La chimie de la cellule
Les atomes
Définition :
L'atome est la plus petite unité de base d'un élément qui conserve les propriétés
de cet élément. Chaque élément pur est composé d'un seul type d'atome.
Un atome est composé de trois sortes de particules élémentaires :
Les protons : de charge +1, de masse 1.
Les neutrons : de charge nulle, de masse 1.
Les électrons : de charge -1, de masse très petite.
Le noyau de l'atome contient des protons et des neutrons.
Le nombre atomique (Z) = nombre de protons dans le noyau.
La masse atomique = nombres de protons + nombre de neutrons.
(Soit 2 fois le nombre atomique).
Le nombre atomique est le même pour tous les atomes d'un même élément chimique.
Autour du noyau il y a exactement Z électrons, ce qui confère à l'atome une charge électrique
globale nulle. Les électrons se trouvent en orbite autour du noyau, comme les planètes
systèmes solaires sont en orbite autour du soleil. Les électrons se répart issent selon des
niveaux énergétiques, les couches électroniques. Les quatre premières couches peuvent
contenir 2, 8, et 18 électrons. Les électrons se positionnent un par un sur une couche donnée,
les couches les plus internes devant être remplies complètement avant que la couche suivante
ne commence à se remplir...
Les molécules et les liaisons chimiques.
Définition : une molécule est une combinaison de deux atomes ou plus qui sont reliés les uns
les autres par une liaison chimique.
Les molécules constituent les unités élémentaires des composés chimiques comme les atomes
sont les plus petites unités d'un élément chimique. L'eau est un composé chimique essentiel
de la vie. Elle est constituée de molécules contenant chacune un atome d'oxygène et de deux
atomes d'hydrogène (H2O). Les nombres en indice dans la notation chimique, indiquent le
nombre d'atomes de chaque élément dans une molécule du composé.
Une molécule résulte de la formation de liaisons, forces d'attraction, entre les atomes qui la
constituent. Une liaison ionique se forme entre deux atomes dont l'un, qui a perdu des
électrons, est chargé positivement, et l'autre qui gagne des électrons, est chargé négativement.
Les atomes chargés sont des ions, et ceux qui portent des charges négatives sont fortement
attirés par ceux qui portent des charges positives (figure 2 .1). Les liaisons covalentes se
forment entre les atomes qui partagent les mêmes électrons (figure 2.2). Un atome
d'hydrogène engagé dans une liaison covalente avec un atome électronégatif, l'atome
d'oxygène par exemple, gagne une charge positive faible. Une liaison d'hydrogène est une
interaction qui s'établit entre cet atome d'hydrogène (légèrement positif) engagé dans une
liaison covalente, et un autre atome électronégatif, comme l'oxygène, engagé dans une autre
liaison. Des réactions chimiques se produisent quand les molécules sont formées ou
dégradées, ou que par arrangements atomiques se produisent.
• SAVOIR
Les différents types de liaisons chimiques
1. Liaison ionique.
2. Liaison covalente.
3. Liaison hydrogène.
La plupart des propriétés uniques de l'eau, points de congélation et d'ébullition, tension de
surface, cohésion et capillarité, sont dues à la présence de liaisons hydrogène entre les
molécules d'eau.
Les solutions et leurs propriétés.
Lorsque deux substances ou plus s'associent sans former de liaisons entre elles, elles
constituent un mélange. Les solutions sont des mélanges dans lesquels les molécules de
toutes les substances qui les constituent y sont distribuées de façon homogène. Des solutions
comme l'eau salée sont constituées d'une phase solide (le soluté) dans un liquide (le solvant).
La concentration en soluté d'une solution peut être exprimée de différentes façons ; selon le
pourcentage de soluté dans la solution, ou selon la molarité en soluté de la solution, qui
correspond au nombre de moles de soluté par litre de solution (1 mole =6,022 x 10
molécules).
Une des propriétés importantes des solutions est leur caractère acide ou basique (alcalin).
Cette propriété est mesurée par le pH de la solution. Dans n'importe que échantillon d'eau, il
existe une proportion de molécules d'eau ionisées, sous forme de protons de H+ (ions
hydrogène) et d'OH- (ions hydroxyde). Dans de l'eau pure de nombre de H+ est égal au
nombre d'OH-, et on dit que la solution est neutre, avec un pH de 7.
• noter
D'après la théorie d'Arrhénius :
Un acide est une substance qui augmente la concentration en ions H+ d'une solution. Le pH
d'un acide est inférieur à 7.
Une base est une substance qui augmente la concentration en ions OH- d'une solution. Le pH
d'une base est supérieur à 7 et inférieur ou égal à 14.
Plus la valeur du pH est basse, plus l'acidité de la solution est élevée.
Plus la valeur du pH est élevée, plus l'alcalinité de la solution est élevée.
Définition : un sel est un composé ionique produit par la réaction entre un acide et une base.
Lorsqu'un acide perd un proton (H+) et qu'une base perd un hydroxyde (OH-), les ions qui
sont produits , réagissent parfois pour former un sel.
H C l + NaOH Ä H 2
O + NaCl
acide base eau sel
Définition : un tampon est réalisé par la combinaison d'un acide faible et de sa base
conjuguée (ajoutée sous forme de sel), ce qui permet de maintenir constant le pH de la
solution.
Lorsqu'une solution contient un tampon, l'addition d'un acide fort ou d'une base forte
n'entraine pas de variation importante de son pH. Lorsqu'un acide est ajouté à la solution
tamponnée, il est neutralisé par la base conjuguée. Lorsqu'une base est ajoutée à la solution
tamponnée, l'acide faible lui même neutralise la base. Les trois systèmes tampons les plus
importants de l'organisme sont : le tampon bicarbonate/acide carbonique dans le sang et les
liquides extracellulaires, le tampon phosphate disodique / phosphate monosodique dans les
reins et les liquides intracellulaires et le tampon protéinate / protéines que l'on trouve dans les
tissus.
Important :
Faire la différence entre :
Acide.
Base.
Sel.
Tampon.
Les composés organiques et inorganiques.
Les composés organiques ne contiennent pas de Carbone (sauf CO et CO2) et sont en général
de petites molécules. Les composés organiques contiennent toujours du carbone et sont
formés par liaison covalente. Les composés organiques sont en général des molécules
complexes et de grande taille. Les composés organiques et inorganiques jouent tous les deux
un rôle important dans les réactions chimiques des êtres vivants.
Dans les organismes vivants on trouve les composés inorganiques suivants : l'eau, le dioxyde
de carbone, des sels, des acides, des bases et des électrolytes, comme le sodium (Na), le
potassium (K+), le calcium (Ca2+), et le clore (Cl-). Ces électrolytes ont un rôle important dans
la transmission de l'influx nerveux, le maintien des caractéristiques des fluides du corps et
pour l'accomplissement des activités hormonales et enzymatiques.
Les quatre familles de composés organiques.
Composé s de carbone, d 'oxygè ne et Glucides
Lipides
Protéines
Acides nucléiques
d'hydrogène. Classés en monosaccharides,
disaccharides et polysaccarides
Composés d'acides gras et de Glycérol.
Composés d'acides aminés. La propriété
d'une protéine est déter minée par les
p r o p r ié t é s d e s a c id e s a m i n é s q u i la
constituent.
Composés de nucléotides contenant du
phosphate, un ose et une base azotée.
Les acides nucléiques comme l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique
(ARN) sont formés de nucléotides. Un nucléotide est formé de trois éléments : un groupement
phosphatase, un pentose, et une base azotée. Le pentose qui participe à la composition de
l'ADN est toujours le désoxyribose et celui que l'on trouve dans l'ARN est le ribose. Le
groupement phosphate est toujours le même d'un nucléotide à un autre mais dans l'ADN la
base peut être soit l'Adénine (A), la Thymine (T), la Guanine (G) ou la Cytosine (C). Dans
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l'ARN, l'Uracile (U) remplace la thymine. L'ADN et l'ARN sont des macromolécules
formées d'un enchainement de nucléotides.
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