Module 2. monomères Les composés organiques. Thèmes du module. Composé à base de carbone essentiel aux organismes vivants.

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1 Module 2 Composés organique Processus cellulaire Cellules Eucaryote Composante Glucide -Mono -Di -Poly Lipides -Triglycérides Phospholipides Stéroïdes Cires Protides Protéines Enzymes Acides nucléiques ADN ARN Procaryote Respiration cellulaire Cytoplasme Mitonchondrie Nature Cycle catalytique Actions Glycolyse Étape Coenzyme A Processus cellulaires A T P Cycle de Krebs Chaîne de transport d'électron Thèmes du module Composés organiques et composantes cellulaires Enzymes et leurs fonctions Respiration cellulaire Les composés organiques Composé à base de carbone essentiel aux organismes vivants. Macromolécules: grosses molécules composées de petites sous-unités qu on appelle monomères. Plusieurs monomères peuvent se lier ensemble pour former des polymères (chaîne de monomères). Les composés organiques Macromolécules essentielles à la vie: Glucides Lipides Protéines Acides nucléiques monomères polymère 1

2 Les monomères s unissent ensemble par des réactions de condensation libérant une molécule d eau à chaque monomère qui s ajoute. Les polymères se brisent par des réactions d hydrolyse (contraire de la condensation) nécessitant une molécule d eau pour chaque monomère qui se libère. p. 26 Bio12 p. 26 Bio12 Principaux groupes de macromolécules -Glucides (hydrates de carbone) -Lipides -Protéines (protides) -Acides nucléiques Les glucides monosaccharide sucre simple (monomère) disaccharide sucre double (fait de 2 monosaccharides) Exemples Fonctions Glucose (miel, raisin) Galactose (lait) Fructose (fruits) sucrose lactose maltose Source d énergie dans la cellule. Principale forme de sucre transportée dans l organisme pp Bio 11 Disaccharides Exemples Fonctions Sucrose (glucose + fructose) sucre de table Lactose (glucose + galactose) produits laitiers Maltose (glucose + glucose) sucre de malt polysaccharide sucre complexe (fait de plusieurs monosaccharides - glucose) amidon glycogène cellulose chitine Réserve d énergie dans les plantes. Réserve d énergie dans les animaux. Matériel structural dans les plantes. Matériel structural dans les crustacés et les insectes. 2

3 Formation des glucides Réaction de condensation monosaccharide monosaccharide disaccharide Rôles du glucide dans la cellule NUTRIMENT ESSENTIEL (utilisé par la cellule pour obtenir de l énergie via la respiration cellulaire) RÉSERVOIR D ÉNERGIE (amidon et glycogène) TRANSPORT D ÉNERGIE (disaccharides) glucose fructose sucrose Perte d une molécule d eau Formation d une liaison glycosidique CONSTRUCTION (cellulose - plantes, chitine crustacés et insectes) AUTRES glucides des groupes sanguins Les lipides Les lipides Monomère (unités de base) glycérol acide gras 4 familles: 1) Graisses 2) Phosphoglycérolipides 3) Stéroïdes 4) Cires Queue (hydrophobe) Tête (hydrophile) groupement carboxyle Les graisses Macromolécule (1 glycérol + 1 à 3 acides gras) Formation d un triacylglycérol Réaction de condensation Ex: Triacylglycérol (1 glycérol + 3 acides gras) glycérol 3 acides gras 3

4 Formation d un triacylglycérol Les graisses triacylglycérols Graisse animale Acides gras saturés Solide à la température de la pièce Plus difficile à briser les liens entre les carbones lors de la digestion Liaison ester Graisse végétale Acides gras insaturés Liquide à la température de la pièce Plus facile à briser les liens entre les carbones lors de la digestion Bio 11 p. 13 Rôle des graisses Réserve d énergie (plus efficace que les glucides) Protection (organes vitaux) Les phosphoglycérolipides 1 glycérol + 2 acides gras + groupement phosphate Tête (hydrophile) glycérol + gr. phosphate Queue (hydrophobe) 2 acides gras Isolation Bio 11 p. 12 Bio 12 p. 29 Fig Rôle des phosphoglycérolipides Constituants des membranes cellulaires. Double couche lipidique. Donne la fluidité des membranes. Rôle des phosphoglycérolipides Bio 12 p. 29 Fig Bio 11 p. 23 Fig et 1.28 Bio 11 p. 25 Fig

5 Les stéroïdes Différentes structures (cholestérol, stéroïdes anabolisants, corticostéroïdes, hormones sexuelles) Formés par un squelette carboné (4 anneaux collés) CHOLESTÉROL Composantes des membranes cellulaires Constituant de base de plusieurs autres stéroïdes (testostérone, estrogène) Cires - acides gras produits par certains organismes ex : cire d abeille, certaines feuilles de plantes - chimiquement très stable et ses propriétés varient peu dans le temps Rôles de la cire Plantes: prévient la déshydratation de leurs cellules Bougies Cosmétiques (épaississant, lisse et adoucit peau, empêche eau de s évaporer) Enrobe bonbons Poupées, statues Produits d entretien du bois Planches à neige, skis Encres Les protéines Abondantes, différentes Macromolécules les plus complexes. Monomère de base = ACIDE AMINÉ (molécule avec 3 groupements) Groupement amine Groupement carboxyle Groupement variable Acides aminés Les propriétés physiques et chimiques du groupement fonctionnel déterminent les caractéristiques de l acide aminé. Notre corps utilise seulement 20 différents types d acides aminés (courants). Polymère formé d acides aminés 2 a.a. Dipeptide 10 a.a. Polypeptide 50+ a.a. Protéine Forme tridimensionnelle définie et complexe (structure primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire) O Fabriquées à partir des gènes (ADN) 5

6 Fonction des protéines Fonction Exemple Utilités Soutien collagène cartilage, tendons, ligaments Structure kératine cheveux, ongles, plumes Transport Régulation insuline hormonale hémoglobine transporte O 2 /CO 2 (sang) myoglobine transporte O 2 /CO 2 (muscles) contrôle le niveau de glucose dans le sang Fonction Exemple Utilités Contraction actine contraction des fibres myosine musculaires Immunité anticorps identifie les protéines myoglobine étrangères Métabolisme enzymes accélère la vitesse des réactions nécessaires pour toutes les synthèses et dégradations Catalyseur lactase lactose en glucose et galactose Formation d un dipeptide Les acides aminés se lient par condensation pour former des dipeptides, polypeptides et protéines. Acides nucléiques Polymères formés de monomères nommés nucléotides. + liaison peptidique Types ADN : acide désoxyribo nucléique ARN : acide ribo nucléique nucléotide désoxyribose (ADN) groupement phosphate DÉSOXYRIBOSE Bases azotées A G C T nucléotide ribose (ARN) groupement phosphate RIBOSE Bases azotées A G C U 6

7 Formation d une chaîne de nucléotides 3 nucléotides Réaction de condensation liaison phosphodiester + 2 H 2 O chaîne de nucléotides ADN Support de l'information génétique (gènes et chromosomes) retrouvé dans le noyau Formé de 2 brins enroulés en double hélice selon le modèle de Watson et Crick Ordre des bases azotées qui détermine le code génétique Variation dans l ordre = individualité Capable de se répliquer ADN (suite) Bases sont unies: T(hymine) - A(dénine) liens hydrogènes doubles G(uanine) -C(ytosine) liens hydrogènes triples chaîne de nucléotides Une double hélice double hélice (2 chaînes de nucléotides) chaîne de nucléotides liaison hydrogène squelette (phosphate + pentose) ARN Copie inverse de l ADN en 1 brin Trois types: Messager (ARNm, copie faite dans le noyau) De transfert (ARNt, qui apporte les acides aminés à l ARNm sur le ribosome) Ribosomal (ARNr, sert à la synthèse des protéines) Base azotée uracile remplace la thymine retrouvée dans l ADN Composantes cellulaires Procaryote: Organisme formé d'une cellule unique ne contenant pas de noyau, ni aucun organite (bactéries) Eucaryote: Organisme vivant possédant un noyau isolé du cytoplasme par une membrane et qui contient de l'adn et des organites. 7

8 Cytoplasme Milieu plus ou moins homogène, le cytosol, dans lequel baignent des structures, les organites, délimitées par des membranes biologiques. Le cytoplasme est donc un colloïde. La première étape de la respiration cellulaire (anaérobie pas besoin d oxygène), la glycolyse, se produit dans le cytoplasme. Mitochondrie Organite cellulaire où se déroule la majeure partie de la respiration cellulaire (aérobie besoin d oxygène), c est-à-dire, le processus qui transforme le glucose en énergie que la cellule peut utiliser, soit l adénosine triphosphate (ATP). La mitochondrie décompose les molécules d éléments nutritifs comme les glucides. Enzymes Les crêtes augmentent la surface de la membrane, et ainsi la capacité de produire l ATP. Matrice Protéines qui catalysent (accélèrent) les réactions chimiques en diminuant l énergie d activation. Essentielles à la vie. Spécifiques à un substrat (réactif). Responsables de la plupart des réactions de la cellule. Ont un site spécifique (à la forme du substrat) où le substrat se lie temporairement (site actif). Demeurent inchangées suite à la réaction chimique. Fonctions des enzymes Digèrent (hydrolyse de macromolécules) Produisent des molécules (condensation de macromolécules) Transfèrent des substances à travers la membrane cellulaire Libèrent de l énergie 8

9 La structure d une enzyme La structure d une enzyme Substrat: réactif dans une réaction chimique. (exemple: le sucrose) Le substrat est reconnu par un site actif d une enzyme particulière. Substrat Complexe enzyme - substrat Site actif: Endroit où se logent les substrats et où a lieu la réaction chimique. Le site actif accueil seulement un type de substrat. Enzyme Bio 12 p Enzyme Le complexe enzyme - substrat est comparable à une clé et serrure. Le complexe enzyme - substrat forme un composé chimique. Une fois dans le site actif, le substrat peut subir les modifications nécessaires de la réaction métabolique. Bio 12 p La structure d une enzyme La structure d une enzyme Substrat A Substrat B Substrat A Substrat B Substrat B Substrat A Enzyme Enzyme Enzyme Bio 12 p Bio 12 p Le cycle catalytique 1. Quand le site actif des enzymes, comme le saccharase, est libre de substrat, le cycle débute. 2. Un complexe enzyme-substrat est formé lorsque le substrat (le disaccharide sucrose) se lie au site actif. 3. Le substrat sucrose se transforme en produit à l intérieur du site actif. 4. L enzyme saccharase libère les produits (fructose + glucose) et est alors libre d accepter une autre molécule du substrat sucrose. 9

10 Classes d enzymes Hydrolases et Hydratases Oxydoréductases Transférases Isomérases Ligases Lyases Actions des enzymes Ajoute de l eau (hydrolyse). Enlève de l eau (condensation). Transfère les électrons (réaction d oxydoréduction). Décompose ou forme une liaison C-C Modifie la structure ou la géométrie d une molécule. Forme des liaisons C-C, C-S, C- O ou C-N par condensation. Ajoute des groupements à une double liaison C=C ou enlève des groupements pour former une liaison C=C.. Facteurs influençant activités enzymatiques 1. Température Activité des enzymes augmente avec la température jusqu à une température maximale. Au-delà d un point critique, l activité cesse immédiatement, donc, les réactions ne se font plus. 2. ph Chaque enzyme fonctionne à un ph spécifique optimal (majorité des enzymes entre 6 et 8). Lorsqu une enzyme subit des changements (p.ex. à cause de températures élevées, ph bas ou élevé, etc), elle devient dénaturée. Une enzyme dénaturée est une protéine qui a perdu sa forme (tridimensionnelle), sa fonction. Elle ne peut plus faire son travail et va se faire hydrolyser en acides aminés. Coenzyme Partie de l enzyme (autre que hydrolase) non protéique (n est pas un acide aminé) constituée d un composé organique de petite taille (facteurs de croissance, vitamines, etc). Agissent au niveau du substrat. Souvent indispensables. Chez humain et organismes supérieurs, doivent être pris dans nourriture. 10