H+) car l'atome d'hydrogène n'a pas de neutron.
  • 15. La stabilité d'un atome est atteinte quand les couches > 1 sont saturées à 8 électrons. Il est important de savoir que c'est le nombre d'électrons sur la couche la plus externe qui détermine les propriétés chimiques des éléments. Ce qui a permis de les classer. Notez que la première couche d'électron se comble à 2 électron. c'est le nombre d'électrons libres dans la couche externe qui détermine la valence d'un atome.
  • 16. liaisons covalentes : il y a liaison covalente quand deux atomes partagent certain(s) de leurs électrons. Ils mettent en commun leurs électrons pour compléter leurs couches externes respectives à 8, et acquérir une stabilité. Les électrons libres de la couche externe d'un atome établissent une liaison covalente avec ceux des électrons libres d'un autre atome.
  • 17.
  • 18.
  • 19.
  • 20.
  • 21.
  • 22.
  • 23.
  • 24. Le carbone est l’élément le plus favorable pour former des polymères complexes. Pourquoi pas le Si ????? • Energie de liaison +/- 100 Kcal/mol • Si-Si +/- 50 Kcal/mol • Si-O-Si-O-Si-O insoluble dans l’eau • C-C-C chaine souple > structure tridimensionnelle • CO2 soluble dans l’eau
  • 25. L’eau : solvant universel Structure tridimensionnelle Interaction structure covalente Interaction secondaire Fonction
  • 26. L’eau : solvant universel  in order to understand the chemical properties of biological molecules, we first need to understand the chemistry of water  water has anomalously high melting point, boiling point, surface tension H2O O°C 100°C Methane -184°C -161°C  water is the biological solvent for most molecules  this is because water can form hydrogen bonds