Introduction

La biochimie est la science qui étudie la structure et la fonction des molécules du vivant.

Le vivant est composé à $99\%$ des atomes : $\mathrm{C, H, O, N, P, S}$. On distingue alors deux types de matière :

  • Matière minérale : ne contient aucune liaison $\mathrm{C-H}$ ;
  • Matière organique : contient au moins une liaison $\mathrm{C-H}$.

Le monde du vivant est constitué de matière organique.

Les atomes

Les atomes sont les briques élémentaires de la matière. Chaque atome est identifié par : $\mathrm{^AX_Z}$ (normalement, $\mathrm{A}$ et $\mathrm{Z}$ sont du même côté du symbole).

  • X : symbole de l’atome ;
  • A : nombre de masse ou masse atomique = nombre de protons + nombre de neutrons ;
  • Z : nombre de charges ou numéro atomique = nombre d’électrons.

Deux atomes qui ont la même valeur de Z mais des valeurs de A différentes sont des isotopes : $\mathrm{^{13}C_6}$ et $\mathrm{^{14}C_6}$.

Les unions entre atomes

Les atomes sont liés entre eux de deux façons :

  • Par des liaisons covalentes : liaison stable et durable par la mise en commun d’un, deux ou trois électrons entre deux atomes. $\mathrm{C-C}$ (liaison simple), $\mathrm{C=C}$ (liaison double), $\mathrm{C \equiv C}$ (liaison triple) ;

Tous les électrons d’un atome ne peuvent pas créer des liaisons covalentes : ces électrons sont organisés en paire, on les appelle « doublet non-liant ».

  • Par des liaisons faibles : liaison non-permanente par interactions électroniques entre des atomes, qui dépendent de leurs propriétés quantiques, comme l’électronégativé. La plus commune des liaisons faibles dans le vivant est la liaison hydrogène.

L’eau et la liaison hydrogène

L’eau est la molécule la plus présente dans le vivant : $60\%$ chez l’Homme, jusqu’à $99\%$ chez certaines méduses. Elle est constituée de deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. La liaison $\mathrm{O-H}$ est celle qui présente la plus forte électronégativité dans le vivant : l’atome $\mathrm{O}$ attire fortement les électrons des deux $\mathrm{H}$, mais sans qu’ils les cèdent. La molécule d’eau est polaire = un « pôle négatif » $\mathrm{(2 x - \delta_E)}$ à l’oxygène et un « pôle positif » $\mathrm{(+\delta_E)}$ sur chacun des hydrogènes.

Dans cette situation, les doublets d’électrons non-liants de l’oxygène (2 doublets) attirent les « pôles positifs » des autres molécules d’eau (voir figure). Cette interaction entre un hydrogène polarisé (souvent celui de l’eau) et un doublet non-liant (peu importe l’atome qui le porte) est la liaison hydrogène.

Les grandes fonctions chimiques du vivant

Les molécules du vivant présentent une partie minime des fonctions chimiques existantes : Alcool, acide carboxylique, aldéhyde, cétone, ester, ester (di)phosphorique, amine, amide, thiol, pont disulfure, hémiacétal (cyclisation des oses) et les cycles. On trouve également des alcanes, alcènes et plus rarement des alcynes, pour les squelettes carbonés.