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I – Des molécules du vivant à la cellule : organisation fonctionnelle IntroI – Des molécules du vivant à la cellule : organisation fonctionnelle
L'étude des molécules vise essentiellement à mettre en relation la nature chimique des constituants du vivant, leurs propriétés, leur réactivité et leurs fonctions biologiques. La présentation des biosynthèses et des grandes voies du métabolisme est réalisée en lien avec celle des biomolécules elles-mêmes. Elle
permet la compréhension des mécanismes impliqués dans la réalisation des flux d'énergie qui traversent la cellule, mais aussi des écosystèmes et des cycles biogéochimiques des éléments (§ III-B et III-C).
L'unité fonctionnelle de la cellule se construit au fur et à mesure des chapitres et des exemples rencontrés, intégralement en première année. Les différents chapitres font référence à des exemples concrets de cellules permettant de mettre en place progressivement des concepts généraux (compartimentation cellulaire, spécialisation etc.). Il s'agit de montrer des grands types d'organisation (Eubactéries, Métazoaires, Angiospermes) et l'existence d'édifices supramoléculaires en interaction (membranes biologiques en particulier), mais surtout l'unité des principes de fonctionnement des cellules. Les différenciations et spécialisations cellulaires rencontrées seront reliées au fonctionnement global d'un organisme (§ II-A), à son développement (§ II-D) ainsi qu'à l'expression génétique (§ IV-A) et sa relation au phénotype.
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I-A Organisation fonctionnelle des molécules du vivant (1e année)  IntroI – Des molécules du vivant à la cellule : organisation fonctionnelle
I-A Organisation fonctionnelle des molécules du vivant (1e année)
Cette partie vise à décrire l'activité chimique des cellules par les transformations chimiques qui impliquent les fonctions des petites molécules et des macromolécules.
Cette partie ne prend vraiment son sens que si elle est mise au service de la biologie, c'est-à-dire en particulier, selon les molécules envisagées, en lien avec les § I-B, C & IV-A, B, C.
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I-A-1 L'eau, les petites molécules organiques |
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Les atomes de carbone des molécules biologiques portent des fonctions variées qui déterminent leurs propriétés physico-chimiques (dimension, solubilité, polarité, ionisation).
Le rôle biologique des molécules organiques dépend de leurs propriétés physico-chimiques et de leur réactivité.
Des réactions d'oxydoréduction modifient et diversifient les fonctions chimiques des petites molécules biologiques. Une même molécule biologique peut appartenir à plusieurs familles.
La famille des glucides est composée des oses et des osides.
Les oses ou glucides simples sont des molécules chirales réductrices qui dérivent du glycéraldéhyde ou du dihydroxyacétone et qui portent plusieurs fonctions hydroxyle.
Les di-osides sont des dimères d'oses associés par liaison osidique.
Les lipides sont des molécules organiques hydrophobes de faible masse molaire. Ils peuvent posséder des groupements hydrophiles qui permettent la formation de micelles et de bicouches.
Les glycolipides sont des molécules mixtes associant un lipide à un ou plusieurs radicaux glucidiques.
Les acides alpha-aminés ont un état d'ionisation qui dépend du pH. Leur diversité repose sur les caractéristiques de leurs radicaux.
La liaison peptidique unit deux acides aminés selon une géométrie qui conditionne les structures d'ordre supérieur.
Les nucléotides sont des molécules organiques composées d'une base azotée purique ou pyrimidique et d'un pentose phosphorylé.
Leur diversité est due à la nature de la base azotée.
Ils forment des molécules de petite taille solubles et mobiles ou susceptibles de s'associer à des protéines.
Les conversions d'une famille à l'autre sont possibles.
Oses, acides aminés et nucléotides sont également les monomères d'édifices macromoléculaires. |
- mettre en relation les caractéristiques d'une molécule (nature, taille...), ses propriétés (hydrophilie, solubilité, ionisation…), sa réactivité (acides, bases, esters et thio-esters, phosphorylations, équilibre céto-énolique) et in fine sa stabilité, ses fonctions.
- identifier la nature des réactions chimiques lors de l'analyse d'une voie métabolique (acide-base, estérification, hydrolyse, oxydo-réduction, hydratation, aldolisation) ;
- identifier et analyser les réactions d'oxydoréduction du vivant en termes de transfert d'électrons ;
On se limitera à la description des fonctions alkyl, alcool, aldéhyde, cétone, acide, amine.
Liens :
Métabolisme (§ I-C)
Cours de Chimie.
- représenter les molécules suivantes sous leurs formes linéaires et cycliques : glycéraldéhyde, dihydroxyacétone, glucose, fructose, ribose, désoxyribose ;
- représenter le saccharose et expliquer son absence de pouvoir réducteur ;
- identifier et expliciter les liens entre oses rencontrés dans une voie métabolique (cycle de Calvin ou glycolyse) ;
- décrire et représenter un triglycéride, un phosphoglycéride, le cholestérol ;
- décrire et reconnaître les groupements hydrophobes et hydrophiles d'un lipide ;
- reconnaître et définir le caractère saturé ou insaturé d'un acide gras ;
Aucune formule de glycolipide n'est à connaître.
- citer les groupes d'acides aminés et leurs principales propriétés associées ;
- identifier sur une formule le type de radical, le rattacher à un groupe d'acide aminé ;
- décrire et commenter la liaison peptidique ;
Seules l'alanine, la cystéine et la sérine sont à mémoriser.
- représenter l'organisation des nucléotides (pentose - phosphate - base azotée) ;
- indiquer la distinction ribose / désoxyribose ;
- représenter schématiquement ATP et NAD en liaison avec leur fonction d'intermédiaires du métabolisme ;
La seule formule exigible est celle de l'ATP.
- reconnaître les voies de conversion d'une famille à l'autre (en lien avec le métabolisme) ;
- que le glycérol est formé par réduction du dihydroxyacétone ;
- décrire le principe de la production de triglycérides ou phospholipides ;
- décrire le principe de la production d'acides alphacétonique par oxydation d'oses et leur possibilité d'amination en acides alpha aminés ;
On se limite à l'exemple du pyruvate et de l'alanine.
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I-A-2 Les macromolécules |
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I-B Membrane et échanges membranaires (1e année) |
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I-C Métabolisme cellulaire (1e année) |
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I-D Synthèse sur l'organisation fonctionnelle de la cellule (1e année - 2 h) |
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Travaux pratiques (1e année, 6 séances) |
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II – L'organisme : un système en interaction avec son environnement |
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III – Populations, écosystèmes, biosphère |
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IV – La biodiversité et sa dynamique |
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