Introduction à la Biochimie : Énergie et Liaisons

Résumé des principes fondamentaux de la biochimie

L'énergie est essentielle pour tous les processus vitaux. Tous les atomes contiennent de l'énergie et ils sont reliés entre eux par des liaisons chimiques ou ioniques. Nous obtenons notre énergie de la nourriture sous forme d'énergie chimique (que l'on peut stocker, par opposition à d'autres formes d'énergie comme la lumière et la chaleur qui ne peuvent être retenues).

Principes de la thermodynamique

• Première loi : l'énergie n'est ni créée ni détruite, elle est seulement transformée.
• Deuxième principe : dans chaque transfert d'énergie, une partie de celle-ci est perdue sous forme de chaleur.

Structure de l'atome

L'unité de base de la matière est l'atome. Ils sont composés de neutrons, de protons et d'électrons.

• Si vous changez le nombre de protons (en gagner ou en perdre), cela générera un autre élément.
• Si vous changez le nombre de neutrons, cela produira des isotopes de l'élément.
• La modification des électrons générera des ions d'un même élément.

On parle de cation lorsque l'élément est positif (perte d'électrons) et d'anion lorsque l'élément est négatif (gain d'électrons).

Les liaisons chimiques

Liaisons ioniques

Type d'ion : lien à faible énergie. Quand les atomes perdent ou gagnent des électrons de valence, ils forment des ions (changement des charges). Les ions chargés positivement attirent ceux chargés négativement et vice versa. Ces forces d'attraction sont appelées liaisons ioniques et maintiennent ensemble les ions de charge opposée.

De nombreux composés ioniques se dissocient en ions positifs et négatifs lorsqu'ils sont dissous ; ils sont appelés électrolytes parce que leurs solutions conduisent le courant électrique. Une liaison ionique est la force d'attraction qui lie les ions de charge opposée.

Dans le cas du chlorure de sodium, après le transfert d'un électron, les charges changent et s'attirent, générant du sel. Tous les sels et les électrolytes sont capables de transport électrique.

Liaisons covalentes

C'est une liaison très énergétique et stable. Ici, aucun des atomes ne perd ou ne gagne d'électron. Au lieu de cela, ils forment une molécule en partageant des paires de deux ou trois électrons. Plus il y a de paires d'électrons de valence partagées, plus l'énergie de la liaison est grande. Contrairement à la liaison ionique, la liaison covalente peut se former entre deux atomes de la même classe, ainsi qu'entre différents éléments.

Il y a des liaisons covalentes non-polaires (électrons partagés à parts égales) et polaires (les électrons ne sont pas partagés également car l'un est plus fortement attiré par l'autre), par exemple dans l'eau.

Liaisons hydrogène

Les liaisons covalentes polaires avec d'autres atomes d'hydrogène peuvent conduire à la formation de liaisons hydrogène, un troisième type de liaison chimique.

Les liaisons hydrogène sont des maillons faibles qui n'ont que 5 % de la force d'une liaison covalente. Elles ne peuvent pas s'unir pour former des atomes ou des molécules, même si elles créent des liens entre celles-ci ou entre les différentes parties d'une seule molécule. La résistance des ponts hydrogène offre une stabilité considérable et influence la configuration en trois dimensions.

Le pont hydrogène se forme parce que les atomes d'hydrogène d'une molécule d'eau sont attirés par la charge négative partielle des atomes d'oxygène d'une autre molécule du liquide.

Composés organiques et inorganiques

Les principaux éléments déterminent le degré de fonctionnalité des enzymes. Les substances chimiques du corps sont classées en deux grandes catégories :

• Inorganiques : Eau, acides, bases et sels. En général, ils ont une structure simple. Bien que la plupart ne contiennent pas de carbone, certains comme le monoxyde de carbone (CO) et le dioxyde de carbone (CO2) sont classés comme inorganiques. Ils peuvent posséder des liaisons ioniques ou covalentes.
• Organiques : Tous les composés organiques contiennent du carbone.

La composition chimique des êtres vivants

Des atomes aux molécules, puis aux cellules :

• Bioéléments : primaires (C, H, O, N) et secondaires (S, P, Ca, Na, K, Cl...).
• Biomolécules : organiques (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques) et inorganiques (eau, minéraux).