Les Biomolécules. L association des différents éléments chimiques, vont conduire à la formation de composés inorganiques et organiques.

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1 Les Biomolécules Introduction Les composés minéraux, l eau et les sels minéraux, mais aussi les substances organiques (protides, lipides, glucides, acides nucléiques et vitamines) entrent dans la structure des cellules et permettent leur fonctionnement. Ces molécules proviennent toutes de l alimentation. Les besoins des cellules sont couverts par un enchainement de réactions biochimiques, le métabolisme, à partir de l oxygène et les nutriments apportés par le sang. Le métabolisme comprend l anabolisme (fabrication des nouvelles molécules par des réactions de synthèse) et le catabolisme (réaction de dégradation des molécules). I Les éléments chimiques. Dans l organisme humain, on trouve 26 éléments chimiques différents. Les principaux éléments chimiques (macroéléments) sont le carbone (C), l hydrogène (H), l oxygène (O) et l azote (N). Ils forment 96% de notre poids de notre corps. Le phosphore (P), le soufre (S) et le calcium (Ca) se trouvent en moindres proportions. Les oligoéléments sont les éléments chimiques que l on trouve à l état de traces. Ils jouent un rôle capital dans différentes réactions chimiques, notamment lorsqu ils sont associés aux enzymes. L association des différents éléments chimiques, vont conduire à la formation de composés inorganiques et organiques. II Les composés inorganiques. Les composés inorganiques se distinguent par le fait qu ils ne contiennent pas ou peu de carbone. On retrouve l eau et les sels minéraux. II 1 L eau (H 2 O). L eau représente 46% à 75% de notre poids de corps suivant notre âge et notre sexe. Nos cellules sont composées d environ 60% d eau (eau intracellulaire). L eau représente 90% du liquide qui entoure nos cellules (eau extracellulaire) mais elle entre aussi dans la composition des liquides circulants (sang et lymphe). Toute variation supérieure à 10% de la masse d eau totale entraine des perturbations graves pouvant aboutir à la mort de l individu L eau intervient dans toutes les réactions chimiques liées au métabolisme (réactions d hydrolyse et d oxydoréduction). Elle véhicule des substances nutritives, des éléments minéraux, des vitamines et permet l élimination des déchets.

2 L eau est composée d un atome d oxygène et deux atomes d hydrogène qui sont reliés par des liaisons covalentes. L eau présente plusieurs fonctions dans l organisme : - La molécule d eau est polarisée. En effet, elle à la capacité à former des ponts hydrogène avec des ions et des molécules hydrosolubles c est un solvant. - L eau intervient dans de très nombreuses réactions chimiques ce sont les réactions d hydrolyses, qui permettent la formation de molécules complexes à partir molécules simples. II 2 Les sels minéraux. Les principaux éléments minéraux sont le sodium Na +, le potassium K +, le calcium Ca +, le phosphore P -, le chlore Cl - et le magnésium Mg ++. Ils sont essentiellement apportés par l alimentation et l eau de boisson dans lesquels ils se trouvent en solution sous forme d ions. Le potassium et le sodium jouent un rôle important dans l excitabilité neuromusculaire. Le calcium participe à la coagulation sanguine et la régulation des contractions musculaires. Le phosphore permet le bon développement du tissu nerveux. Le calcium et le phosphore sont indispensables à la construction et la solidité du tissu osseux. Le magnésium participe aux réactions enzymatiques. Le chlore participe par exemple, à la formation de sels comme le chlorure de Sodium (HCl) qui conduire à la formation d acide, une fois libre dans l eau : H + et Cl - (acide chlorhydrique). III Les composés organiques. III 1 Les glucides ou hydrates de carbone. Les glucides sont formés de carbone, d hydrogène et d oxygène. Ils ont une saveur sucrée. Ils jouent un rôle central sur notre planète. Ils sont formés en quantité importante par les plantes, au moyen de la photosynthèse, qui utilise l énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique pour former ces hydrates de carbone : 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Leur rôle est de fournir de l énergie. Les cellules les consomment à la manière d un combustible pour obtenir de l énergie (4,1kcal/g). Il existe plusieurs types de glucides suivant leur taille. III 1 1 Les monosaccharides (ou oses). Les monosaccharides (mono = un ; saccharide = sucre) sont des molécules simples de sucre. Ils peuvent contenir de trois à sept atomes de carbone. Le plus important des sucres simples de l organisme est le glucose. Sa formule brute est C 6 H 12 O 6. Les autres monosaccharides sont le fructose et le galactose. III 1 2 Les disaccharides.

3 Lorsque deux sucres simples réagissent ensemble, on obtient un disaccharide. Par exemple, le saccharose est formé à partir du glucose et du fructose. Le maltose (C 12 H 22 O 11 ) est formé à partir de deux molécules de glucose. Leur formation résulte d une réaction de condensation, durant laquelle, une molécule d eau est rejetée. III 1 3 Les polysaccharides. Les polysaccharides sont constitués de plus de dix molécules d oses qui se transforment en molécules géantes (macromolécules). Le glycogène, l amidon et la cellulose sont des substances alimentaires (foie, féculents, légume verts et fruits par exemple) formées par des chaines de glucose. Leur formule brute est de (C 6 H 10 O 5 ) n. III 2 Les lipides. Les lipides sont des matières grasses d origine animale (poisson, viande, fromage ) et d origine végétale (huile d olive, de noix ). Ils constituent une réserve énergétique. En effet, leur dégradation permet de produire deux fois plus d énergie que celle des glucides (9,3kcal/g). Ils sont insolubles dans l eau. III 2 1 Les graisses neutres (triglycérides). Chaque triglycéride est composé d une molécule de glycérol et de trois molécules d acide gras. Ces acides gras peuvent être de nature identiques ou non suivant les triglycérides. Les acides gras sont de longues chaînes de carbone et d hydrogène avec en général 16 à 18 atomes de carbone. Selon que la chaine de carbone que l acide gras contient ou ne contient pas de liaisons doubles on distingue : - Les acides gras saturés qui comprennent des liaisons simples (ex : acide plamitique). - Les acides gras insaturés qui comprennent une double liaison (ex : acide oléique). - Les acides gras polyinsaturés qui comprennent plusieurs doubles liaisons (ex : acide linolénique). L homme peut fabriquer des acides gras saturés. Cependant, il ne peut pas synthétiser les acides gras insaturés qui contiennent des doubles liaisons. Ce type de graisses doit être apporté par l alimentation (sous le nom Oméga3 et Oméga6 par exemple). Ce sont les acides gras essentiels. Ils sont indispensables pour la fabrication de plusieurs tissus humains. III 2 2 Les phospholipides. Les phospholipides sont formés de la même façon que les triglycérides. Cependant, il y a que deux acides gras qui sont reliés au glycérol. La troisième zone de liaison est assurée par un groupe

4 phosphate, le plus souvent relié avec un alcool. Le principal rôle des phospholipides est permettre la construction des membranes cellulaires. III 2 3 Les stéroïdes. Ces lipides ont pour base un noyau polycyclique saturé nommé «Stérane». On observe les stérols, les acides biliaires, les hormones stéroïdes et la vitamine D. Le cholestérol appartient à cette classe. C est une substance importante de l organisme. Elle peut être synthétisé par l organisme, et apporté par les aliments d origine animale uniquement. Il participe à la formation des membranes cellulaires, et il intervient comme précurseur des hormones stéroïdiennes et des acides biliaires. III 3 Les protéines. Les protéines sont importantes pour la structure de la matière vivante et pour son fonctionnement. Les protéines des membranes cellulaires contrôlent l entrée et la sortie des substances dans la cellule, ainsi que le mouvement des muscles Ces corps sont solubles dans l eau. Leur formule s écrit R-H 2 N-CH-COOH. III 3 1 Les acides aminés comme composants des protéines. Les protéines sont composées de différents acides aminés. Tous les acides aminés possèdent une structure de base commune. Ils possèdent un atome central de carbone relié à quatres atomes ou groupements d atomes différents : - Un groupement COOH (groupement carboxyle) - Un groupement NH 2 (groupement amine) - Un atome d hydrogène - Un groupement variable R. Il existe 20 acides animés qui différent par le groupement R. On observe 8 acides aminés essentiels qui doivent être apportés par l alimentation, et 12 acides aminés non essentiels, que notre organisme peut synthétiser. Lorsque deux acides aminés réagissent entre par une réaction de condensation, il forme un dipeptide (C est une liaison peptidique). Si un nouvel acide aminé se fixe cela forme un Tri-peptide. En dessous de 10 acides aminés, on parle d oligopeptides. Au dessus de 10 acides aminés, on parle de polypeptides. Le terme de protéine est donné quand le polypeptide contient plus de 100 acides aminés III 3 2 Les niveaux structurels des protéines. La protéine présente différents niveaux structurels : - Structure primaire : séquence d acides aminés.

5 - Structure secondaire : la protéine prend une forme de boucle ou d hélice par la formation de liaisons hydrogène entre les différents acides aminés. - Structure tertiaire : la protéine va adopter des structures secondaires variables à différents niveaux, qui vont entrainer la formation d une configuration tridimensionnelle. - Structure quaternaire : plusieurs protéines ayant une structure tertiaire se rassemble et forme une structure plus complexe. III 3 2 Fonctions des protéines. On observe différentes fonctions : - Certaines sont responsables du maintien de la forme des tissus et des organes (ex : le collagène). - Les protéines de transport : ce sont des molécules responsables du transport de certains substances insolubles dans le sang. (ex : l hémoglobine avec l O 2 ). - Rôle de défense et de protection de l organisme avec les immunoglobulines (=anticorps). - Protéines de contrôle et de régulation : ce sont les hormones. Ce sont des messagers qui permettent le maintien de l organisme en entrainant certaines réactions biochimiques. - Rôle métabolique : Ce sont les enzymes. Ce sont des molécules qui permettent le rapprochement de certaines substances entre elles, leur permettant de réaliser plus facilement des réactions chimiques. III 4 Les Acides nucléiques. Les acides nucléiques les constituants universels de la matière vivante. On les retrouve dans toutes les cellules. Ils représentent 15% du poids sec. D après leur constitution on distingue : - Les ADN : acides désoxyribonucléiques - Les ARN : acides ribonucléiques III 4 1 L ADN. L ADN est une double chaine spiralée. Chaque chaine est un polymère de nucléotides (base+sucre+phosphate = nucléotide) formés chacun par : - Une molécule d acide phosphorique - Un sucre : le désoxyribose - Une base azotée. Ces bases azotées sont les bases puriques que sont l adénine (A) et la guanine (G), et les bases pyrimidiques que sont la thymine (T) et la cytosine (C). L appariement entre les deux bases se fait à l aide de ponts hydrogène. Cet appariement se fait toujours entre une T/A et G/C. Cet ADN est le support de l information génétique, c'est-à-dire les plans de fabrication de toutes protéines qui vont régler le développement embryonnaire, l organisation et le fonctionnement coordonné des cellules de l individu.

6 III 4 2 L ARN. L ARN se différencie de l ADN sur plusieurs points : - L ARN est formé d un seul brin (une seule chaine de nucléotides). - Le sucre est le ribose. - La base thymine est remplacée par l Uracile (U). Les ARN permettent la synthèse des protéines en décodant les informations génétiques de l ADN. Il existe trois types d ARN : les ARN messagers, les ARN de transfert et les ARN des ribosomes. III 5 Les Vitamines. Les vitamines sont des substances organiques indispensables à la croissance. Elles agissent à des doses très faibles, et participent souvent, de manière spécifique, à l action de certaines enzymes. L organisme ne peut pas les synthétiser, à part les vitamines A et D. Leur absence peut entrainer des troubles métaboliques. Il existe deux catégories de vitamines : - Les vitamines hydrosolubles B 1, B 2, B 3 (PP), B 5, B 6, B 7, B 9, B 12, H et C. - Les vitamines liposolubles A, D, E et K. Conclusion Comme nous l avons observé, les éléments chimiques s associent entre eux, pour former des molécules organiques et inorganiques. Ces molécules participent à l édification des cellules et à leur bon fonctionnement.