Tout ce qui est vivant exige de l'eau. Tous les organismes sont des sortes de systèmes chimiques en phase aqueuse. La molécule d'eau possède une structure dérivée d'un tétraèdre.
avec l'atome d'oxygène relié aux deux atomes d'hydrogène dans un plan, mais aussi avec la présence de deux paires électroniques dites non-liantes, en bleu sur ce schéma, qui confèrent à la molécule d'eau un volume spatial bien visible sur ce schéma. Les liaisons OH dans la molécule d'eau sont polarisées par délocalisation du nuage électronique avec une double charge négative. moins de delta sur l'oxygène, qui est électro-attractif, et une simple charge relative plus delta sur chaque atome d'hydrogène.
Par ailleurs, il y a deux doublés non liants sur l'oxygène. Donc l'eau est un dipôle électrique qui va permettre la formation des liaisons hydrogènes. Cette structure particulière, ainsi que la polarisation des liaisons OH, permettent l'établissement entre les molécules d'eau Une liaison à faible énergie qu'on appelle la liaison hydrogène. Alors rapidement, c'est une liaison de nature électrostatique qui s'établit entre un atome d'hydrogène, porteur d'une charge partielle plus delta, et l'atome d'oxygène d'une molécule d'eau voisine, lui-même porteur d'une charge partielle moins de delta. L'énergie de cette liaison est faible, de l'ordre de 20 kJ par mol, donc très inférieure à l'énergie d'une liaison de covalence.
Les propriétés de solvatation de l'eau. La nature polaire de l'eau, qui est due à ce moment dipolaire, en fait un excellent solvant pour les substances dites ionisables, comme les sels, chlorure de sodium par exemple, ou pour des substances non ionisables, mais dites polaires, comme les oses, donc les sucres, les alcools, les amines. Alors dans le premier cas...
Il s'agit de solvatation par interaction électrostatique et dans le deuxième cas par liaison hydrogène. Et les composés appartenant soit au groupe 1 soit au groupe 2 sont dits hydrophiles. Ils attirent les molécules d'eau, au contraire des composés dits hydrophobes, qui ne vont pas pouvoir interagir avec l'eau mais qui vont au contraire pouvoir interagir entre eux par l'effet dit hydrophobe. Certaines protéines, que vous étudierez plus en détail dans le module suivant, sont solubles dans l'eau et établissent donc des interactions tout à fait fondamentales avec le réseau de molécules d'eau.
Vous savez que les protéines au sein de la cellule vivante ont des fonctions spécifiques qui sont quasiment entièrement définies par leur composition et leur forme tridimensionnelle. Et sans... Cette fine couche de molécules d'eau, dite couche d'hydratation, dont elle s'entoure, les protéines solubles ne pourraient pas accomplir leur fonction biologique. Les changements dans la dynamique, c'est-à-dire la fluidité du réseau de l'eau, exercent un effet direct sur la dynamique de la protéine soluble elle-même. Et c'est donc bien l'eau d'hydratation qui dicterait la dynamique, c'est-à-dire les mouvements des protéines solubles.
contrairement à ce qui avait été observé pour les protéines non solubles, donc protéines membranaires, les molécules dites hydrophobes, qui ne sont donc pas solubles dans l'eau. Prenons exemple de cette partie de molécule que vous voyez entourée en rose, qui est constituée essentiellement de groupements méthyl-CH3, incapable d'établir ni liaison hydrogène, ni liaison électrostatique, ni interaction dipole-dipole avec des molécules d'eau. Et cette molécule, donc dite hydrophobe, va rentrer dans le réseau de liaison hydrogène de l'eau et elle va bien entendu le perturber.
Elle va le rompre localement, en particulier si on force le mélange entre les deux types de composés par agitation de la solution. Mais ce réseau naturel de liaison hydrogène dans l'eau va avoir tendance à se reconstituer en se séparant des molécules hydrophobes qui vont donc devoir interagir entre elles, faisant fuir l'eau, comme pour former une phase distincte. C'est ça que l'on appelle l'effet hydrophobe. Interaction donc de molécules hydrophobes entre elles pour éliminer l'eau.
Un exemple simple, c'est la séparation donc en deux phases distinctes lorsque l'on met de l'huile dans de l'eau. Un autre exemple est celui des composés dits amphiphiles. Amphi signifiant les deux et phile signifiant ami.
Puisqu'il s'agit en effet de composés qui possèdent à la fois des groupements polaires et des groupements non polaires hydrophobes. Par exemple, les acides gras qui possèdent des propriétés de solvatation par leur tête chargée. par interaction électrostatique et d'autres propriétés différentes par leur queue non polaire hydrophobe, donc par effet hydrophobe. Un petit peu plus complexe, il s'agit des phospholipides que vous étudierez en détail plus tard. Par exemple, la phosphatidylcholine est un phospholipide typique que l'on rencontre dans les membranes cellulaires avec donc une molécule de choline qui est liée une molécule de glycérol par un phosphate et sur cette molécule de glycérol sont également liées deux longues chaînes hydrophobes d'acide gras qui augmente donc fortement l'hydrophobicité de cette molécule