M3S2 La composition de la matière vivante

Question 1

Qu’est ce que la matière organique ?

Answer 1

Elle compose la matière vivante (animaux, végétaux, micro-organismes).

D’un point de vue chimique, elle est composée de matière carbonée, entourée d’eau et d’azote.

Les atomes les plus abondants sont donc le carbone (C), l’hydrogène (H), l’oxygène (O), l’azote (N), un peu de phosphore (P) et de soufre (S).

Par définition, la chimie organique est donc la chimie des molécules carbonées. Les molécules de biochimie, appelées les biomolécules (glucides, lipides, protides, acides nucléiques) sont composées de ces atomes.

Question 2

Comment le carbone est il organisé ? Qu’est ce qu’un carbone asymétrique ?

Answer 2

Il met en jeu quatre électrons de valence pour faire quatre liaisons covalentes simples, des liaisons doubles (mettant en jeu deux doublets d’électrons) ou plus rarement des liaisons triples (mettant en jeu trois doublets d’électrons).

Si l’on ne connaît pas l’élément auquel est fixé le carbone, on l’appelle R (radical).

R peut être un seul atome ou toute une suite de molécules.

On dit que le carbone est asymétrique lorsqu’il possède quatre radicaux différents. Il est noté C*.

Question 3

Quelles sont les différentes manières, plus ou moins simplifiées d’écrire les molécules ?

Answer 3

• la formule brute
• la formule semi-développée
• la formule développée
• la formule topologique

Question 4

Qu’est ce que la formule brute ? Exemple pour le glucose et l’eau ?

Answer 4

C’est l’écriture la plus simple et la plus compacte.

On note les atomes une seule fois avec leur coefficient stoechiométrique (c’est-à-dire le nombre d’atomes dans la molécule) en indice.

Les atomes décarboné et d’hydrogène sont toujours notés en premier, les suivants sont notés par ordre alphabétique.

Cette écriture ne permet pas de connaître l’organisation des atomes dans l’espace.

Par exemple : H20 (eau), C6H1206 (Glucose) ;

Question 5

Qu’est ce que la formule semi développée ?

Answer 5

Toutes les fonctions chimiques sont notées ainsi que toutes les liaisons covalentes, à l’exception des liaisons carbone-hydrogène

Question 6

Qu’est ce que la formule développée ?

Answer 6

Dans cette écriture, tous les atomes et toutes les liaisons covalentes apparaissent

Question 7

Qu’est ce que la formule topologique ?

Answer 7

Cette représentation simplifiée est utilisée en chimie organique.

Elle met en évidence le squelette hydrocarboné de la molécule sans noter certains atomes.

Par définition, un angle représentera un carbone, les atomes d’hydrogène ne sont pas notés mais déduits

et une barre simple représente une fonction –OH ???

Question 8

Qu’est ce que les isomères ?

Answer 8

Ce sont des molécules ayant la même formule brute mais des formules développées différentes.

L’organisation des atomes dans l’espace étant différente, leurs fonctions différeront. Il en existe deux grandes familles.

• les isomères de constitution
• les stéréo-isomères

Question 9

Qu’est ce que les isomères de constitution ?

Answer 9

Ils diffèrent par la disposition des atomes au sein de la molécule de différentes manières :

• isomérie de position : une fonction est déplacée dans la molécule ;
• isomérie de fonction : les atomes s’associent pour former des fonctions différentes ;
• isomérie du squelette carboné (= isomérie de chaîne) : la chaîne principale de carbone s’organise différemment dans l’espace, avec des possibilités de ramifications différentes ;
• isomères d’insaturation : les liaisons carbonées simples, doubles ou triples sont à des positions différentes.

Question 10

Qu’est ce que les stéréo-isomères ?

Answer 10

C’est l’organisation de la molécule dans l’espace qui est différente.

On distingue :
- énantiomère
- diastéréo-isomères

Question 11

Qu’est ce qu’un énantiomères ? Qu’est ce qu’une molécule chirale ?

Answer 11

Les deux molécules sont les images miroirs l’une de l’autre, qui ne sont pas superposables (comme nos deux mains).

Cela est possible dès qu’il y a un carbone asymétrique.

Ce sont des isoméries optiques car elles font dévier le sens de la lumière vers la droite (forme dextrogyre = D) ou la gauche (forme lévogyre = L).

Une molécule ayant deux énantiomères est dite « chirale »

Question 12

Qu’est ce qu’un diastéréo-isomère ?

Answer 12

Par définition, ce sont les stéréo-isomères qui ne sont pas énantiomères.

C’est-à-dire que l’organisation dans l’espace diffère, mais on ne retrouve pas cette image miroir.

Question 13

Quels sont les types de diastéréo-isomère ?

Answer 13

• les isomères cis/trans ou Z/E : c’est la différente position de deux fonctions autour d’une liaison carbonée double. Si les deux fonctions sont du même côté, ils sont appelés CIS ou Z. Si les fonctions sont en positions opposées, ils sont TRANS ou E. On retrouve notamment cela dans la structure des acides gras insaturés ;
• conformères : c’est une isomérie de conformation. Ils sont formés par rotation des fonctions autour d’une liaison carbonée simple (sans rupture de la liaison).

Question 14

Qu’est ce qu’un épimère?

Answer 14

C’est un conformères où un seul carbone de la molécule voit ses fonctions dans une autre organisation ;

On voit notamment cela dans les oses, entre le glucose et le galactose

Question 15

Qu’est ce qu’un anomère?

Answer 15

C’est un cas particulier d’épimère concernant le carbone hémi-acétalique d’un ose ;

on définit ainsi les positions alpha ou bêta ;

cela ne change pas le type d’ose, mais sa manière de former des liaisons.

Question 16

Qu’est ce qu’un groupement / fonction chimique ?

Answer 16

Un groupe d’atomes ayant une fonction particulière en solution.

Leur connaissance permet de comprendre le comportement des molécules en biochimie.

Question 17

Quels sont les différentes groupements chimiques ?

Answer 17

• fonctions hydroxyle -OH
• fonctions amines -N
• fonctions amides R-CO-NH2
• fonctions carbonyles -C=O
• fonctions carboxylique -COOH
• fonction thiol -SH
• acides phosphoriques
• fonction ester R- CO-O -R’

Question 18

Quels types d’alcool existe t-il selon les autres fonctions portés le carbone lié à l’alcool ?

Answer 18

• alcool primaire : le carbone qui porte la fonction OH porte un seul radical et deux hydrogènes. L’alcool est alors à l’extrémité d’une chaîne carbonée ;
• alcool secondaire : le carbone porte deux radicaux et un seul hydrogène en plus de la fonction OH ;
• alcool tertiaire : le carbone porte trois radicaux et pas d’hydrogène en plus de l’alcool.

Question 19

Qu’est ce qu’un amine primaire ? Sous quelle forme la retrouve t-on à pH physiologique ?

Answer 19

L’azote porte un radical et deux hydrogènes.

C’est une fonction basique.

À pH physiologique, elle se retrouve sous la forme –NH3+.

Question 20

Qu’est ce qu’un amine secondaire ?

Answer 20

l’azote porte deux radicaux et un hydrogène.

Question 21

Qu’est ce qu’un amine tertiaire ?

Answer 21

l’azote porte trois radicaux

Question 22

Qu’est ce qu’une fonction amide? De quoi est elle le résultat ?

Answer 22

R-CO-NH2
Elle résulte de la condensation d’un acide carboxylique et d’une fonction amine.

Question 23

Qu’est ce qu’une fonction carbonyle ?

Answer 23

C’est la liaison entre un carbone et un oxygène par une double liaison.
-C=O

Ce carbone peut également se lier de deux manières, on a ainsi deux types de fonctions carbonyles.

• Fonction cétone : le carbone est lié à deux radicaux, l’oxygène est alors inséré dans une chaîne.
• Fonction aldéhyde : le carbone est lié à un radical et un hydrogène, l’oxygène est alors à l’extrémité de la molécule.

Question 24

Qu’est ce que la fonction carboxylique ? Sous quelle forme la retrouve t-on à pH physiologique ?

Answer 24

Cette fonction est acide.

À pH physiologique, elle se retrouve sous forme
-COO-

Question 25

Qu’est ce qu’une fonction thiol ? Où peut on la retrouver ?

Answer 25

R - SH
Elle se retrouve notamment sur l’acide aminé cystéine.

Question 26

Qu’est qu’un acide phosphorique ? Sous quelle forme la retrouve t-on à pH physiologique ?

Answer 26

Cette fonction est très réactive et peut, selon son pH, se retrouver sous différentes formes.

À pH physiologique, c’est la forme HPO4 2- qui prédomine.

Lorsqu’il est libre, il prend également le nom de phosphate inorganique et peut être noté Pi ou d’un P entouré. On le retrouve dans de nombreuses réactions et molécules du métabolisme énergétique.

Il se lie en effet facilement à une fonction alcool.

Question 27

Qu’est qu’une fonction ester

Answer 27

C’est le résultat d’une réaction d’estérification entre un acide carboxylique et un alcool primaire.

Question 28

Quelles sont les principales réactions chimiques ?

Answer 28

• Condensation et hydrolyse
• Phosphorylation
• Estérification
• Amidification
• Hémiacétalisation

Question 29

Qu’est ce qu’une condensation ? Qu’est ce qu’une hydrolyse ?

Answer 29

Ce sont deux réactions inverses sur des molécules organiques.

La condensation, c’est la formation d’une liaison covalente par retrait d’eau.

L’hydrolyse est la coupure d’une liaison covalente par ajout d’eau.

Question 30

Qu’est ce que la phosphorylation ?

Answer 30

C’est l’ajout d’un phosphate inorganique sur une fonction alcool.

Cet ajout forme une liaison covalente entre le phosphate et la molécule organique avec perte d’eau. C’est donc un cas particulier de condensation.

Question 31

Qu’est ce qu’une estérification ?

Answer 31

C’est la condensation réversible entre un acide carboxylique et un alcool pour donner un ester.

Cette même réaction peut également se faire entre un acide carboxylique et une fonction thiol et donnera alors un thioester.

Question 32

Qu’est ce que la matière minérale ? Sous quelle forme la retrouve t-on dans l’organisme ?

Answer 32

C’est la matière inorganique, c’est-à-dire dépourvue de carbone.

Dans la nature, les minéraux sont souvent solides, sous formes de cristaux (comme le sel par exemple).

Dans l’organisme, les minéraux sont la plupart du temps en solutions, c’est-à-dire dissous en particules élémentaires ioniques chargées (anions chargés négativement ou cations chargés positivement).

On parle également d’électrolytes. On retrouve également des minéraux sous formes de cristaux solides (comme le calcium qui entre dans la composition des os ou des dents).

Question 33

Comment sont classés les minéraux en biochimie ?

Answer 33

Ils sont classés de manière quantitative, c’est-à-dire selon la quantité retrouvée dans l’organisme.

Vous retrouverez cette nomination en nutrition pour les ANC (Apports Nutritionnels Conseillés).

• macroéléments
• microéléments
• oligoéléments

Question 34

Quels sont les macro éléments ? En quelle quantité les retrouvent on dans un organisme adulte de 70 Kg ?

Answer 34

Calcium (Ca /Ca2+)
1 000 g

Phosphore (P/ Phosphate)
700 g

Potassium (K/K+)
250 g

Soufre (S/S02)
200 g

Sodium (Na/Na+)
100 g

Chlore (Cl/Cl-)
100 g

Magnésium (Mg/Mg2+)
25 g

Magnifique Photographie d’un potager sous le calme et la chaleur du soleil.

Question 35

Quels sont les micro éléments ?

Answer 35

Leur quantité est inférieure à 10 g dans l’organisme.

On retrouve : l’iode (I), le fluor (F), le fer (Fe), le zinc (Zn) et le brome (Br).

Question 36

Quels sont les oligoéléments ?

Answer 36

Ils sont à l’état de traces dans l’organisme, c’est-à-dire en quantité inférieure à 0,1 g.

On peut les séparer en deux groupes :

• les oligoéléments à risque de carence : le fer (Fe), l’iode (I), le cuivre (Cu), le zinc (Zn), le sélénium (Se), le chrome (Cr), le molybdène (Mo), le bore (B) ;
• les oligoéléments présents dans l’organisme mais dont la carence est à faible risque : le manganèse (Mn), l’étain (Sn), le nickel (Ni), le silicium (Si), le vanadium (V).

Question 37

Quelles sont les fonctions du Sodium ?

Answer 37

Il assure le fonctionnement de nombreux transporteurs comme les transporteurs au glucose (SGlut) dans l’intestin et le rein.

Il permet également le potentiel d’action neuronal, c’est-à-dire l’influx électrique dans les neurones.

Cours nutrition :
* Il maintient la pression osmotique du compartiment extra-cellulaire et contrôle les mouvements d’eau.
* Il joue un rôle dans la transmission de l’influx nerveux par dépolarisation membranaire (répartition des ions de
part et d’autre de la membrane).
* Il participe au contrôle de l’équilibre acido-basique (maintien du pH sanguin).
* Il participe au transport de certaines substances comme le glucose au travers de la membrane plasmique.

Question 38

Quelles sont les fonctions du calcium ?

Answer 38

Le calcium permet la contraction musculaire en se fixant à la calmoduline.

Cours de nutrition:
- Rigidité du squelette.
- Contraction musculaire
- sécrétion d’hormones,
- activation de plusieurs enzymes,
- exocytose
- cohésion cellulaire
- coagulation sanguine.

Question 39

Quelles sont les fonctions du fer ?

Answer 39

Le fer sous forme Fe2+ permettra le transport de l’oxygène dans les érythrocytes.

Cours de nutrition :
+ Transport d’électrons le long de la chaîne respiratoire

Question 40

Quelles sont les fonctions du cuivre, zinc,magnésium et chrome ?

Answer 40

Le cuivre, le zinc et le chrome sont notamment des cofacteurs enzymatiques sans lesquels de nombreuses réactions ne se feront pas.

Le magnésium est ainsi le cofacteur de plusieurs enzymes de la glycolyse (dégradation du glucose)

Question 41

Qu’est ce qu’un ionogramme ?

Answer 41

C’est une techniques physico-chimiques qui permet par exemple de doser les ions contenus dans un fluide (sanguin ou urinaire) : sodium, calcium, fer, etc.
Leur dosage est comparé à des normes physiologiques très précises.

Question 42

Quelles sont les différentes techniques physico-chimiques utilisé pour poser un diagnostique de dysfonctionnement ?

Answer 42

• Un ionogramme Le dosage des ions est comparé à des normes physiologiques très précises
• Un prélèvement de tissus peut être observé au microscope afin d’en étudier les tissus.
• Une préparation alimentaire peut faire l’objet d’une recherche bactérienne pour s’assurer de sa non-toxicité.
• Des électrophorèses peuvent être faites pour séparer des grosses molécules (lipides, protides, etc.) afin de comprendre la composition de certains fluides de l’organisme, de préparation alimentaire, etc.
• La chromatographie permet la mise en évidence de certaines molécules dans un fluide.