Les liaisons et les réactions chimiques

Le vivant utilise principalement des réactions :

• D'hydrolyse pour briser une liaison (ajout d'une molécule d'eau).
• Déshydratation pour créer des liaison (élimination d'une molécule d'\(H_2O\)).

Déshydratation perte d'une molécule d'eau pour créer une liaison covalente.

Les réactions chimiques

Les réactions chimiques peuvent être distinguées en

• anabolisme (synthèse de molécules)
• catabolisme (dégradation des molécules)

Catabolisme

Le catabolisme répond à deux objectifs

• détruire les protéines pour adapter l'état cellulaire.
• contribuer au renouvellement cellulaire.

Protéasomes (1% protéines cellulaires) complexe protéinique en forme de cylindre avec un site de catalytique au centre. Il est chargé de dégrader les protéines :

• Non fonctionnelles (mal repliées ou usées)
• Non utiles à la cellule

Ubiquitine protéine qui se greffe sur les protéines à détruire.

L'ubiquitine hydrolyse de l'ATP pour faire entrer les protéines dans les protéasomes.

L'organisation fondamentale chimique de la vie

Comme tout ce qui est constitué de matière y compris les organismes et l'environnement dans lequel ils vivent sont soumis aux lois fondamentales de la physique et de la chimie.

À chaque niveau structural de nouvelles propriétés apparaissent que le niveau inférieur ne possède pas. C'est ce que l'on appelle le principe d'émergence.

Radioisotope isotope dont le noyau se désintègre spontanément en libérant de l'énergie et des particules dont des protons. L'atome devient un autre élément.

Les atomes sont constitués essentiellement de vide. Si on ramenait la taille d'un atome à celle d'un terrain de foot, les électrons aurait la taille de moucherons et le noyau situé en son centre aurait la taille d'une bille.

La matière cherche naturellement à occuper le niveau d'énergie potentielle le plus bas qui correspond au niveau de stabilité maximum. Lorsque l'on souhaite rétablir une énergie potentielle on a besoin de fournir du travail.

L'énergie potentielle des électrons dépend de la couche sur laquelle ils se situent. Plus les électrons sont sur une couche externe, plus ils détiennent d'énergie potentielle. Ils peuvent changer de couches lorsqu'ils absorbent suffisamment d'énergie, par exemple en recevant de la lumière. Ils peuvent perdre de l'énergie sous forme de chaleur.

L'eau et la vie

L'eau est la substance essentielle à la vie sur Terre. Nos cellules en sont composées entre 75% à 95%. ¾ surface de la Terre est couverte d'eau.

L'eau est la seule substance présente en quantité à l'état naturel sous ses trois états : glace, vapeur et liquide.

Elle est impliquée dans de nombreuses réactions cellulaires.

Au niveau microscopique, l'eau est une molécule extrêmement polarisé avec les deux hydrogènes chargés positivement et l'oxygène chargé négativement. Il en résulte des liaisons dites d'hydrogène entre les molécules entre les atomes de charges opposées.

De ces liaisons émergent quatre propriétés qui font de l'eau, un solvant polyvalent propice à la vie :

• Cohésion et adhérence.
• Tension superficielle élevée. La surface de l'eau est résistance au perturbation. Seul le celle du mercure est plus élevé.
• Capacité de stabiliser la température.
• L'eau est moins dans sa forme solide que liquide. Elle se dilate lorsqu'elle gel.

Capacité thermique de l'eau

Libère absorbe la température

Température énergie cinétique.

Solution tampons composé qui permet de maintenir un pH stable, essentiel pour la réalisation des processus chimiques.

Un atome est caractérisé par :

• Son élément
• Son n° atomique (nombre de protons).

Isotope deux atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent.

Chaque atome possède une signature photonique (lumineuse) unique.

Structure des molécules

Les liaisons entre les atomes pour former des molécules se matérialisent par le partage des électrons. Pour comprendre comment les molécules sont fabriquées il faut étudier la configuration des électrons des atomes.

Configuration électronique des atomes

La position d'un électron autour d'un atome est défini par :

𝒏 nombre quantique. 𝒍 < 𝑛 nbre quantique secondaire

𝒎 ≤ |𝑙| nbre quantique magnétique. 𝒎𝒔 ou 𝒔 𝑠𝑝𝑖𝑛 = ±0.5

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Le tableau périodique permet une lecture

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Rayon atomique Distance entre le noyau et le nuage électronique. C’est un peu l’équivalent de la gravité. Plus un atome contient de charges positives et moins il a d’électrons plus a tendance à les garder à proximité de son noyau.
Energie d’ionisation (ici première) (opposé d’affinité électronique) énergie requise pour arracher un électron. A  → A+ + e
Affinité électronique quantité d’énergie dégagée à la suite de la capture d’un électron. Elle est maximale lorsque la couche est complètement remplie.
Électronégativité capacité d’un atome à attirer des électrons notamment pour compléter ses couches.

Stabilité atomique

Un atome a tendance à prendre la configuration électronique qui lui donne un niveau de stabilité maximal. La stabilité est atteinte dans les conditions suivantes par ordre de stabilité décroissant) :

1. La couche en cours de remplissage totalement pleine ou totalement vide.
2. La couche en cours de remplissage semi complète avec un électron dans chaque case et leur spin dans le même sens.

Remarque : la configuration la plus stable correspond à la configuration électronique du gaz rare le plus proche.

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Pour atteindre cet état, l'atome peut gagner ou en perdre des électrons c'est-à-dire former des ions.

Lorsque l'on répartit les électrons sur les couches, il faut inverser 4S et 3D.