Biochimie
La biochimie étudie les processus chimiques qui se déroulent dans les organismes vivants. Elle fait le lien entre la chimie et la biologie en cherchant à expliquer les phénomènes biologiques (métabolisme, croissance, hérédité, signalisation) en termes moléculaires.
Les macromolécules du vivant§
Quatre grandes familles de molécules constituent les êtres vivants :
Protéines§
- Constituées de 20 acides aminés liés par des liaisons peptidiques
- Fonctions : enzymes, anticorps, récepteurs, structure (collagène, actine), transport (hémoglobine)
- Structure à 4 niveaux : primaire (séquence), secondaire (hélice α, feuillet β), tertiaire (repliement 3D), quaternaire (assemblage de sous-unités)
Glucides (sucres)§
- Monosaccharides : glucose, fructose, galactose
- Disaccharides : saccharose, lactose, maltose
- Polysaccharides : amidon (stockage végétal), glycogène (stockage animal), cellulose (structure végétale), chitine (structure fongique et arthropodes)
Lipides§
- Triglycérides : stockage d’énergie (plus dense que les glucides)
- Phospholipides : constituants des membranes cellulaires
- Stéroïdes : cholestérol, hormones stéroïdiennes (cortisol, testostérone, estrogènes)
- Acides gras : saturés (graisses animales) et insaturés (huiles végétales)
Acides nucléiques§
- ADN (acide désoxyribonucléique) : stockage de l’information génétique
- ARN (acide ribonucléique) : transcription (ARNm), traduction (ARNt, ARNr)
Les enzymes§
Les enzymes sont des catalyseurs biologiques — généralement des protéines — qui accélèrent les réactions chimiques sans être consommées.
Mécanisme :
- Le substrat se fixe sur le site actif de l’enzyme
- Formation du complexe enzyme-substrat
- La réaction est catalysée
- Le produit est libéré, l’enzyme est libre
Facteurs influençant l’activité enzymatique :
- Température (optimum ~37°C pour les enzymes humaines)
- pH (optimum variable selon l’enzyme : pepsine pH 2, trypsine pH 8)
- Concentration en substrat et en enzyme
- Inhibiteurs (compétitifs ou non compétitifs)
- Cofacteurs et coenzymes (vitamines, ions métalliques)
Le métabolisme§
Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques qui se produisent dans la cellule.
| Type | Direction | But |
|---|---|---|
| Catabolisme | Dégradation (grosses → petites molécules) | Libérer de l’énergie (ATP) |
| Anabolisme | Synthèse (petites → grosses molécules) | Construire des structures, stocker |
Les deux sont couplés : l’énergie libérée par le catabolisme alimente l’anabolisme.
Molécule centrale : l’ATP (adénosine triphosphate)
L’ATP est la “monnaie énergétique” de la cellule. Chaque réaction qui nécessite de l’énergie consomme de l’ATP (hydrolysé en ADP + Pi), et les réactions qui libèrent de l’énergie rechargent l’ATP.
La respiration cellulaire§
La respiration cellulaire dégrade le glucose (et d’autres substrats) pour produire de l’ATP.
Glucose (C₆H₁₂O₆) + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ~30-32 ATPElle se déroule en 3 étapes :
| Étape | Lieu | Bilan ATP |
|---|---|---|
| Glycolyse | Cytoplasme | 2 ATP nets |
| Cycle de Krebs | Matrice mitochondriale | 2 ATP |
| Chaîne respiratoire | Membrane interne mitochondriale | ~28 ATP |
Glycolyse§
Dégradation du glucose (6C) en 2 pyruvates (3C) ; produit 2 ATP et 2 NADH.
Cycle de Krebs§
Les pyruvates sont convertis en acétyl-CoA, puis oxydés en CO₂ ; produit des coenzymes réduits (NADH, FADH₂).
Chaîne respiratoire (phosphorylation oxydative)§
Les coenzymes réduits cèdent leurs électrons ; l’énergie est utilisée pour synthétiser l’ATP via l’ATP synthase. L’O₂ est l’accepteur final des électrons → eau.
La photosynthèse§
Les plantes, algues et cyanobactéries convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique :
6 CO₂ + 6 H₂O + lumière → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂Deux phases :
- Phase lumineuse (thylakoïdes) : capture de la lumière, production d’ATP, NADPH et O₂
- Cycle de Calvin (stroma) : fixation du CO₂ en glucose grâce à l’ATP et NADPH