Fonctions et Liaisons chimiques


En biochimie, les fonctions et liaisons chimiques sont nécessaires pour les interactions moléculaires. Ceci est derrière l'autoassociabilité des molécules et la tendance vers la formation de complexes. Parmi les liaisons chimiques, la liaison hydrogene joue un rôle important. On distingue les liaisons chimiques fortes ayant une énergie de liaison très élevée (supérieure à 100 kJ.mol-1) et des liaisons chimiques faibles. Les liaisons ioniques, covalentes et métalliques sont des liaisons fortes. Les liaisons faibles sont représentées principalement la liaison de Van der Waals et la liaison hydrogene.


AUTOASSOCIABILITE DES MOLECULES ET TENDANCE VERS LA FORMATION DE COMPLEXES


QCM liaisons chimiques

Les molécules des êtres vivants sont capables de s'autoassocier les unes les autres grâce à plusieurs types de liaisons chimiques faibles, dont les forces électrostatiques, les forces de Van der waals, la liaison hydrogene et les liaisons hydrophobes.


edifice moléculaire et liaisons chimiques (liaison hydrogene, L. covalentes, ...)

Association de 6 unités catalytiques et 6 unités régulatrices de l'aspartate transcarbalylase

Etant faibles, ces liaisons chimiques nécessitent un rapprochement des molécules les unes aux autres.
Ces auto-associations, ne nécessitent pas l'intervention de catalyseurs biologiques (enzymes). Elles sont dues uniquement aux propriétés chimiques, électriques et geometriques des molécules.
A l'inverse des liaisons covalentes, les liaisons chimiques faibles (ex. liaison hydrogene) permettent une grande flexibilité et plasticité des macromolécules et des structures cellulaires. Ainsi, les protéines, s'associent entre elles par des centaines de liaisons chimiques. Il en résulte des complexes solides. Grâces aux liaisons hydrophobes, les phospholipides réalisent des édifices membranaires vastes (Figure ci dessous).

membrane et association moleculaire par liaisons chimiques

Association des phospholipides et des protéines dans la membrane cellulaire

Les glucides comme les acides nucléiques s'associent aux protéines . Il en résulte des assemblages d'une centaine de molécules différentes. Les auto-associations peuvent être influencées par plusieurs conditions dont le pH du milieu.

FONCTIONS CHIMIQUES NECESSAIRES AUX INTERACTIONS MOLECULAIRES


On appelle 'FONCTION' un atome ou un groupe d'atomes dont la présence au sein de la structure d'une molécule introduit une série de propriétés caractéristiques.

FONCTION METHYLE (-CH3): Ne formant pas de ponts hydrogène/ Hautement insoluble dans l'eau/

FONCTION HYDROXYLE (ALCOOL) (-OH): Association entre molécules par formation de ponts hydrogène/ Soluble dans l'eau, oxydation en aldéhydes puis en acides, estérification/ Toxicité sur les cellules nerveuses. Lestérification résulte de l'action d'un acide sur un alcool. Le premier peut être soit un acide minéral, comme l'ac.orthophosphorique, ou acide organique (carboxylique).

structure des protéines. Liaisons chimiques

Interactions électrostatiques


Les forces électrostatiques correspondent aux interactions entre des molécules chargées déterminées par les lois de l'électrostatique.


Forces de Van Der Waals


Les forces de Van Der Waals correspondent aux interactions entre molécules indépendants à couches électroniques complètes.


Liaison hydrogene


Une liaison hydrogene est de basse intensité (20 fois plus faible que celle de la liaison covalente classique). Elle lie les molécules en engageant un atome d'hydrogène. La liaison hydrogene résulte de l'interaction électrostatique entre un atome d'hydrogène (H), lié par covalence à un autre atome électronégatif (O, N, S) (donneur) et un deuxième atome électronégatif possédant une paire d'électrons non partagés (accepteur) (-O-H .............. O = C). La liaison hydrogene est plus fortes que la liaison de Van Der Waals. Les liaisons H sont très importantes pour les assemblages macromoléculaires (repliement des polypeptides, structure quaternaire, association des 2 brins de DNA).
Les liaisons hydrogènes sont souvent intermoléculaires. Elles peuvent être intramoléculaires si la nature des atomes et la géométrie de la molécule le permettent (Figure ci contre).

liaisons hydrogène


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Interactions hydrophobes


Ne pouvant réagir avec l'eau, les molécules non polaires tendent à créer entre elles des liaisons de type interactions hydrophobes qui sont des forces de Van Der Waals entre molécules non polaires dans un solvant qui les exclut. Les interactions hydrophobes sont déterminantes pour la structure des macromolécules homogènes (protéines, acides nucléiques,...) ou hétérogènes comme les membranes cellulaires.
Ces forces comprennent les interactions dipôle-dipôle (forces attractives) et les forces de London (forces de dispersion).
Des exemples sont cités ci contre avec mention (dans l'ordre) de leurs propriétés physique/ leurs propriétés chimiques/ leurs propriétés biologiques


HYDROPHOBICITE. APPLICATION


Vous voulez tester l'hydrophobicité de vos molécules ?
Aller sur le site web : bio.umb.edu
Dessiner votre molécule sur l'endroit réservé (selectionner le motif et click par la souris sur l'endroit où vous voulez plcer la structure). Lancer le logiciel permettant l'évaluation de l'hydophobicité (click sur le bouton d'exécution). Le programme JMEclogp calcule le logarithm du rapport de la partition de la molécule dans le mélange octanol-eau (log PO/W). Les molecules hydrophobes se répartissent dans la phase octanol et donnent lieu à une valeur positive de log P. Les molécules hydrophiles se trouvant dans la phase aqueuse, ont une valeur négative de log P.
Avec le logiciel JMEclogp vous pouvez construire la molécule de votre choix selon le degré d'hydrophobicité que vous voulez.
Plus de détails dans l'article : White, B., Perna, H. & Carlson, R. 2005. Software for teaching structure-hydrophobicity relationships. Biochemistry and Molecular Biology Education 33, 65-70


Liens utiles


- QCM les liaisons et structure des protéines
- QCM Liaisons chimiques
- Exercices Protéines et acides nucléiques
- Molécules du Vivant. Exercices


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liaisons chimiques (liaison hydrogene, liaison ionique, ...) et autoassociabilité moléculaire