Exercice 1 — Les familles de molécules du vivant
1. Les trois grandes familles de molécules du vivant :
- Les glucides (ou sucres) — exemple : le glucose (C₆H₁₂O₆)
- Les lipides (ou graisses) — exemple : l'huile d'olive (triglycéride) ou l'acide palmitique
- Les protéines (ou protides) — exemple : l'hémoglobine (ou l'albumine)
2. L'élément chimique distinctif des protéines :Les protéines contiennent de l'
azote (N), présent dans le groupe aminé (–NH₂) de chaque acide aminé. Les glucides et les lipides ne contiennent généralement que du carbone (C), de l'hydrogène (H) et de l'oxygène (O).
Exercice 2 — Le carbone, atome du vivant
1. Nombre de liaisons covalentes du carbone :
Le carbone forme 4 liaisons covalentes avec ses voisins (il est tétravalent).
Exemple : dans le méthane (CH₄), le carbone forme 4 liaisons simples avec 4 atomes d'hydrogène. Dans l'éthylène (C₂H₄), il forme 1 double liaison C=C + 2 liaisons C–H, soit bien 4 liaisons au total.
2. Différence entre les trois formules — illustration avec l'éthanol :
- Formule brute : donne uniquement le nombre de chaque atome, sans indiquer comment ils sont reliés. → C₂H₆O
- Formule semi-développée : les H sont regroupés autour de chaque C mais les liaisons C–C et C–O sont explicitement tracées. → CH₃–CH₂–OH
- Formule développée : représente toutes les liaisons entre tous les atomes (y compris les liaisons C–H). → H–C–C–O–H avec tous les H dessinés sur chaque carbone.
Exercice 3 — Calcul de masse molaire et composition centésimale
1. Masse molaire du saccharose C₁₂H₂₂O₁₁ :
M = 12 × M(C) + 22 × M(H) + 11 × M(O)
M = 12 × 12 + 22 × 1 + 11 × 16
M = 144 + 22 + 176
M = 342 g/mol
2. Pourcentage massique en carbone :
%C = (masse des C / masse molaire totale) × 100
%C = (12 × 12) / 342 × 100 = 144 / 342 × 100
%C ≈ 42,1 %
3. Formule brute de la molécule (M = 46 g/mol, 52,2 % C, 13,0 % H, 34,8 % O) :
• Masse de C dans 46 g : 52,2 % × 46 = 24,01 g → n(C) = 24,01 / 12 = 2 atomes de C
• Masse de H dans 46 g : 13,0 % × 46 = 5,98 g → n(H) = 5,98 / 1 ≈ 6 atomes de H
• Masse de O dans 46 g : 34,8 % × 46 = 16,01 g → n(O) = 16,01 / 16 ≈ 1 atome de O
→ Formule brute : C₂H₆O (c'est l'éthanol / alcool éthylique)
Exercice 4 — Structure et rôle des protéines
1. L'acide aminé — formule générale et exemples essentiels :
Un acide aminé est une molécule organique possédant simultanément :
- Un groupe aminé : –NH₂
- Un groupe carboxyle : –COOH
- Une chaîne latérale variable R
Formule générale :
NH₂–CHR–COOHExemples d'acides aminés
essentiels (que l'organisme ne peut pas fabriquer) : la
leucine, la
lysine (ou tryptophane, valine, isoleucine…).
2. La liaison peptidique :La
liaison peptidique est la liaison covalente qui unit le groupe carboxyle (–COOH) d'un acide aminé au groupe aminé (–NH₂) de l'acide aminé suivant, avec
élimination d'une molécule d'eau (H₂O). C'est une réaction de condensation.
3. Deux rôles distincts des protéines :- Rôle catalytique : les enzymes (ex. amylase, lipase) accélèrent les réactions chimiques de l'organisme.
- Rôle de transport : l'hémoglobine transporte le dioxygène (O₂) dans le sang. (On peut aussi citer : rôle de défense avec les anticorps, ou rôle structural avec le collagène.)
Exercice 5 — Les lipides et l'alimentation
1. Acide gras saturé vs insaturé — état physique :
- Un acide gras saturé ne contient aucune double liaison C=C entre ses atomes de carbone. La chaîne carbonée est droite et rigide, ce qui permet un empilement compact des molécules : le lipide est solide à température ambiante (ex. beurre, saindoux).
- Un acide gras insaturé contient au moins une double liaison C=C, qui introduit une courbure dans la chaîne. Les molécules s'empilent mal, les interactions sont faibles : le lipide reste liquide à température ambiante (ex. huile d'olive, huile de tournesol).
2. Apport énergétique total :• Énergie des lipides : 50 g × 9 kcal/g =
450 kcal• Énergie des glucides : 100 g × 4 kcal/g =
400 kcal• Énergie totale : 450 + 400 =
850 kcal