En biochimie, les fonctions chimiques sont nécessaires pour les interactions moléculaires. Ceci est derrière l'autoassociabilité des molécules et la tendance vers la formation de complexes. Parmi les L. chimiques, la liaison hydrogene joue un rôle important. On distingue les L. chimiques fortes ayant une énergie de liaison très élevée (supérieure à 100 kJ.mol-1) et des L. 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.
Les molécules des êtres vivants sont capables de s'autoassocier les unes les autres grâce à plusieurs types de L. chimiques faibles, dont les forces électrostatiques, les forces de Van der waals, la liaison hydrogene et les liaisons hydrophobes.
Association de 6 unités catalytiques et 6 unités régulatrices de l'aspartate transcarbalylase
Etant faibles, ces L. 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 L. 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 L. chimiques. Il en résulte des complexes solides. Grâces aux liaisons hydrophobes, les phospholipides réalisent des édifices membranaires vastes (Figure ci dessous).
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.
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).
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).
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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
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