Notions de chimie

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Notions de chimie

Dr Gaëtan Jego

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1.La matière

2.Combinaisons de la matière : Les liaisons chimiques 3.Réactions chimiques

4.Composition chimique de la matière vivante

PLAN

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1.La matière

2.Combinaisons de la matière : Les liaisons chimiques 3.Réactions chimiques

4.Composition chimique de la matière vivante

PLAN

(4)

LA MATIERE

1) Quelques définitions :

LA MATIERE = ………...

CHIMIE ………...

BIOCHIMIE ………...

•La matière peut être sous la forme solide: ………...

sous la forme liquide : ………...

sous la forme gazeuse : ………...

(5)

LA MATIERE

2) Composition de la matière:

ATOMES = ………...

Oxygène

Azote

Carbone Hydrogène 96%

4%

Calcium Phosphore

Fer Soufre

Iode…

Cobalt Cuivre…

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LA MATIERE

3) Définition des atomes :

très petits : 0,1 –0,5 nm (1 nm =10^-9m)

Particules Nombre et proportion variable selon les atomes

Ces particules diffèrent par

o ………...

Charge électrique = ………...

+ + +

+ + + + +

+ + + - -

- - -

(7)

LA MATIERE

4) Masse et charge des particules:

Charge + (p+) Charge neutre (n°) Charge - (p-)

NOYAU

Masse lourde (99% de le masse de l’atome)

• Masse très faible

• Charge égale au proton

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LA MATIERE

Les atomes sont électriquement neutres: ………...

H = 1 proton + 1 électron

Fe = 26 protons + 26 électrons

4) Masse et charge des particules:

Peuvent perdre ou gagner des électrons → ………...

(9)

5) l’identification des atomes:

LA MATIERE

o Numéro atomique

o Nombre de masse

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5) l’identification des atomes:

LA MATIERE

o Numéro atomique

= nombre de protons……..= nombre d’électrons !

Indiqué en indice à gauche du symbole chimique

1

H

2

He

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5) l’identification des atomes:

LA MATIERE

o Nombre de masse

(Nombre d’unités de masse atomique)

= Nombre protons + nombre neutrons

Ex: H = 1 proton (0 neutrons) numéro atomique = 1

nombre de masse = 1 + 0 = 1 Ex: He = 2 protons + 2 neutrons numéro atomique = 2

nombre de masse = 2 + 2 = 4

Indiqué en exposant à gauche du symbole chimique

1 H

4He

(12)

5) l’identification des atomes:

LA MATIERE

o Masse atomique

= masse des protons + masse des neutrons + masse des électrons

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6) Les ………:

LA MATIERE

La plupart des atomes existent sous plusieurs formes appelés ………

Variation du nombre de neutrons ………...

………...

Dans la nature, les atomes = mélange d’isotopes

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LA MATIERE

6) Les isotopes:

Exemple des isotopes de l’hydrogène

Lourdeur du noyau

Instabilité du noyau

désintégration

Libération d’énergie Radio-isotope

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LA MATIERE

6) Les radio-isotopes:

Energie libérée sous forme de rayons (alpha, bêta, gamma) :

Pouvoir de pénétration des différents rayonnements :

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LA MATIERE

6) Les radio-isotopes:

Energie libérée sous forme de rayons (alpha, bêta, gamma)

•Effets biologiques des rayons → radicaux libres (molécules, cellules, tissus...)

(revenir plus tard sur cette notion)

•Utilisation médicale des radio-isotopes

–Tomographie par Emissions de Positons : imagerie diagnostique (étude du métabolisme)

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LA MATIERE

6) Les radio-isotopes:

Energie libérée sous forme de rayons (alpha, bêta, gamma)

•Effets biologiques des rayons → radicaux libres (molécules, cellules, tissus...)

•Utilisation médicale des radio-isotopes

–Tomographie par Emissions de Positons : imagerie diagnostique (étude du métabolisme) –Radiothérapie: destruction cellules cancéreuses

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1.La matière

2.Combinaisons de la matière : Les liaisons chimiques 3.Réactions chimiques

4.Composition chimique de la matière vivante

PLAN

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COMBINAISON DE LA MATIERE

1) Les molécules:

Molécule= ………...

Combinaison de deux atomes du même élément Une molécule de cet élément H + H H₂ gazeux

Lorsque les atomes s’associent: formation d’une ………(= liaison entre 2 atomes)

(20)

COMBINAISON DE LA MATIERE

2) Les couches électroniques impliqués dans les liaisons chimiques :

Couches électroniques (de 1 à ….7) = niveaux d’énergies

………… Force d’attraction

des électrons par le noyau

FORT FAIBLE

………… …………

(21)

COMBINAISON DE LA MATIERE

3) Rôle des électrons dans les liaisons chimiques :

o Chaque couche électronique peut recevoir un nombre max d’électron 2 sur la 1^ère couche

8 sur la 2^ème couche 18 sur la 3^ème couche Exemple :

Couche externe = ………

Électron réactif

= participe aux liaisons

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COMBINAISON DE LA MATIERE

3) Rôle des électrons dans les liaisons chimiques :

o Éléments chimiquement réactifs (couche de valence incomplète) : o Éléments chimiquement inertes (couche de valence complète) :

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COMBINAISON DE LA MATIERE

3) Rôle des électrons dans les liaisons chimiques : règle des 8 électrons

o Les atomes interagissent entre eux pour que leurs ……….

o Interaction = rapprochement ou mise en commun de leur couche de valence

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COMBINAISON DE LA MATIERE

3 bis ) Rôle des électrons dans les liaisons chimiques : règle du duet

o Les atomes interagissent entre eux pour que leur couche de valence, contienne 2 e- si cette couche de valence est la 1^er couche

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COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques :

Il existe ainsi plusieurs types de liaisons : –Liaisons ioniques

–Liaisons covalentes:

- Non polaire - Polaire

–Liaisons hydrogène

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COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques : La liaison ionique

o Est créée lorsque des électrons passent ……….. d’un atome à l’autre o Quand les atomes gagnent ou perdent des électrons au cours d’une liaison, …….. entre charges positives (protons) et charges négatives (électrons) ……….

Particules chargées = …………

Attraction faible Transfert d’ -

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COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques : La liaison ionique

Transfert d’ -

o L’atome qui gagne un électron acquiert une charge nette négative (plus d’électrons que de protons) est ……..

o L’atome qui perd un électron acquiert une charge nette positive (moins d’électrons que de protons) est ………

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COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques : La liaison covalente

o Quand chaque atome complète sa couche de valence en ……….. des électrons avec d’autres atomes.

Pas de transfert

o Les électrons mis en commun gravitent autour de la molécule et stabilisent les atomes constituant cette molécule

o Attraction ou liaison ……..

Exemple 1 : formation de la molécule d’hydrogène

1 liaison simple

(29)

Exemple 2 : formation de la molécule d’oxygène

COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques : La liaison covalente

Exemple 3 : formation de la molécule de méthane

4 liaisons simples 1 liaison double

(30)

Lorsque les électrons de valence sont mis en commun de manière équilibrée entre les atomes, la molécule formée est dite non polaire

COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques : La liaison covalente non polaire

Attraction équilibrée

Exemple 1 : formation de la molécule de gaz carbonique = molécule non polaire

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COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques : La liaison covalente polaire

o L’extrémité vers O est chargée négativement (-)

o l’extrémité où se trouve l’hydrogène est chargée positivement (+) La molécule a deux pôles chargés (= dipôle) : elle est polaire Exemple 1 : formation de la molécule (H2O) = molécule polaire

Orientation particulière :

(32)

COMBINAISON DE LA MATIERE

4) Les types de liaisons chimiques : La liaison hydrogène

Exemple 1 : liaisons hydrogène de la molécule d’eau

Se forment quand un atome d’hydrogène électropositif est attiré par un atome électronégatif, créant ainsi une sorte de pont entre eux.

o Conformation spatiale des grosses molécules

o Liaisons très faible

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1.La matière

2.Combinaisons de la matière : Les liaisons chimiques 3.Réactions chimiques

4.Composition chimique de la matière vivante

PLAN

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REACTIONS CHIMIQUES

1) Les types de réaction chimiques :

Définition : association ou dissociation d’atomes ….rupture ou formation de liaisons.

3 types de réactions :

o Réaction de ………..

o Réaction ……….

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REACTIONS CHIMIQUES

1) Les types de réaction chimiques : Anabolisme

A + B AB

Formation d’une liaison = consommation d’énergie Exemple : formation d’une protéine par assemblage d’acides aminés

(36)

REACTIONS CHIMIQUES

2) Les types de réaction chimiques : Catabolisme

A + B

AB

Rupture d’une liaison = libération d’énergie Exemple : dissociation du glycogène en unités de glucose

(37)

REACTIONS CHIMIQUES

2) Les types de réaction chimiques : Réaction d’échange

AC + B

AB + C AB + CD AC + BD

Échange de parties de molécules

Exemple : Formation du glucose phosphate par transfert du groupement phosphate terminal de l’ATP sur le glucose

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1.La matière

2.Combinaisons de la matière : Les liaisons chimiques 3.Réactions chimiques

4.Composition chimique de la matière vivante

PLAN

A. Composés inorganiques B. Composés organiques

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1.La matière

2.Combinaisons de la matière : Les liaisons chimiques 3.Réactions chimiques

4.Composition chimique de la matière vivante

PLAN

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

60 % du poids du corps = le + abondant de la matière vivante Nombreux rôles :

–Thermorégulateur:

–Favorise réactions chimiques(ex: hydrolyse) –Protecteur

–Lubrifiant(en association avec autres molécules) –Solvant universel (molécule polaire)

L’EAU

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Contiennent liaisons ioniques (transfert d’e-)

•Association de divers minéraux –En cristaux(solide)

–En solution,

NaCl : Na⁺ + Cl-

Ions = particules chargées = électrolytes(conduisent l’électricité)

•Maintien des quantités constantes d’ions dans l’organisme = essentiel à la vie

importance de l’équilibre électrolytique

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

LES SELS

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

LES ACIDES

o Substance qui libère des ions hydrogènes = noyau d’un atome d’hydrogène

o H⁺ = protons en solution dans l’eau oUn acide est un donneur de protons

o Lorsqu’il se dissout dans l’eau, un acide libère des ions hydrogène et des anions

HCL H

⁺

+ CL

^-

Exemple :

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

LES BASES

o Accepteur de protons

o Les bases libèrent des ions hydroxyles (OH-) et des cations lorsqu’elles se dissocient dans l’eau

Exemples de base forte :

 La soude

Exemples de base faible :

 Bicarbonate

NaOH Na

⁺

+ OH

^-

HCO

₃

- + H

⁺

H

₂

CO

₃

Acide carbonique Acides et bases réagissent entre elles pour former des sels

HCL + KOH KCL + H

₂

0

(44)

L’effet Bohr/Hasselbalch, Krogh

CO2 : diminue affinité de l’Hb pour l’oxygène en 1-baisse pH 2-libère protons

TISSUS

POUMONS CO₂

H₂O +

H₂CO₃ + H⁺

Anhydrase carbonique

H⁺ H⁺ H⁺

H⁺

R T

Forme T favorisé

Forme R favorisé CO₃H^-

+

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

pH : concentration acide-base

Le pH traduit la concentration relative des ions H+ (et OH-) dans les liquides de l’organisme

[OH-]

[H+]

Alcalinité Acidité

pH : 0 7.0 14

Suc gastrique Salive Médicaments

anti-acides

Ammoniaque domestique

7.4 pH :

Acidose Alcalose

6.8 8

Sang :

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

7.4 pH :

6.8 8

Sang : SYSTÈME TAMPON

o Maintien le pH à des niveaux compatibles avec le fonctionnement cellulaire

o Exemple : le système tampon acide carbonique/bicarbonate Retire des protons libres :

Libère des protons libres :

HCO

₃

- + H

⁺

H

₂

CO

₃

Acide carbonique Ion bicarbonate

H

₂

CO

₃

HCO

₃

- + H

⁺

(47)

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

7.4 pH :

6.8 8

Sang : SYSTÈME TAMPON

o Maintien le pH à des niveaux compatibles avec le fonctionnement cellulaire

o Exemple 2: le système tampon des phosphates Retire des protons libres :

Retire des ions hydroxyles libres :

HPO

₄^2-

+ H

⁺

H

₂

PO

₄^-

Ion monohydrogenophosphate Ion dihydrogénophosphate

HCO

₃

- + H

⁺

H

₂

PO

₄^-

+ OH

^-

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1.La matière

2.Combinaisons de la matière : Les liaisons chimiques 3.Réactions chimiques

4.Composition chimique de la matière vivante

PLAN

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

Unité de base = monosaccharide = sucre simple o Glucose: 6 atomes de carbone

Fructose : 6 atomes de carbone o Galactose: 6 atomes de carbone o Ribose: 5 atomes de carbone

Carbone (C) + Hydrogène (H) + Oxygène (O) (CH

₂

O)n

1) Les sucres

glucose

Fructose

(50)

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

1) Les sucres

Formé par réaction de synthèse (réversible) avec libération d’eau

oOrigine = alimentaire

oHydrolysé pour former sucres simples (glucose) au cours digestion oSucrose = Glucose + Fructose

ex : Sucre de canne ou betterave

oLactose = Glucose + Galactose ex : Lait

oMaltose = Glucose + Glucose ex : Bière

Les disaccharides

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

1) Les sucres : Polysaccharides

= Longue chaîne ramifiée de glucose

• Amidon

• Glycogène = forme stockage d’énergie pour les cellules (foie)

•Glucose en excès stocké aussi en lipides

•Glucose utilisé selon besoins:

•Oxydation (O2) du glucose → CO2+ H2O + énergie(ATP)

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

2) Les lipides

o Contiennent C, H, O

o Insolubles dans l’eau, solubles dans les solvants (éther, chloroforme) o Présents dans aliments (viande, lait, huiles, jaune d’oeuf…)

o Stockage dans tissu adipeux o Source d’énergie (> glucides) o 3 grandes catégories :

–Triglycérides –Phospholipides –Stéroïdes

(53)

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

2) Les lipides : triglycérides Acides gras + glycérol

(54)

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

2) Les lipides : triglycérides Acides gras + glycérol

Différents types d’AG :

o AG saturés (liaison simple entre chaque atome de C graisses solides (origine animale)

o AG insaturés (liaison double ou triple entre chaque atome de C huiles végétales (origine végétale)

o Stockage (adipocytes): peau, viscères o Isolant thermique

o Source d’ATP

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

2) Les lipides : les phospholipides

o Ressemblent aux TG : glycérol + AG (2 AG) o Groupement phosphate remplace un AG

o Tête polaire attire l’eau (hydrophile) et queue non polaire (hydrophobe) o Constituant des membranes cellulaires

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

2) Les lipides : les stéroïdes

4 anneaux hydrocarbonés juxtaposés

•Principal représentant = cholestérol

•Apporté par les aliments et aussi synthétisé par le foie

•Précurseur des hormones stéroïdes (sexuelles et cortisol), de la vitamine D et des sels biliaires.

(57)

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

3) Les protéines

(58)

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

3) Les protéines : niveau structurel des protéines

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

3) Les protéines : les enzymes

Catalyseurs biologiques = accélèrent la vitesse d’une réaction chimique (millions de réactions/min)

•Non consommés ou transformés par la réaction

•Nécessitent co-facteurs : Mg++, Fe++, Cu++, Mn++….

•Se lient aux substrats, les maintient dans une conformation idéale pour que la réaction ait lieu.

•Réutilisable.

•Spécifique.

•On nomme les enzymes d’après le type de réactions qu’elles catalysent ajouté au suffixe -ase:

–Hydrolases………..

–Oxydases……….

–Transférase………

–Synthétase………

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

4) Les acides nucléiques

o Les plus grandes molécules de l’organisme o Unités de base = les nucléotides.

o Un nucléotide = une base azotée+ un sucre(pentose) + un groupement phosphate o Principaux types de bases azotées:

adénine (A), guanine(G), cytosine(C), thymine(T) et uracile(U).

o Acides nucléiques : ADN (Acide Désoxy-riboNucléique) ARN (Acide RiboNucléique)

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COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

4) Les double hélice d’ADN

Bases : A, G, T et C.

o Liaisons entre les bases sont spécifiques o bases complémentaires:

[A-T]

[G-C]

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Constitué d’un brin simple de nucléotides

o Bases azotées de l’ARN : A, G, C et U(au lieu de T).

o Sucre = ribose.

o Trois grandes variétés :

–ARN de transfert: ………

–ARN messager: ……….

–ARN ribosomique: ………..

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

4) Les ARN

ARN t Ribosome et ARN r

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ATP = nucléotide modifié formé d’une base d’adénine, de ribose et de trois groupements phosphates.

o Les groupements phosphates sont reliés par des liaisons chimiques appelées «liaisons phosphates riches en énergie».

o ATP synthétisé à partir du glucose

COMPOSITION CHIMIQUE DE LA MATIERE VIVANTE

4) L’ATP (adénosine triphosphate)

(64)

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