Bases chimiques de la biochimie

Biochimie (BIO352).

Winfried Weissenhorn.

weissenhorn@embl.fr

1. Bases chimiques de la biochimie.

Ceci constitue plus un rappel qu'autre chose. Tout ce qui sera dit ici est considéré comme acquis.

1. Rappels.

3. I/ La base des réactions chimiques.

1. 1) Les réactions chimiques en biochimie :

Toutes les réactions dans une cellule sont des réactions chimiques. Les processus de la signalisation par exemple impliquent des cascades de réactions entre des biomolécules. La biochimie traite donc des réactions chimiques ayant lieu dans les organismes vivants. On peut distinguer deux types de réactions :

Catabolisme : la dégradation des substances alimentaires, fournissant de l'énergie.

Anabolisme : biosynthèse des biomolécules.

Les biomolécules sont des glucides, des lipides, des protéines ou des acides nucléiques. Toutes ces biomolécules sont impliquées dans des interactions avec d'autres biomolécules. La base de ces interactions est biochimique.

1. 2) Les liaisons chimiques :

Une liaison chimique est la force qui maintient deux atomes proches l'un de l'autre suite à la stabilisation. Cette stabilisation est accomplie par les électrons qui sont présents dans la dernière couche électronique. Ces électrons sont soit partagés, soit perdus, soit transférés. Les dernières couches électroniques déterminent donc les propriétés d'un atome.

Les atomes ont des couches électroniques (K,L,M...) qui tendent à se combler d'électrons pour assurer la stabilité de l'atome. Il leur faut 2 électrons sur la couche K, 8 sur la couche L et 8 sur la couche M.

Note : le Phosphore est une exception puisque sa couche M est plus stable lorsqu'elle contient 10 électrons.

Citation : “Qu'on appelle aussi le hobbit électronique”. Les magiciens ont encore inventé un truc!

1. 3) Les liaisons covalentes :

Les atomes qui partagent des électrons forment des liaisons dites covalentes. Il y a des liaisons covalentes dites polaires et d'autres non polaires. Par exemple les molécules de dihydrogène, de dioxygène et de méthane sont non polaires. Deux atomes peuvent mettre en commun plus d'une paire d'électrons, c'est à dire former plus d'une liaison covalente.

Citation : “Représenté par un prêtre entre les deux atomes”. Le prof est très croyant! :o

Les liaisons simples permettent à des groupes d'atomes de tourner autour de l'axe de liaison, alors que les liaisons doubles ou triples empêchent la rotation.

1. 4) Les liaisons ioniques :

Un autre type de liaison existant est la liaison ionique. Il s'agit du transfert d'un ou plusieurs électrons à un atome fortement électronégatif.

– L'atome qui donne les électrons devient positif (un cation).

– L'atome qui reçois les électrons devient négatif (un anion).

Exemple : La molécule de chlorure de sodium (sel de table) est ionique.

Les interactions ioniques ont lieu entre des groupements qui sont soit partiellement, soit complètement chargés.

Les liaisons ioniques sont très puissantes en absence d'eau, mais sont solvatées très facilement en sa présence.

1. 5) L'eau :

La vie est apparue dans l'eau, ce qui a entraîné une adaptation des cellules à l'environnement aqueux. Elle représente 70% de la masse cellulaire. L'eau est un excellent solvant des biomolécules, et peut s'ioniser en libérant un H⁺ et un OH⁻.

L'eau est formée par une liaison covalente polaire : il y a un partage inégal des électrons. En effet, les deux électrons à la couche extérieure des atomes d'hydrogène passent beaucoup plus de temps autour de la couche de l'oxygène qu'autour de la couche de l'hydrogène. Ceci forme un dipôle électrique permanent.

1. 6) Les liaisons hydrogène :

C'est une interaction de type électrostatique entre le O et le H de deux molécules différentes. C'est une liaison de faible énergique. La demi-vie d'une liaison hydrogène est très courte : de 10⁻⁸ à 10⁻¹² seconde. Le nombre de liaisons H est de 3,4 par molécule en moyenne. Dans la glace, chaque molécule forme 4 liaisons hydrogène, toutes les liaisons sont parfaitement orientées pour former la structure cristalline et les liaisons hydrogène ont une durée de demi-vie en moyenne 1000 fois supérieure à celle dans l'eau liquide.

La liaison H peut aussi se faire à l'aide d'un atome d'azote, chargé ou non positivement. On considère que des molécules sont donneuses d'hydrogènes et d'autres receveuses.

Cette liaison joue un rôle dans l'appariement des bases dans l'ADN et les ARN, dans la structure secondaire des protéines et dans la liaison intermoléculaire.

1. 7) Les forces de van der Waals :

De faibles forces intermoléculaires apparaissent entre tous les atomes à l'occasion d'interactions électromagnétiques. Ces forces ont une énergie de liaison encore plus faible que celle des liaisons hydrogène.

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