Cahier d`apprentissage Module 1 Introduction

Cégep de Rivière-du-Loup
Programme Sciences de la nature 200.BO
Cahier d’apprentissage
Module 1 Introduction
BIOLOGIE GÉNÉRALE II
101 – FJA -04
(2 -2 -2)
Hiver 2008
Nadine Coulombe
Local : C-132
Téléphone : 860-6903 poste 2356
Courriel : [email protected]
Disponibilité : Voir Omnivox
MODULE 1 Introduction
Module 1 : INTRODUCTION
Durée : 2hrs
Objectif intermédiaire : Analyser les relations structures – fonctions à la base de
l’organisation pluricellulaire
Objectifs
d’apprentissage
Contenu
• Expliquer l’organisation
biologique
Hiérarchie des niveaux
d’organisation (Atomes,
molécules, organites, cellules,
organes, systèmes d'organes,
etc.)
Atomes, molécules, liaisons
chimiques, composés
inorganiques, organiques,
bases azotées, glucides,
lipides et protéines.
• Décrire le niveau
d’organisation chimique
à la base du vivant
Activités pédagogiques
Évaluation
formative
Exercice
Schématisation
des niveaux
d’organisation
Quiz, lecture
Quiz sur le
niveau chimique
Référence : Biologie-Neil A. Campbell, pages: 1 à 4
1.1 NIVEAUX D’ORGANISATION :
La vie ne se réduit pas à une simple définition, car elle est associée à l'apparition de
très nombreuses propriétés. Pourtant, n'importe quel enfant conçoit qu'un chien, un
insecte ou un arbre sont vivants, et qu'un caillou ne l'est pas. Nous pouvons reconnaître
la vie sans la définir, et nous la reconnaissons par les actions des êtres vivants.
Pour étudier les êtres vivants, il faut découvrir les divers niveaux de l'organisation
biologique, depuis l'architecture moléculaire jusqu'à la structure de la biosphère.
Les êtres vivants se caractérisent par leur très grande organisation. Vous pouvez vous
en rendre compte en observant le réseau complexe des nervures d'une feuille ou les
motifs colorés qui ornent le plumage d'un oiseau. En examinant minutieusement une
nervure de feuille ou une plume d'Oiseau à l'aide d'un microscope, vous découvririez que
l'organisation biologique existe aussi au-delà du visible.
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L'organisation biologique repose sur une hiérarchie de niveaux structuraux, chacun
des niveaux s'édifiant à partir du niveau inférieur.
: Ce sont les unités structurales chimiques de la matière
: L’agencement du niveau précédent forme ces éléments
biologiques complexes, comme les protéines
: Formation, à partir du niveau précédent de ces
structures fonctionnelles minuscules comme une mitochondrie.
: L’assemblage du niveau précédent permet de former
l’unité de base de la vie, exemple un neurone, une bactérie, ...
*Il est important de noter que les niveaux d’organisation structurale se terminent ici
pour les organismes qui sont unicellulaires. Cependant, d'autres, comme les végétaux
et les animaux, se composent de nombreuses catégories de cellules spécialisées, il
existe donc pour eux d’autres niveaux d’organisation.
: Dans les organismes pluricellulaires, les éléments du
niveau précédent ayant des fonctions semblables se regroupent pour former ce niveau.
Il en existe plusieurs types épithélial, conjonctif, …
: Les arrangements particuliers de différentes
catégories du niveau précédent forment ce niveau structural, par exemple le cerveau
: Les éléments du niveau précédent sont regroupés et
accomplissent une même fonction dans un organismes.
: Ce niveau représente l'ensemble de tous les niveaux
précédents. Ceux-ci travaillent en synergie afin d'assurer le maintien de la vie chez
les organismes pluricellulaires.
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Par exemple, les influx nerveux qui coordonnent vos mouvements sont transmis le long
de cellules spécialisées appelées neurones. Le tissu nerveux de votre cerveau se
compose de milliards de neurones organisés en un réseau de communication d'une
complexité impressionnante. Le cerveau, cependant, ne comprend pas seulement du
tissu nerveux. Il renferme un grand nombre de tissus différents, dont une variété
appelée tissu conjonctif, la névroglie, qui forme son enveloppe protectrice. Le cerveau
fait lui-même partie du système nerveux, tout comme la moelle épinière et les
nombreux nerfs qui transmettent les messages entre cellules et les autres parties du
corps. Outre le système nerveux, il existe plusieurs autres systèmes caractéristiques
de l'espèce humaine et d'autres formes animales complexes. La figure (1.2) page 3
présente un autre exemple de ces niveaux d’organisation.
Faire un schéma de la hiérarchie des niveaux structuraux, du niveau inférieur au niveau
supérieur en situant les organismes unicellulaire et pluricellulaire aux bons endroits.
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Dans la hiérarchie de l'organisation biologique, il y a des niveaux supérieurs à celui de
l'organisme.
: Un groupe d'organismes appartenant à la même espèce,
dans une région et à un moment déterminé.
ensemble forment ce niveau.
: Les divers éléments du niveau précédent vivant
: Ce niveau est en fait les interactions du niveau
précédent, auxquelles participent les composantes non vivantes du milieu, comme le
sol, la lumière et l'eau.
: Un ensemble des éléments variés du niveau précédent,
dispersés sur une vaste étendue géographique, constitue ce niveau qui présente des
conditions climatiques uniformes qui déterminent un type dominant de végétation.
: Finalement, le dernier niveau englobe tous les milieux o
on retrouve de la vie; c'est-à-dire l'eau ainsi qu'une fraction du sol et l'air
environnant la planète.
À chaque niveau de l'organisation biologique, apparaissent de nouvelles propriétés qui
n'existaient pas au niveau précédent. Ce phénomène appelé émergence résulte des
interactions entre les composantes. Ainsi, une molécule possède des propriétés qu'aucun
des atomes qui la composent ne présente, et une cellule est beaucoup plus qu'un simple
paquet de molécules.
Exemple:
atome H : propriétés
atome O : propriétés
molécule H2O : nouvelles propriétés
molécule radical OH : nouvelles propriétés
De même, lorsqu'un traumatisme crânien perturbe l'organisation compliquée du
cerveau humain, le cerveau cesse de fonctionner correctement même si toutes ses
parties sont encore présentes. Autrement dit, un organisme représente une entité plus
grande que la somme de ses parties.
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À première vue, le thème de l'émergence semble soutenir la théorie appelée vitalisme,
suivant laquelle la vie tient d'un phénomène surnaturel qui dépasse les lois de la physique
et de la chimie. En réalité, l'apparition de nouvelles propriétés met simplement en
évidence l'importance de l'organisation structurale. Dans le monde inanimé, un
changement dans la structure d'une substance confère également de nouvelles
propriétés à la nouvelle substance. Le diamant et le graphite, par exemple, possèdent des
propriétés différentes parce que leurs atomes de carbone présentent un arrangement
différent. Les phénomènes vitaux ne s'expliquent donc pas par une «force vitale»
mystérieuse mais par des principes physico-chimiques appliqués aux êtres vivants.
L'apparition de nouvelles propriétés ne fait que refléter la nature hiérarchique de
l'organisation structurale des êtres vivants, sans équivalent chez les objets inanimés.
Quand ils s'efforcent de comprendre des processus biologiques, les scientifiques font
face à un dilemme, car les propriétés des êtres vivants émergent d'une organisation
complexe. La première facette de ce dilemme réside dans le fait qu'on ne peut pas
expliquer totalement un niveau d'organisation supérieur en le réduisant à ses parties.
Aussi, un animal disséqué n'est plus fonctionnel, et une cellule démantelée en
constituants chimiques n'a plus rien d'une cellule. L'autre facette du dilemme, c'est qu'il
est vain d'essayer d'analyser une chose aussi complexe qu'un organisme ou une cellule
sans les démanteler. Le réductionnisme, c'est-à-dire la fragmentation de systèmes
complexes en des composantes plus simples et plus faciles à manipuler pour les étudier,
constitue une stratégie efficace en biologie. Par exemple, c'est en étudiant la structure
moléculaire d'une substance extraite de cellules, l'ADN, que James Watson et Francis
Crick ont pu déduire, en 1953, de quelle facon cette molécule pouvait servir de base
chimique à l'hérédité. Cependant, le rôle principal de l'ADN s'est clarifié seulement
quand on a pu étudier ses interactions avec d'autres substances dans la cellule. La
biologie apporte un contrepoids au réductionnisme pragmatique, car son objectif à long
terme consiste à comprendre l'intégration fonctionnelle des différentes parties de la
cellule et de l'être vivant.
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1.2 CORRÉLATION ENTRE LA STRUCTURE ET LA FONCTION:
Structure et fonction vont de pair. Appliqué à la biologie, ce thème aide à
comprendre la structure de la vie à tous ses niveaux, depuis la molécule jusqu'à
l'organisme entier. L'analyse d'une structure biologique nous révèle des indices sur sa
fonction et son mécanisme, vice-versa.
La forme aérodynamique de l'aile d'un oiseau illustre bien cette relation structure
- fonction. Sous ses contours, l'oiseau possède un squelette dont les caractéristiques
structurales lui permettent de voler, ses os à structure lacunaire offrent résistance et
légèreté. Pour illustrer ce rapport structure - fonction, au plan cellulaire cette fois,
prenons l'exemple des neurones qui commandent les muscles sollicités pour le vol. Ce sont
les longs prolongements des neurones qui transmettent aux muscles les influx nerveux et
qui rendent ces cellules particulièrement bien adaptées à la communication. En guise
d'exemple d'anatomie fonctionnelle au niveau intracellulaire, maintenant, examinons les
mitochondries, organites typiques des eucaryotes. Les mitochondries constituent les
centres de la respiration aérobie, ce processus chimique qui utilise l'oxygène pour capter
l'énergie emmagasinée dans le sucre et les autres nutriments. La mitochondrie est
entourée d'une membrane externe, mais elle possède également une membrane interne
comportant de nombreux replis. Les molécules enchâssées dans la membrane interne
accomplissent plusieurs des étapes de la respiration aérobie; les replis augmentent la
surface d'échange et permettent d'affecter un plus grand nombre de molécules au
processus.
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Résumé:
L'étude des êtres vivants:
• doit tenir compte des niveaux de l'organisation biologique de la molécule à la
biosphère.
• cette organisation repose sur une hiérarchie de niveaux structuraux qui vont du
niveau inférieur à supérieur:
• chaque niveau de l'organisation biologique est caractérisé par de nouvelles
propriétés qui émergent des interactions entre les composantes, c’est
l’ÉMERGENCE
• l’émergence de nouvelles propriétés dépend de l'organisation structurale
(exemple:
diamant et graphite (carbone))
• pour mieux comprendre la structure de la vie à tous les niveaux, il est
indispensable de prendre conscience de la corrélation entre la structure et la
fonction;
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Exercice formatif:
1-Quelle caractéristique permet de reconnaître la manifestation de la vie?
2-Quelle est la principale caractéristique de l'organisation biologique?
3-Nommez, dans l'ordre, les niveaux structuraux de l'organisation biologique et donnez,
pour chacun de ces niveaux, un exemple?
4-Expliquez ce qu'est l'émergence et donnez-en un exemple?
5-ƒtablissez un rapport entre l'émergence et l'organisation structurale ?
6-Expliquez le lien qui existe entre la structure et la fonction?
7-Donnez et expliquez un exemple d'une corrélation entre la structure et la fonction?
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1.3 LE NIVEAU CHIMIQUE
1.3.1 Les substances chimiques et la vie
La vie résulte de l'effet cumulatif des interactions entre les nombreuses substances
chimiques qui constituent les cellules d'un organisme. La vie naît de l'organisation
intégrée de l'organisme entier. L'analyse chimique qualitative des organismes vivants
montre qu'ils sont constitués des éléments du milieu abiotique. Cependant, cette analyse
n'a qu'une valeur limitée, parce que ce sont surtout les composés formés à partir de ces
éléments qui auront une valeur vraiment significative. (pages 27 –29)
On distingue 25 des 92 éléments naturels qui sont essentiels à la vie. Toutefois,
quatre de ces 25 éléments, soit le carbone (C), l'oxygène (O), l'hydrogène (H) et l'azote
(N), représentent à eux seuls 96% de la composition de la matière vivante. Le phosphore
(P), le soufre (S), le calcium (Ca), le potassium (K) et quelques autres éléments
constituent quant à eux presque tout le reste de la matière d'un organisme (4%).
(Consulter le tableau 2.1 de la page 29 pour les détails).
1.3.2 Lois chimiques et matière vivante
Quelle est la différence entre un élément et un composé ?
Complétez le tableau suivant en vous référant aux pages 29 à 31
Atome
Isotope
Radio-isotope
Définition et
composition
Particularités
Numéro atomique Masse
atomique
Exemple
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Pour former des composés les atomes doivent se lier de différentes façons. Une
liaison chimique c’est une interaction entre des éléments pour former un composé.
Complétez le tableau suivant en vous référant aux pages 34 à 40
Types de
liaison
Ionique
Covalente polaire
Covalente polaire
Hydrogène
Définition
Particularités
Force
Exemple
1.3.3 La singularité vitale de l'eau
Les molécules d'eau sont attirées les unes vers les autres, créant des liaisons
hydrogène.
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/proprie/2laMol.html
Ces liaisons déterminent les propriétés physique et chimique de l'eau:
- Pouvoir de cohésion (cohésion, adhérence et tension superficielle)
Les molécules d'eau adhèrent l'une à l'autre et à de nombreuses autres
substances dont le verre, le coton, les plantes et les sols. C'est ce qu'on qualifie
de phénomène d'adhérence. Dans un mince tube de verre, par exemple, lorsque
les molécules près du rebord se rapprochent des molécules de verre et y
adhèrent, elles entraînent avec elles d'autres molécules d'eau. En retour, la
surface de l'eau attire l'eau à un nouveau niveau jusqu'à ce que le mouvement
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descendant de la force de la gravité soit trop fort pour y résister. Ce processus
a pour nom l'ascension capillaire. L'eau imbibe facilement de nombreux tissus.
C'est grâce à l'ascension capillaire qu'une serviette de papier ou une éponge sert
à essuyer de l'eau renversée. Sans cette propriété, les éléments nutritifs
indispensables aux plantes et aux arbres demeureraient dans le sol.
La tension superficielle est une mesure de la force du film de la surface de l'eau.
Cependant, les molécules d'eau sont liées entre elles, créant un film très fort
dont la tension est supérieure à celle de tout autre liquide, sauf le mercure. La
tension superficielle permet à l'eau d'adhérer à d'autres substances plus lourdes
et plus denses qu'elle. Une aiguille d'acier pourra flotter si on la pose
délicatement sur la surface de l'eau d'un verre. Certains insectes aquatiques
comme l'araignée d'eau se fient à la tension superficielle pour se déplacer à la
surface de l'eau. La tension superficielle est essentielle au transfert de l'énergie
éolienne à l'eau pour créer des vagues. Celles-ci sont à leur tour nécessaires car
elles permettent de diffuser rapidement de l'oxygène dans l'eau des lacs et des
mers.
- Chaleur spécifique élevée (réservoir thermique, température et chaleur)
La chaleur spécifique est le nombre de joules requis pour élever de 1ºC la
température de 1 gramme de cette substance. En comparaison avec la plupart des
autres substances, l'eau possède une chaleur spécifique très élevée (4.184J/g/ºC
pour 2.51J/g/ºC pour l'éthanol). La chaleur spécifique élevée de l'eau résulte des
liens H. En effet, pour que les liens H se brisent, il y a absorption de chaleur et il
se produit un dégagement de chaleur lorsque les liens H se forment. Lorsque la
température de l'eau baisse légèrement, beaucoup d'autres liens H se forment,
libérant une quantité énorme d'énergie sous forme de chaleur. Par cette
propriété, l'eau stabilise la température. Le climat varie moins lorsque l'eau
absorbe une certaine quantité de chaleur. Ainsi une grande étendue d'eau peut
absorber une énorme quantité de chaleur solaire durant le jour et l'été. L'eau qui
se refroidit graduellement la nuit et l'hiver réchauffe l'air grâce à la chaleur
absorbée le jour et l'été. La chaleur spécifique élevée de l'eau explique aussi la
grande stabilité de la température des océans (favorable pour la vie marine).
C'est aussi pour cette raison qu’on utilise si fréquemment l'eau comme agent de
refroidissement et de transfert de la chaleur au cours de procédés chimiques ou
thermiques.
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- chaleur de vaporisation élevée (passage de l'état liquide à l'état gazeux)
La chaleur de vaporisation est la quantité de chaleur que 1 gramme de liquide doit
absorber à température constante pour passer de l'état liquide à l'état gazeux.
En comparaison avec la plupart des autres liquides, l'eau possède une chaleur de
vaporisation élevée. Elle résulte des liens H qui retiennent les molécules et
rendent leur sortie de l'état liquide plus difficile. Il faut une quantité importante
de chaleur pour que l'eau se vaporise car les liens H doivent se briser. La chaleur
de vaporisation élevée de l'eau contribue à tempérer le climat. Le
refroidissement de l'eau par vaporisation contribue à la stabilité de la
température dans les lacs et les étangs, empêche la surchauffe des organismes
terrestres. Le refroidissement d'un liquide par vaporisation se produit parce que
les molécules possédant l'énergie cinétique la plus grande (les plus "chaudes")
sont les premières à s'échapper sous forme de gaz. Donc la surface du liquide
résiduel refroidit. Par exemple, la vaporisation de l'eau des feuilles d'une plante
empêche les tissus des feuilles de devenir trop chauds au soleil. De même lors
d'un exercice intense, la vaporisation de la sueur se trouvant sur notre peau
refroidit la surface de notre corps et aide à prévenir de l'hyperthermie.
- dilatation quand elle gèle (flottabilité de la glace est propre à la vie)
L'eau est une des rares substances qui possèdent une masse volumique plus
élevée à l'état liquide que solide. Donc la glace flotte. Alors que les autres
substances se contractent en se solidifiant, l'eau se dilate. Ce comportement
résulte encore une fois des liens H. Au-dessus de 4ºC, l'eau se comporte comme
les autres liquides: elle se dilate lorsqu'elle se réchauffe et se contracte quand
elle refroidit. Lorsque la température atteint 0ºC, l'eau forme un réseau
cristallin, chaque molécule d'eau demeurant liée à ses voisines. Les liens H
gardent les molécules assez éloignées les unes des autres; de cette façon, la
masse volumique de la glace est inférieure d'environ 10% à celle de l'eau liquide à
4ºC. Lorsque la glace absorbe assez de chaleur pour que sa température passe au
dessus de 0ºC, les liens H entre les molécules se brisent. Alors que le cristal
s'affaisse, la glace fond et les molécules se rapprochent les unes des autres.
L'eau atteint sa masse volumique maximale à 4ºC et commence à se dilater. La
flottabilité de la glace contribue grandement à rendre l'environnement propice à
la vie. Lorsqu'une étendue d'eau profonde refroidit, la glace qui flotte isole l'eau
liquide au-dessous. En empêchant celle-ci de geler, la glace favorise l'existence
de la vie sous la surface. La congélation de l'eau et la fonte de la glace aident
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également à rendre les changements de saisons moins brusques; les organismes
peuvent ainsi s'adapter graduellement au changement de climat. Comme cela a
déjà été dit précédemment, l'eau libère de la chaleur dès que les liens H se
forment et absorbe cette énergie dès que les liens H se brisent. Lorsque l'eau se
solidifie en glace ou en neige, la chaleur dégagée réchauffe l'air à mesure que les
liens H assemblent les molécules en réseau cristallin. Cela contribue à réchauffer
partiellement les températures automnales, ralentissant l'arrivée de la saison
froide. Au cours du dégel printanier, la glace absorbe la chaleur qui rompt les
liens H, ralentissant cette fois l'arrivée de la saison chaude.
- un solvant incomparable (substance hydrophile et hydrophobe)
La propriété la plus remarquable de l'eau est son aptitude à dissoudre d'autres
substances. Il n'existe à peu près aucune substance connue qui n'ait été
identifiée en solution dans les eaux de la planète. C'est cette propriété de
dissolution qui rend la vie possible sur terre; l'eau véhicule les éléments nutritifs
indispensables aux animaux et aux plantes. En tombant, une goutte de pluie
dissout des gaz atmosphériques. Les précipitations ont donc une incidence sur la
qualité des terres, des lacs et des cours d'eau.
Les solutions aqueuses ont des propriétés différentes mais importantes (lire pages 49
à 52), les acides, les bases et les solutions tampons
Référence Campbell, pages 43 à 48
http://w3.umh.ac.be/chimie/docs/studs03‐04/EVanhelleputte/page2.html
http://www.ec.gc.ca/WATER/fr/nature/prop/f_prop.htm
1.3.4 Les composés organiques
Le carbone a joué un rôle déterminant dans l'évolution de la vie sur Terre par sa
capacité à former des molécules volumineuses, complexes et variées. Les protéines,
l'ADN, les glucides et les autres molécules qui caractérisent la matière vivante
contiennent tous des atomes de carbone. (Biologie, Neil A. Campbell, pages 53-61) Les
substances qui contiennent du carbone s'appellent, composés organiques (carbone
tétravalent ramifié). (Référence aux pages 55 à 62 et au cours de Chimie organique)
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1.3.5 Les macromolécules
Les macromolécules sont élaborées à partir de molécules organiques qui se lient pour
former des chaînes appelées polymères. Un polymère est une grosse molécule constituée
d'un grand nombre d'unités structurales de base identiques ou semblables qui sont
rattachées le long d'une chaîne pouvant se déployer de différentes façons dans l'espace.
Les molécules organiques ou groupes de molécules organiques qui servent d'unités
structurales de base s'appellent monomères. (Lire les pages 65 à 88)
Les glucides comprennent les monosaccharides (1 monomère), les disaccharides (2
monomères) et les polysaccharides (plusieurs monomères = polymères).
- On classe les monosaccharides selon la longueur de leur chaîne carbonée (voir
figures 5.3, page 67), les trioses (3 C), les pentoses (5 C), les hexoses (6 C), … Les
hexoses sont le groupe de monosaccharides qui comprend le glucose et ses
isomères qui sont le fructose et le galactose.
- Les disaccharides sont en fait composé de deux monosaccharides unis par une
liaison covalente (liaison glycosidique) par exemple (voir figure 5.5 page 69). Deux
molécules de glucose unies par une liaison covalente forme le maltose. Le lactose
est formé par l’union d’un glucose et d’un galactose. Le sucre le plus répandu, le
sucre granulé ou saccharose est formé par la liaison d’une molécule de glucose et
d’une molécule de fructose
- Les polysaccharides sont des polymères résultants de la condensation de quelques
centaines à quelques milliers de monosaccharides. Il existe des polysaccharides de
réserve et des polysaccharides structuraux.
Types
Caractéristiques
Réserve
Nom
Végétal
Animal
Constitution
Particularités
Structural
Nom
Constitution
Particularité
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Les lipides sont des composés chimiquement hétérogènes ayant en commun une
caractéristique qui est leur peu d'affinité pour l'eau. Le comportement hydrophobe des
lipides repose sur leur structure moléculaire parce qui renferme surtout des liaisons non
polaires carbone - hydrogène. Les lipides sont regroupés dans trois familles (voir pages
70 -74).
- Les graisses sont formées d'une molécule de glycérol lié avec 3 acides gras de
taille variable mais plus volumineuse que le glycérol (voir figure 5.10 page 72). Le
glycérol est un alcool à 3 atomes de carbone dont chacun porte un groupement
hydroxyle. L'acide gras est fait d'une chaîne carbonée plus ou moins longue. La
tête avec un groupement carboxyle polaire, le glycérol et la queue de carbone et
d'hydrogène (CH) non polaire, l’acide gras. Cette constitution explique l'insolubilité
des graisses dans l'eau (Exemple: une vinaigrette). La graisse formée par la liaison
du glycérol et 3 acide gras se nomme aussi le triacylglycérol (voir figure 5.10 b page 72).
Les acides gras liés au glycérol peuvent être saturé ou insaturé.
• Les graisses animales sont composées d’acides gras saturés, c’est-à-dire qu’il
ne présente aucune double liaison. Ces graisses sont solides à la température
de la pièce (voir figure 5.11 page 73). Ce sont c’est gras qui peuvent être
responsable d’une maladie cardio-vasculaire, l’athérosclérose.
• Les graisses végétales (huiles) sont composées acides gras insaturés, c’est-àdire qu’il présente des doubles liaisons. Ces graisses sont liquides à la
température de la pièce parce que les angles formés par les doubles liaisons
empêchent les molécules de s'agglomérer (voir figure 5.11 b page 73).
La fonction principale des graisses est d'emmagasiner l'énergie (réserve d'énergie
plus compacte) car un gramme de graisse contient 2 fois plus d'énergie qu'un
gramme de glucide comme l'amidon. Les graisses jouent donc un rôle important
dans la protection des organes et comme isolation thermique.
- Les phosphoglycérolipides ou phospholipides ressemblent beaucoup aux graisses
mais au lieu de posséder 3 acides gras, ils n'en possèdent que 2. Ils possèdent une
queue hydrophobe et une tête hydrophile. Ce sont les constituants principaux des
membranes
cellulaires.
Un
exemple
de
phosphogycérolipides,
le
phosphatidylcholine est aussi appelé lécithine (voir figure 5.12 page 74).
- Les stéroïdes sont des lipides caractérisés par un squelette carboné formé de 4
cycles accolés et les groupements fonctionnels attachés à cet ensemble de cycles
varient d'un type de stéroïde à l'autre (voir figure 5.14 page 74). Un des stéroïdes
important est le cholestérol. C’est un des constituants des membranes cellulaires
et un précurseur de plusieurs autres stéroïdes comme les hormones sexuelles.
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Les protéines constituent 50% du poids sec des cellules et présentent plusieurs
fonctions (voir pages 74 à 83, voir tableau 5.1 page 76), soutien, mise en réserve, transport,
régulation hormonale, réception de substances, mouvement immunité et catalyse. Ce sont
les molécules les plus complexes, des polymères d'acides aminés (monomères). Elles sont
constituées d'acides aminés, un groupement carboxyle avec un groupement amine (voir
figure 75). Il existe 20 types d'acides aminés (voir figure 5.15 page 76). Pour former des
polypeptides et des protéines, il y a condensation, liaison covalente appelée liaison
peptidique entre les acides aminés. Les protéines possèdent une conformation
tridimensionnelle. La fonction d'une protéine repose sur sa conformation unique et sur sa
capacité de reconnaître une autre molécule et de s'y lier (clé vs serrure)
Il existe quatre niveaux d'organisation structurale chez les protéines (fig 5.24 p.82).
- La structure primaire (voir figure 5.18 page 78) c’est la séquence, la suite des acides
aminés qui forment la protéine. La structure primaire modifiée de l’hémoglobine
peut rendre l’hématie ou globule rouge défectueux, on le nomme alors globule
rouge falciforme (voir figure 5.19 page 79).
- La structure secondaire est représentée par des replis et des enroulements dans
la chaîne polypeptidique (voir figure 5.20 page 79). Ces replis et enroulements sont
attribuables à des liaisons hydrogènes soit l’hélice alpha (α) ou le feuillet plissé
bêta (β) qui est en fait un plissement en accordéon.
- La structure tertiaire correspond à l'ensemble des contorsions irrégulières dues
aux liaisons entre les chaînes latérales (voir figure 5.22 page 80). La structure
tertiaire est en réponse à l'effet hydrophobe (acides aminés non polaires). Les
liaisons rencontrées dans cette structure sont covalentes, des ponts disulfures
et ioniques
- La structure quaternaire est composée de 2 ou plusieurs chaînes polypeptidiques
appelées sous-unités (voir figure 5.23 page 81). La structure quaternaire correspond à
l'interaction entre les sous-unités.
L'action de divers facteurs peut faire se dérouler une protéine et faire perdre ainsi
sa conformation à la protéine, la protéine est alors dénaturée. Les principaux facteurs
sont le pH, la concentration en sels, la température et les substances chimiques diverses.
Ces facteurs brisent les liaisons hydrogènes, ioniques et les ponts disulfures. La chaleur,
quant à elle, agite les chaînes polypeptidiques de façon à déstabiliser la conformation.
Une protéine dénaturée est biologiquement inactive. Cependant, une protéine dénaturée,
mais non coagulée, reste dissoute et peut reprendre sa forme originale lorsqu'on la
replace dans son environnement normal (voir figure 5.25 page 83). La conformation d’une
protéine est déterminée parla séquence des acides aminés c'est-à-dire les endroits o se
formeront les hélices alpha, des feuillets plissés bêta, des ponts disulfures et ainsi de
suite
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Les acides nucléiques se présentent sous deux types, l’ADN (acide
désoxyribonucléique) et l’ARN (acide ribonucléique) (voir pages 83 -88). L'ADN est le
matériel héréditaire que les organismes se transmettent au fil des générations. L'ARN
sert d'intermédiaire dans la circulation de l'information génétique de l'ADN aux
protéines. Les acides nucléiques sont des polymères formés de monomères, les
nucléotides. Chaque nucléotide est formé d’un pentose (ribose ou désoxyribose), un des
base azotée, pyrimidine (cytosine, thymine ou uracile) ou purine (adénine, guanine) et un
groupement phosphate (voir figure 5.29 page 86).
L’ADN et les protéines sont des reflets de l'évolution (voir pages 87 et 88). Deux espèces
très apparentées présentent (ADN et leurs protéines) de plus grandes similitudes que
deux espèces moins apparentées (voir tableau 5.2 page 88).
N.B.: Il faudrait consulter vos notes du cours évolution et Diversité du vivant pour de plus amples
informations sur les acides nucléiques et la synthèse des protéines.
Biologie générale II
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Exercice formatif:
1- Précisez l'utilité en biologie, des isotopes radioactifs?
2- Nommez et expliquez, à l'aide d'exemples, les 3 grands types de réactions
chimiques?
3- Expliquez, à l'aide d'exemples, les liens covalents, ioniques et hydrogènes?
4- Caractérisez, par rapport à leur force, les liens covalents, ioniques et hydrogènes?
5- Expliquez l'origine de la polarité et de l'asymétrie chez la molécule d'eau?
6- Démontrez l'importance que confère à la molécule d'eau sa polarité?
7- Définissez polymères ?
8- Nommez les principaux monosaccharides, précisez leur composition chimique
respective et donnez leurs principaux rôles ?
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9- Nommez les principaux disaccharides, précisez leur composition chimique respective
et donnez leurs principaux rôles?
10- Nommez les principaux polysaccharides, précisez leur composition chimique
respective et donnez leurs principaux rôles?
11- Nommez les principaux groupes ou classes de lipides?
12- Donnez la composition chimique générale des principaux groupes de lipides?
13- Énumérez et expliquez les principales caractéristiques des acides gras?
14- Expliquez le mode d'action des savons et des sels biliaires sur les lipides?
15- Nommez et expliquez les principaux rôles joués par les différentes classes ou
groupes de lipides?
16- Démontrez le rôle des protéines chez les êtres vivants?
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17- Donnez la composition chimique des protéines?
18- Expliquez les 4 structures des protéines?
19- Donnez et expliquez la structure de l'ADN et de l'ARN?
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