Modèles atomiques et particules fondamentales
Les atomes constituent la plus petite partie d’un corps simple capable de se combiner chimiquement. Ils sont composés d’un noyau entouré d’électrons qui occupent des niveaux d’énergie appelés couches électroniques. Deux modèles permettent de visualiser la disposition des électrons :
- Modèle planétaire : les électrons sont représentés comme des anneaux fixes autour du noyau, rappelant les planètes autour du soleil.
- Modèle du nuage électronique : les électrons sont décrits comme un nuage probabiliste, chaque position possible étant indiquée à différentes distances du noyau au fil du temps.
Le particule négative qui occupe ces couches est l’électron. Sa charge négative et sa mobilité dans les couches électroniques sont essentielles aux liaisons chimiques.
Liaisons chimiques
Les liaisons entre atomes déterminent la structure et les propriétés des molécules.
Liaison covalente
Une liaison covalente partage une paire d’électrons entre deux atomes. Selon le nombre de paires partagées, on distingue :
- Simple : 1 paire d’électrons.
- Double : 2 paires d’électrons.
Ces liaisons sont les plus courantes dans les molécules organiques.
Liaison hydrogène
Faible et nécessitant peu d’énergie, la liaison hydrogène se forme entre un atome d’hydrogène lié à un atome très électronégatif (souvent l’oxygène ou l’azote) et un autre atome électronégatif. Elle joue un rôle majeur dans la structure de l’eau et des biomolécules.
Liaison peptidique
Dans les protéines, les acides aminés sont reliés par des liaisons peptidiques, qui lient le groupe carboxyle d’un acide aminé au groupe amine du suivant, formant ainsi la chaîne principale de la protéine.
Glucides et sucres
Les glucides sont des composés organiques constitués de monosaccharides, disaccharides et polysaccharides.
Disaccharides courants
- Saccharose : sucre blanc, composé de glucose et de fructose.
- Maltose : formé de deux molécules de glucose, présent dans la bière et les grains germés.
- Lactose : composé de glucose et de galactose, présent dans le lait.
La cellulose, bien que constituée de glucose, possède des liaisons β‑glucosidiques que les humains ne peuvent pas digérer, car ils ne possèdent pas l’enzyme nécessaire.
Métabolisme énergétique
Le glucose est le principal carburant énergétique de la respiration cellulaire. Il fournit les électrons et le substrat nécessaires à la production d’ATP.
Glycolyse vs cycle de Krebs
- Glycolyse : se déroule dans le cytoplasme, dégradation partielle du glucose.
- Cycle de Krebs : se déroule dans les mitochondries, oxydation complète du produit de la glycolyse.
Le cofacteur NAD⁺ agit comme transporteur d’électrons, acceptant des électrons pour former NADH, qui alimente la chaîne respiratoire.
Comparaison des rendements
La fermentation lactique produit seulement 2 ATP par glucose, alors que la respiration aérobie en génère environ 38 ATP. Ainsi, la fermentation est nettement moins efficace.
Oxydation des acides gras
L’oxydation des acides gras fournit plus d’ATP par gramme que les glucides : 1 g de graisse délivre environ 2,5 fois plus d’énergie que 1 g de glucide.
Les acides gras oméga‑3 se trouvent surtout dans les poissons gras d’eau froide, rares chez les végétaux.
Protéines et enzymes
Les humains ont besoin de 8 acides aminés essentiels, qui doivent être apportés par l’alimentation. Les protéines végétales ne contiennent pas toujours ces 8 acides dans les bonnes proportions.
Structure et fonction
Les protéines peuvent être dénaturées par chaleur extrême, qui brise les liaisons hydrogène stabilisant leurs structures secondaires et tertiaires.
Différences entre deux hormones :
- Insuline : composée de 2 chaînes, totalisant 51 acides aminés.
- Vasopressine : une seule chaîne de 9 acides aminés.
Enzymes
Le suffixe -ase indique généralement qu’une protéine est une enzyme. Le site actif d’une enzyme se lie au substrat, permettant la catalyse de la réaction.
Physico‑chimie du milieu biologique
Le pH est défini comme -log[H⁺] dans une solution, mesurant la concentration d’ions hydrogène.
Les électrolytes, lorsqu’ils sont dissous, conduisent le courant électrique grâce aux ions transportant la charge.
Réserves d’énergie rapides
La créatine‑phosphate fournit rapidement du phosphate pour reconstituer l’ATP dans les muscles, agissant comme une réserve d’énergie instantanée.
Toxines et inhibition respiratoire
Le cyanure inhibe irréversiblement la cytochrome oxydase, bloquant la chaîne respiratoire et arrêtant la production d’ATP.
