Lernzettel: Chimie biochimie biologie moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Structure et classification de l’atome
2. Nombres quantiques et orbitales
3. Configuration et énergie électroniques
4. Représentations des molécules
5. Isomérie et stéréoisomérie
6. Chiralité et pouvoir rotatoire
7. Rôles et classification des lipides
8. Acides gras saturés et insaturés
9. Analyse chromatographique des lipides
10. Structure et familles des acides aminés
11. Équilibres acido-basiques des acides aminés
12. Analyse et migration des acides aminés
13. Peptides et clivages spécifiques
14. Bases et sucres nucléiques
15. Nucléosides et appariement des bases
16. Nucléotides et polymérisation

📖 1. Structure et classification de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constitué d’un noyau contenant des protons et des neutrons, autour duquel gravitent des électrons.

★ À maîtriser

📌 Le numéro atomique Z correspond au nombre de protons et définit l’élément, tandis que le nombre de masse A vaut Z + N et correspond au nombre de nucléons.

📌 Des isotopes sont des nucléides d’un même élément qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.

Compléments

• Le nombre d’Avogadro vaut 6,022 × 10^23 mol−1.

💡 Astuce mémo

Z fixe l’élément, tandis que N peut varier entre isotopes

📖 2. Nombres quantiques et orbitales

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombres quantiques : n, l, m et s et caractérisent totalement l’état d’un électron.

★ À maîtriser

• Le nombre quantique principal n indique la couche électronique, l indique la forme de la sous-couche, m indique la case quantique et le spin s vaut +1/2 ou −1/2.

📌 Deux électrons d’un même atome ne peuvent pas avoir les quatre mêmes nombres quantiques.

Compléments

• Dans un atome polyélectronique, la répulsion électronique place la sous-couche 3d à un niveau d’énergie supérieur à celui de 4s.

💡 Astuce mémo

n-l-m-s : couche, forme, case, spin

📖 3. Configuration et énergie électroniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrons de valence : Les électrons les plus superficiels qui participent aux liaisons et aux réactions et sont arrachés lors de l’ionisation.

★ À maîtriser

• La configuration électronique se construit en remplissant les sous-couches selon l’ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d et 5p.

📌 La règle de Hund impose que les électrons occupent d’abord séparément les cases quantiques de même énergie avant de s’y apparier.

Compléments

📐 Formule — Pour un hydrogénoïde, l’énergie de l’électron vérifie $E=-13{,}6\frac{Z^2}{n^2}\ \mathrm{eV}$.

💡 Astuce mémo

Klechkovski → Pauli → Hund → multiplicité

📖 4. Représentations des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Représentation de Fischer : Une conformation éclipsée, avec les liaisons horizontales dirigées vers l’avant et les liaisons verticales vers l’arrière.

📝 Points essentiels

📌 La formule développée montre toutes les liaisons, la formule semi-développée omet les liaisons C-H, la formule de Lewis indique les liaisons non liantes et la formule topologique n’explicite ni les carbones ni les hydrogènes.

• Les valences usuelles sont:
  • Carbone : 4 liaisons covalentes
  • Azote : 3 liaisons covalentes et un doublet non liant
  • Oxygène : 2 liaisons covalentes et deux doublets non liants
  • Hydrogène : 1 liaison covalente

💡 Astuce mémo

En Fischer, les bras horizontaux viennent vers l’observateur

📖 5. Isomérie et stéréoisomérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone asymétrique : Un carbone relié à quatre groupements tous différents.
• Composé méso : Un composé méso possède deux carbones asymétriques liés aux mêmes entités, deux diastéréoisomères et aucun énantiomère.

📝 Points essentiels

• Un composé contenant n carbones asymétriques possède 2^n isomères de configuration.

💡 Astuce mémo

Le composé méso possède des C* mais n’a pas d’énantiomère

📖 6. Chiralité et pouvoir rotatoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Chiralité : La propriété d’un composé non superposable à son image dans un miroir par translation ou rotation.
• Mélange racémique : Un mélange racémique est un mélange équimolaire de deux énantiomères dont le pouvoir rotatoire global est nul.

📝 Points essentiels

📌 Une molécule chirale possède un énantiomère, tandis qu’une molécule achirale ne possède pas d’énantiomère.

📌 Une substance dextrogyre dévie la lumière polarisée vers la droite avec α > 0, tandis qu’une substance lévogyre la dévie vers la gauche avec α < 0.

💡 Astuce mémo

Dextrogyre dévie à droite, lévogyre dévie à gauche

📖 7. Rôles et classification des lipides

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipides : Des molécules insolubles dans l’eau mais solubles dans des solvants organiques peu ou non polaires.

★ À maîtriser

• Les lipides représentent environ 20 % du poids du corps humain et participent au stockage énergétique, aux membranes, à l’isolation thermique, à la protection contre la déshydratation et à la régulation immunitaire.

Compléments

📌 Les lipides sont classés en deux grandes catégories : les lipides vrais et les molécules lipophiles.

💡 Astuce mémo

Hydrophobe dans les solvants organiques, hydrophile dans l’eau

📖 8. Acides gras saturés et insaturés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide gras : Un acide carboxylique possédant une longue chaîne carbonée de 4 à 36 carbones, dont le nombre est toujours pair.

📝 Points essentiels

📌 Un acide gras saturé ne possède que des liaisons C-C saturées, tandis qu’un acide gras insaturé possède au moins une double liaison entre deux carbones.

• Les principaux acides gras saturés sont:
  • Acide laurique (12:0)
  • Acide myristique (14:0)
  • Acide palmitique (16:0)
  • Acide stéarique (18:0)
  • Acide arachidique (20:0)

📌 Dans un acide gras insaturé, une double liaison est cis lorsque les groupements sont du même côté et trans lorsqu’ils sont de part et d’autre de la double liaison.

💡 Astuce mémo

LMPSA : laurique, myristique, palmitique, stéarique, arachidique

📖 9. Analyse chromatographique des lipides

★ À maîtriser

• En chromatographie sur couche mince, les molécules sont séparées par migration capillaire sur une phase stationnaire polaire avec une phase mobile apolaire.

• En CCM, les composés les plus apolaires migrent le plus loin et ont un rapport frontal proche de 1.

📌 En chromatographie en phase gazeuse, le mélange est vaporisé et caractérisé par son temps de rétention, tandis qu’en HPLC les composés sont entraînés par un solvant organique en phase liquide.

Compléments

• En HPLC, le temps de rétention augmente avec le nombre de carbones mais diminue avec le nombre d’insaturations.

💡 Astuce mémo

CCM, phase gazeuse, HPLC : plaque, gaz, liquide

📖 10. Structure et familles des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Possède un carbone alpha lié à un groupement amine primaire, un groupement carboxylique et une chaîne latérale R variable.

★ À maîtriser

• Il existe 20 acides aminés courants, dont la masse moléculaire moyenne est de 110 Da, la glycine étant la plus légère avec 57 Da et le tryptophane le plus lourd avec 186 Da.

• Les quatre familles d’acides aminés sont:

  • Non polaires : G, A, V, L, I, M, P, W, F
  • Polaires : S, T, C, Y, N, Q
  • Chargés basiques : K, R, H
  • Chargés acides : D, E

Compléments

• Les dix acides aminés essentiels sont:
  • Méthionine
  • Leucine
  • Valine
  • Lysine
  • Isoleucine
  • Phénylalanine
  • Tryptophane
  • Histidine
  • Thréonine
  • Arginine

💡 Astuce mémo

DERCHKY : acides aminés à chaîne latérale ionisable

📖 11. Équilibres acido-basiques des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion amphotère : La forme d’un acide aminé dont la charge globale est nulle, avec une amine protonée NH3+ et un carboxyle déprotoné COO−.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Pour un acide aminé à chaîne latérale non ionisable, le pH isoélectrique vérifie $pH_i=\frac{1}{2}(pK_a+pK_b)$.

📐 Formule — Pour un acide aminé diacide, $pH_i=\frac{1}{2}(pK_a+pK_R)$, tandis que pour un acide aminé basique, $pH_i=\frac{1}{2}(pK_b+pK_R)$.

💡 Astuce mémo

pH supérieur au pHi : charge négative ; pH inférieur : charge positive

📖 12. Analyse et migration des acides aminés

📝 Points essentiels

• En électrophorèse, à pH supérieur au pHi l’acide aminé est négatif et migre vers le pôle positif, à pH égal au pHi il est neutre et ne migre pas, et à pH inférieur au pHi il est positif et migre vers le pôle négatif.

📌 Une échangeuse d’anions est chargée positivement et retient les anions, tandis qu’une échangeuse de cations est chargée négativement et retient les cations.

💡 Astuce mémo

À pH croissant, la charge passe de positive à neutre puis négative

📖 13. Peptides et clivages spécifiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Résulte d’une réaction de condensation entre le carboxyle d’un acide aminé et l’amine de l’acide aminé suivant, avec libération d’une molécule d’eau.

★ À maîtriser

📌 Un oligopeptide contient 10 à 20 acides aminés, un polypeptide 20 à 50 acides aminés et une protéine au moins 50 acides aminés.

📐 Formule — La masse moléculaire d’un peptide ou d’une protéine est approximativement $MW=\text{nombre d’acides aminés}\times110\ \mathrm{Da}$.

📌 La trypsine coupe après la lysine ou l’arginine sauf si une proline les suit, tandis que la chymotrypsine coupe après la phénylalanine, la tyrosine ou le tryptophane sauf si une proline les suit.

Compléments

• Les clivages chimiques sont:
  • Bromure de cyanogène : après une méthionine
  • NTCB : avant une cystéine
  • Hydroxylamine : entre une asparagine et une glycine

💡 Astuce mémo

BrCN après M, NTCB avant C, hydroxylamine entre N-G

📖 14. Bases et sucres nucléiques

★ À maîtriser

📌 Une pyrimidine possède un seul cycle, tandis qu’une purine possède deux cycles constitués d’une pyrimidine et d’un imidazole.

📌 L’ADN contient le désoxyribose, tandis que l’ARN contient le ribose.

Compléments

• Le désoxyribose est un ribose qui a perdu sa fonction hydroxyle sur son deuxième carbone.

💡 Astuce mémo

Purine à deux cycles, pyrimidine à un seul cycle

📖 15. Nucléosides et appariement des bases

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléoside : L’association d’une base azotée et d’un sucre, tandis qu’un nucléotide associe une base, un sucre et un ou plusieurs phosphates.

★ À maîtriser

📌 Dans l’ADN, l’adénine s’apparie à la thymine par 2 liaisons hydrogène et la cytosine à la guanine par 3 liaisons hydrogène, tandis que dans l’ARN l’uracile remplace la thymine et s’apparie à l’adénine par 2 liaisons hydrogène.

Compléments

📌 La conformation anti d’un nucléoside est majoritaire et moins encombrée stériquement, tandis que la conformation syn est moins stable en raison de son encombrement stérique.

💡 Astuce mémo

A-T : 2 liaisons ; C-G : 3 liaisons

📖 16. Nucléotides et polymérisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison phosphodiester : Une liaison phosphodiester 3′-5′ entre deux nucléotides monophosphates avec libération d’une molécule d’eau.

📝 Points essentiels

• L’hydrolyse de l’ATP en ADP et phosphate libère environ $30\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$.

📌 La polymérase synthétise l’ADN ou l’ARN uniquement dans le sens 5′P vers 3′OH.

💡 Astuce mémo

La polymérase avance toujours de 5’ vers 3’

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des acides gras

Critère	Acides gras saturés	Acides gras insaturés
Liaisons C-C	Toutes saturées	Au moins une double liaison
Configuration	Sans double liaison	Cis ou trans
Exemple	Acide palmitique (16:0)	Acide oléique (18:1)