TRADUCTION DE: MICROBIOLOGY 101 INTERNET TEXT

CHAPITRE V: LA CHIMIE DU VIVANT


 

Version originale: 20-11-96, traduite le 04-02-97

TABLE DES MATIÈRES

La BIOCHIMIE est l'étude de la chimie des organismes vivants. Tous les atomes sont constitués de trois composantes, les NEUTRONS, les PROTONS et les ÉLECTRONS. Les deux premières sont situées dans le noyaux (sphères rouges et brunes sur la figure), alors que les électrons (sphères bleues) sont en orbite autour du noyau. Les électrons sont toujours situés sur des ORBITALES spécifiques situées autour de la cellule. La capacité électronique de chacune des orbitales constitue une CONSTANTE UNIVERSELLE, et le nombre d'électrons sur la dernière orbitale d'un atome détermine ses CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES. Les orbitales à 2 et à 8 électrons sont les plus fréquemment rencontrées en biochimie. Un atome est le plus STABLE lorsque sa dernière orbitale est pleine. Par exemple, l'atome dont l'orbitale a une capacité de 2 électrons mais n'en contient qu'un seul est INSTABLE et CHERCHE a remplir cette orbitale avec un autre électron.
 


Figure 1. Schéma d'atomes d'hydrogène et d'oxygène. Ces atomes ont respectivement 1 et 6 électrons dans leurs orbitales externes. Puisque ces orbitales ont des capacités de 2 et 8 électrons, ils sont instables et cherchent à se remplir.


 


Lorsque 2 ou plusieurs atomes se lient, ils forment une MOLÉCULE. Une molécule peut être composée de plusieurs atomes semblables ou différents. L'association stable des atomes entre eux est une LIAISON. Il existe des liaisons faibles et fortes. Chaque molécule possède des caractéristiques chimiques propres qui la différencie de toutes les autres. Ci-dessous une molécule d'eau.
 


Figure 2. Une molécule d'eau


 


Les liaisons fortes sont TRÈS STABLES et nécessitent beaucoup d'énergie pour être rompues. Les liaisons fortes sont importantes pour les organismes vivants afin de leur donner une STRUCTURE STABLE. Cependant, afin de pouvoir de croître et maintenir plusieurs processus vitaux, ces organismes doivent être FLEXIBLES. À cette fin la biochimie sera aussi basée sur un ensemble de liaisons faibles.

Le lien COVALENT est une liaison forte qui consiste au partage d'un électron entre des atomes, de façon à remplir leurs orbitales.
 


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Figure 3. Liaisons covalentes de l'eau. Plusieurs molécules biologiques telles les protéines, les acides nucléiques et les lipides sont constituées par des liaisons covalentes.


 


Dans le cas où des atomes cèdent des électrons à d'autres atomes, afin de compléter leur orbitales externes, des ions positifs et négatifs sont formés. L'attraction qui en résulte constitue une LIAISON IONIQUE. La liaison ionique n'est pas aussi forte que la liaison covalente, mais elle joue un rôle important en biochimie.
 


Figure 4. Liaison ionique.


 


Un autre type de liaison entre des molécules, est l'INTERACTION HYDROPHOBE. Ce lien se forme entre des molécules, ou des portions de molécules, hydrophobes afin de limiter leur contact avec l'eau.
 


Figure 5. Interaction hydrophobe. 

PONTS HYDROGÈNE

Les ponts hydrogène se forment entre des MOLÉCULES POLAIRES. Ces molécules polaires sont le résultat d'une liaison covalente asymétrique où les électrons ne sont pas distribués de façon homogène dans la molécule. Par exemple, l'hydrogène étant moins électronégatif que l'oxygène ou l'azote, il portera une charge positive partielle alors que O ou N portera une charge négative partielle, formant ainsi des pôles. Dans un mélange de molécules polaires, les pôles opposés auront tendance à s'attirer formant ainsi une LIAISON FAIBLE, le pont hydrogène.
 


Figure 6. Molécules polaires.

Figure 7. Ponts hydrogène. Ces liens sont assez forts pour permettre par exemple à des insectes de marcher à la surface de l'eau.


 


Ces liaisons faibles sont essentielles au systèmes vivants. Leur rôle est illustré par l'ADN. Cette grande molécule porte l'information génétique de tous les organismes (à l'exception de quelques virus). Elle doit être à la fois STABLE pour conserver cette information intacte, et pouvoir être FACILEMENT ROMPUE afin d'être transcripte et répliquée. Les liaisons hydrogène lui permettent cette versatilité. D'une part, individuellement, le pont hydrogène est une liaison faible, facile à briser. En fait, la chaleur de notre corps est suffisante pour ce faire. D'autre part, lorsqu'il peut se former plusieurs ponts hydrogène, dans de très grandes molécules telles les protéines et l'ADN, la somme de ces liaisons faibles constituent un lien suffisamment fort pour assurer la stabilité de cette molécule. 


 

COMPOSANTES CELLULAIRES

Les molécules importantes pour tous les organismes sont:

Les GLUCIDES: mono ou disaccharides (SUCRES) et polysaccharides. Pour voir la structure de certains sucres cliquez ici. 

Les ACIDES AMINÉS et leurs polymères, les polypeptides ou PROTEINES . Cliquez icipour voir un acide aminé (le programme Rasmol est requis). Vous pourrez y visualiser ce qu'est une chaîne latérale d'acide aminé.

Les ACIDES NUCLÉIQUES et leurs polymères.

Cliquez ici pour des images d'acides nucléiques de format Rasmol.

Les GRAS/Lipides.Cliquez ici pour de l'information supplémentaire sur les gras.

Plusieurs minéraux: fer, magnesium, phosphore, zinc, cuivre, etc.

De petites molécules organiques appelées vitamines, telles l'acide folique, pantothénique, ascorbique, etc.

Les organismes vivants sont principalement composés de POLYMÈRES, des chaînes aux formes variées de MONOMÈRES. Parmi ceux-ci, on retrouve principalement les protéines, l'amidon, le glycogène, la cellulose, les gras, les acides nucléiques.
 


Figure 8. Polymère de sucres.


 


Il existe une TERMINOLOGIE simple qui permet de distinguer la taille et la composition des biomolécules. La taille est décrite par un PRÉFIXE:

POLY signifie plusieurs;

MONO signifie un seul;

BI, & DI, TRI, TETRA, PENTA et HEX signifient 2, 3, 4, 5 et 6 monomères liés pour former une molécule.

OLIGO signifie une molécule de plus de ~6 sous-unités, mais moins grande qu'un POLYMÈRE.

Des SUFFIXES sont souvent utilisés pour décrire le type de biomolecules:

Le suffixe "OSE", réfère à des sucres, tels glucose, fructose, sucrose, etc.

Le suffixe "SACCHARIDE" réfère à des sucres; i.e., un POLYSACCHARIDE est une grande molécule formée de plusieurs sucres (Fig. 8). Un polysaccharide peut être composé d'un seul type de sucre (l'amidon et le glycogène par exemple) ou de plusieurs types différents (les lipopolysaccharides =LPS), et d'autres molécules.

Le suffixe "PEPTIDE" réfère à une molécule composée d'un minimum de 2 acides aminés. Un dipeptide est composé de 2 ac. aminés, un tripeptide de 3, etc. Une longue chaîne d'acides aminés est appelé un polypeptide ou une protéine.

Deux types de polynucléotides sont présents dans toutes les cellules, l'ACIDE DÉSOXYRIBONUCLÉIQUE (ADN) et l'ACIDE RIBONUCLÉIQUE (ARN). Il existe 2 différences entres l'ADN et l'ARN. Ils sont tous deux formés d'un pentose, mais l'ADN est composé du pentose DEOXYRIBOSE et l'ARN est composé du pentose RIBOSE. L'ADN et l'ARN contiennent du phosphate et quatre bases de nucléotide. Trois de ces bases sont les mêmes: la GUANINE (G), l'ADÉNINE (A) et la CYTOSINE (C), cependant l'ADN contient de la THYMINE (T), alors que l'ARN contient de l'URACIL (U). Ces bases se retrouvent presque toujours en paires A avec T dans l'ADN ou A avec U dans l'ARN et G avec C chez les deux acides. L'ADN et L'ARN existent sous la forme de longues chaînes. Le squelette de cette chaîne est constitué d'une alternance de groupements sucre et phosphate, les bases étant attachées sur ces sucres. Normalement, mais pas toujours, l'ADN et l'ARN sont sous la forme de DOUBLE BRINS, attachés par des PONTS HYDROGÈNES entre des PAIRES DE BASES. L'ADN forme des paires AT et GC se faisant face tout le long du double brin. La paire AT a deux ponts H alors que la paire GC en a trois.
 


Figure 9. Une molécule d'ADN. En rose les groupements phosphate et les sucres en orange, formant le squelette de l'ADN. Les 4 bases en rouge, vert, orange et bleu sont attachées sur les pentoses et forment des paires AT et GC reliées par des ponts H (lignes bleues). Le génome humain contient approximativement 3 milliards de paires de bases.


 

 

ADRESSES INTERNET D'INTÉRÊT

http://www.bama.ua.edu/~kredding/CH461/course_page.html. Très bon cours de biochimie.

http://www.nyu.edu:80/pages/mathmol/library/life/life.html; images 3D d'acides aminés de lipides, d'acides nucléiques, etc. (nécessite RasMol).

Copyright © Dr. R. E. Hurlbert, 1996. This material may be used for educational purposes only and may not be duplicated for commercial purposes.

Copyright © A. Garnier, 2007 pour la version française modifiée (avec la permission de l'auteur). Ce matériel peut être utilisé à des fins pédagogiques. Aucun droit de reproduction pour des fins commerciales.