Définition - Canalblog

BIOCHIMIE
Table of Contents
111Constituants chimiques de la matière vivante..............................................................................4
1.1Composition élémentaire du corps humain................................................................................4
1.1.1Élément Majeurs.................................................................................................................4
1.1.2Oligoéléments.....................................................................................................................4
1.2 Liaison chimique........................................................................................................................4
1.2.1 Liaison a forte énergie de liaison.......................................................................................4
1.2.1.a Liaison covalente........................................................................................................4
1.2.1.b Liaison ionique...........................................................................................................4
1.2.2 Liaison de faible énergie ...................................................................................................5
1.2.2.a Liaison hydrogène......................................................................................................5
1.2.2.b Force de Van der waals...............................................................................................5
1.2.2.c Interaction hydrophobe ..............................................................................................5
1.3 Eau.............................................................................................................................................5
1.3.1 Répartition..........................................................................................................................5
1.3.1.a Selon les tissue............................................................................................................5
1.3.1.b Selon les secteur hydrique..........................................................................................5
1.3.2 Caractéristique physico-chimique de l'eau ........................................................................6
1.3.2.a Molécule polaire.........................................................................................................6
1.3.2.b Association de molécule d'eau par liaison hydrogène................................................6
1.3.2.c Comportement des molécule en présence d'eau.........................................................6
1.4 Les constituants minéraux.........................................................................................................7
1.4.1 Propriété.............................................................................................................................7
1.4.1.a Concentration en équivalent ( Eq ).............................................................................7
1.4.1.b Force ionique d'une solution.......................................................................................7
1.4.1.c Osmolarité et pression osmotique d'une solution .....................................................7
1.4.2 Répartition des principaux constituants minéraux.............................................................8
1.4.2.a Constituants minéraux a l'état solide..........................................................................8
1.4.2.b Constituants minéraux en solution.............................................................................8
1.5 Constituants organiques.............................................................................................................8
222 Protides.....................................................................................................................................9
Introduction...............................................................................................9
2.1 Les acides aminés......................................................................................................................9
2.1.1 Structures et classification des acides aminés ...................................................................9
2.1.1.aDéfinition et formule générale.....................................................................................9
2.1.1.b Structure des acides aminés protéinogène................................................................10
2.1.1.c Classification des acides aminés ..............................................................................10
2.1.2 Propriété des acides aminés.............................................................................................10
2.1.2.a solubilité...................................................................................................................10
2.1.2.b Absorption de la lumière .........................................................................................11
2.1.2.c ionisation des acides aminés.....................................................................................11
2.1.2.d réaction a la ninhydrine............................................................................................13
2.2Peptide......................................................................................................................................13
2.2.1La liaison peptidique.........................................................................................................13
2.2.1.aStucture de la liaison peptidique................................................................................13
2.2.1.b Propriété de la liaison peptidique ...........................................................................14
2.2.1.cRéaction du biuret......................................................................................................15
2.2.2Nomenclature des peptide nombre d'aa............................................................................15
2.2.2.aNombre d'aa...............................................................................................................15
2.2.2.b Nature des acides aminés.........................................................................................16
2.2.2.c sequence peptidique..................................................................................................16
2.2.3 Étude de quelque peptide d'intérêts .................................................................................16
2.2.3.a Insuline.....................................................................................................................16
2.2.3.b Glutathion ................................................................................................................16
2.2.3.c structures...................................................................................................................16
2.2.3.d propriété....................................................................................................................16
2.3Protéines....................................................................................................................................18
2.3.1Les niveau de structures des protéines..............................................................................18
2.3.1.aStructures primaire....................................................................................................18
2.3.1.bStructures secondaire ................................................................................................18
2.3.1.cstructures tertiaires.....................................................................................................18
1
Constituants Chimiques De La Matière Vivante
1.1
Composition Élémentaire Du Corps Humain
1.1.1 Élément Majeurs
Élément majeurs car + de 99,9% du totale 4 élément C,H,O,N représente +de 96,5% du
totale.
➢Molécules Organique ( Glucide, lipide, protide, acide nucléique), P, S son présent dans
les molécule organique et minéral ( PO4, SO4 ) Ca, K, Cl, Na, Mg6minéral.
1.1.2 Oligoéléments
Présents en très petite quantité il s'agir surtout de métaux -de 0,1%
Interviennent dans l'activité des molécules organique ( fer dans l'hémoglobine)
Cofacteur de certaine Enzymes. Toxique a forte concentration.
1.2
Liaison Chimique
La force d'une liaison est chiffré par l'énergie de liaison ( énergie nécessaire pour rompre
une liaison exprimé en KJ.mol-1)
1.2.1 Liaison A Forte Énergie De Liaison
1.2.1.a
Liaison Covalente
Ces liaison résulte de la mise en commun d'électron entre deux atome.
➢Énergie de liaison très élevé (>200 KJ/mol)liaison de forte énergie
➢Stable dans les condition cellulaire ne sont rompu que dans des réaction chimique
catalysé par des enzyme (ex: liaison simple C-C ou double C=C)
➢Polarisation des liaison classement des atome par ordre négativité croissante
O>N>S>C>H>P
➢Dans une liaison covalente les électron sont attiré par l'atome le + électronegatif. La
liaison est dite polarisé.
O
O
 +
 Un dipôle est caractérisée par son moment dipolaire représenté par un vecteur
ORIENTE DU- VERS LE +. Les liaison C-O sont très polarisée.
1.2.1.b
Liaison Ionique
Elle résulte de l'attraction électrostatique entre les ion de charge opposée
Énergie de liaison élevé et peut etre formé entre deux ions minéraux organiques.
Ex: COO- …......NH3+
1.2.2
Liaison De Faible Énergie
1.2.2.a
Liaison Hydrogène
Liaison qui s'établit entre:
➢Un atome d'hydrogène lié par covalence a un atome électronégatif.
➢Un autre atome électronégatif.
Dix foi moins forte que les liaison covalente.
Ex: >N-H / / / / / / / / / / / / / / / O=C <
1.2.2.b
Force De Van Der Waals
Résulte de l'attraction électrostatique entre des molécule qui possède un moment
dipolaire. Cent fois moins forte que les liaison covalentes.
1.2.2.c
Interaction Hydrophobe
En milieu aqueux les groupement hydrophobe ce regroupe pour présenter une surface
minimale au molécule d'eau. Cent fois moins forte que les liaison covalentes.
Ces liaison faible permette la cohésion des structures membranaire.
L'ensemble des liaison faible participe a la formation de protéines, participe aux
interaction entre structure complémentaire. Complexe enzyme substrat. Réaction
immunitaire ( complexe antigène anticorps ).
1.3 Eau
En moyenne 60% d'eau par rapport au poids corporel.
1.3.1
Répartition
1.3.1.a
Selon Les Tissue
Répartition inégale selon les tissue. Diminution avec l'age. Faible si forte adiposité.
Plus élevé chez l'homme que chez la femme.
1.3.1.b
Selon Les Secteur Hydrique
Secteur
Intracellulaire
28 L
Secteur plasmatique
3,5 L
Paroi de capilaire
vaisseau sanguin
5%
15%
40%
% par rapport au poids corporel
Secteur interstitiel
10,5 L
Me
m
pla bran
sm
iqu e
e
Secteur
extracellulaire
14 L
2/3 de l'eau correspond a des liquide intracellulaire
1/3 de l'eau correspond aux liquide extra cellulaire ( Plasma, liquide interstitiel )
Le plasma est dans le secteur plasmatique délimité par les paroi des cellule sanguine.
Liquide interstitiel = Lymphe interstitiel et lymphe canalisé dans les espace entre les
cellule ( dans les vaisseaux lymphatique )
1.3.2
Caractéristique Physico-chimique De L'eau
1.3.2.a
Molécule Polaire
L'atome O est plus électronégatifs que l'atome H
• La liaison O est polarisé
– Charge négative partielle 2  - sur O
– Charge positive partielle  + sur H
• H2O ce comporte comme un dipôle
• La molécule d'eau est polaire.
1.3.2.b
Association De Molécule D'eau Par Liaison Hydrogène
H
H
O///// /////////////////H
O
H
1.3.2.c
Comportement Des Molécule En Présence D'eau
Molécule polaire facilement soluble dans l'eau. Ce lie a des molécule d'eau par des
liaison hydrogène ( molécule hydrophiles )
+H2O
>N-H
>N-H / / / / / / / / / / O <
+H2O
> C=O
>C=O / / / / / / / / / / H
H
O
Cas des ions
Dans le cas de l'eau les molécule d'eau stabilise les ions en les entourant d'une sphère
d'hydratation. Cela évite la formation d'un réseau christalin entre les ions.
Molécule apolaire insoluble dans l'eau n'établissent pas de liaison hydrogène avec
l'eau. Hydrophobe = lipophile
Au contacte avec les molécul d'eau Les molécule apolaires forme des inclusion ou
agrégat pour que la surface en contact avec l'eau soit minimale.
On dose les tri glycéride avec des protéines.
Ex : Transport des tri glycérides hydrophobe dans le sang polaire grâce a des
lipoprotéines.
L'albumine est la seul protéine plasmatique qui transporte des molécule hydrophobe
(hormone stéroïdes)
Molécule amphiphile :- Pôle hydrophile (groupement polaire chargé ou non )
-Pôle hydrophobe ( groupement apolaire )
En milieu aqueux : - Les groupement polaire sont orienté de façon a développer le
maximum d'interaction avec l'eau.
-Les groupement apolaire fuie l'eau et s'associe entre eux.
=} Structure stable
1.4 Les Constituants Minéraux
1.4.1
Propriété
1.4.1.a
Concentration En Équivalent ( Eq )
Concentration de quantité de charge utilisé en biologie pour exprimé les
concentration en ion.
1 Eq /L = 1mole de charge + ou - /L
C(Eq/L) = C(mol/L) */Z/
Z= Électrovalence de l'ion
Ex: 1mmol de Na+ = 1mEq/L
1mmol SO4 (2-) = 2mEq/L
1.4.1.b
I =1/2
Force Ionique D'une Solution
 ( Ci * Zi ^2)
I = force ionique de la solution (mol/L)
Ci = Concentration de l'ion i
Zi = Électrovalence de l'ion
Cette force ionique dépend de la concentration et de l'électrovalence de chaque ion en
solution.
1.4.1.c
Osmolarité Et Pression Osmotique D'une Solution
Osmolarité : Concentration en particule osmotiquement active en solution. C'est a
dire de tout les ions et molécule présent en solution.
Unité : osm/L
Cosm =
 Ci
Cosm = osmolarité osm/L
Ci = concentration de l'ion ou de la molécule mol/L
Ex: 1mmol/L de glucose 1 mosm/L
1mmol/L de NaCl 2 mosm/L
Pression osmotique
 = R*T*  Ci
R = constante des gaz parfait
T = Temperature K
Ci = concentration molaire de l'ion ou de la molécule mol/m^3
mmol/L
1mol/m^3 = 1mmol/L
1.4.2
Répartition Des Principaux Constituants Minéraux
1.4.2.a
Constituants Minéraux A L'état Solide
Ca et P : Constitue la fraction minérale du tissue osseux
1.4.2.b
Constituants Minéraux En Solution
Leurs répartition dans les secteur hydrique est déterminé par ionogramme
Equilibre  m(Eq+) =  m(Eq-)
Electroneutralité pour chaque secteur
3 secteur isotonique
300mosm/L
1.5 Constituants Organiques
2
Protides
Introduction
–
–
–
–
Définition: Composé qui contiennent du C, H, O, N et souvent du soufre S parfois
du phosphore P. Molécule de première importance = Quantitative et qualitative.
Molécule organiques azotés constituées d'acide aminé.
Répartition et rôle biologique des protides
Présence universel dans le monde vivant
Abondance cellulaire ( 1er constituants après l'eau 10 * plus que de glucide )
Grande diversité de structure ( Infinité de structure possible )
Grande diversité de fonction ( catalyse, transport, régulation, défence, structures … )
Classification
PROTIDES
Protides non hydrolysables
ACIDES AMINES
Acides aminés
protéinogène
Dérivés
d'acides
aminés
Acides aminés
non
protéinogènes
Protides hydrolysables
PEPTIDES
<100aa
Oligipeptides
2 à 10 aa
Polypeptides
10 à 100 aa
PROTEINES
>100aa
Holoprotéines
( formées seulement
d'acides aminés)
Hétéroprotéines
(formées d'acides aminés
et d'une fraction non
protidiques )
2.1 Les Acides Aminés
2.1.1
Structures Et Classification Des Acides Aminés
2.1.1.a
Définition Et Formule Générale
H
R
C(2)
COOH(1)
NH2
R = chaine latérale
2.1.1.b
NH2 = fonction amine
COOH = Fonction a
carboxilique
Structure Des Acides Aminés Protéinogène
20 aa protéinogène peuvent être incorporer dans la chaines polypeptidiques lors de la
traduction.
Formule développée
Nom
Abréviation à 3 lettre
Abréviation à 1 lettre
2.1.1.c
Classification Des Acides Aminés
2.1.1.c.1
En fonction de la nature chimique de la chaine latérale.
1) aa Aliphatique
-Gly -Ala -Val -Leu -Ile
2) aa Hydroxylés
-Ser -Thr
3) aa soufrés
-Cys -Met
4) aa acide
-Asp -Glu
5) aa amide
-Asn -Gln
6) aa basique
-Lys -Arg -His
7) aa aromatiques
-Phe Tyr -Trp
8) imino-acides
-Pro
2.1.1.c.2
En fonction de la polarité de la chaine latérale
-aa hydrophobe (aliphatique, soufrés, (Cys dépend) Phe )
-aa faiblement polaire (hydroxylés, Tyr, Trp, Pro )
-aa fortement polaire (Amides)
-aa ionsable ( acides, basiques )
2.1.2
Propriété Des Acides Aminés
2.1.2.a
Solubilité
Variable selon la taille et la polarité de la chaine latérale. La plupart des aa sont
soluble dans l'eau. Les plus soluble sont les plus petit et ceux a chaine latérale polaire,
les moins soluble sont les plus grand et ceux a chaines latérale apolaire.
2.1.2.b
Absorption De La Lumière
Les acides aminés aromatiques absorbe dans l'UV a 280nm (surtout le Trp)
Application
– Dosage spectrophotométrique des aa aromatiques
– Dosage spectrophotométrique des protéines a 280 nm ( a condition qu'elle contiennent
des aa aromatiques )
– Détermination de la pureté d'une préparation de protéines par rapport aux acides
nucléiques qui absorbe a 260nm
Calcul du rapport Aa280 ~ 1,8 à 2 pour une protéines pure
Aa260
2.1.2.c
< 1 si contient des acides nucléiques
Ionisation Des Acides Aminés
2.1.2.c.1
Caractère amphotère
Deux groupement ionsables
Un groupement carboxylique -COOH acides donneur de proton
Un groupement aminés NH2 basique accepteur de protons H+
R-COOH = R-COO- + H+
R-NH2 + H+ = NH3+
Les acides aminés sont a la foi des acides et des base donc sont dit amphotère.
Esol
R-COO- ionisé appeler zwitterions ou amphion.
H
R
O
COO-
NH3+
pH isoionique et isoéléctriques
pHisoionique d'une molécule : pH pour laquelle la charge net est nulle.
Définition théorique
On calcule a partir des pKa le pH pour lequel la molécule ne migre pas dans un
champ éléctrique.
pHiso-éléctrique d'une molécule
pH pour lequel la molécules ne migre pas dans le champ électrique
Définition expérimental
On le mesure
Pour les aa le pHisoionique = pHisoélectrique
Abréviation pI ou pHi
Charge d'un aa
Si pH < pHi charge nette positive (excès en protéines )
Si pH > pHi charge nette négative ( déficit en protéines)
2.2.2.c.2
Equilibre d'ionisation
*Cas des aa à chaine latérale non ionisable
Glycines
pHi = pK1 + pK2
2
*Cas des aa à chaine latéral amide
Acides Aspartiques
pHi = pK1 + pKr
2
*Cas des aa à chaine latérale basique
Lysine
pHi = pK2 + pKr
2
2.1.2.d
Réaction A La Ninhydrine
Réaction colorée à la ninhydrine
aa + Ninhydrine a chaud donne du produit pourpre.
Application => Mise en évidence et dosage des aa.
2.2 Peptide
Définition : Enchainement linéaire d'acides aminés par liaison peptidiques. < a 100 aa
(ou 50 selon les auteur)
2.2.1
La Liaison Peptidique
2.2.1.a
Stucture De La Liaison Peptidique
2.2.1.a.1 Définition
Liaison covalentes de type amide substitué
– C – NH2
-C–N-
//
//
//
O
O
H
fonction amide
amide substitué
Entre le groupement : -COOH d'un aa
-NH2 d'un autre aa
O
H2
NH2 – CH – COOH + NH2 – CH – COOH ___ NH2 – CH – C – NH – CH – COOH
/
R1
/
/
//
/
R2
R1
O
R2
2.2.1.a.2 Stabilisation mésomérique
Doublet d'e-  de la liaison C = O entre en résonance avec le doublet électronique
libre de µ
H
H
H
/
/
/
–C – N -
=
//
-C–N-  +
¨
-C = N+ -
/
O
Forme mésomère1
=
/
O  -
O-
Forme intermédiaire
mésomère 2
Hybride de résonance
2.2.1.b
Propriété De La Liaison Peptidique
2.2.1.b.1 liaison polaire
Des liaison H sont possible entre les molecules d'eau et les groupement CO et NH des
liaison peptidique.
2.2.1.b.2 Propriété d'une double liaison
a) Structures plane
b) Liaison rigide
Fléxibilité
Seules rotation possible
autour des liaisons N- C 
et C  - C
Selon les angles Phi  et psi 
Pas de rotation possible autour de la liaison peptidique C-N
Isomérie Trans (E) favorisée → éloigné des chaines latérale
Les chaines polypeptidiques sont flexible et peuvent prendre une grande diversité de
conformation spaciales définie par des angle phi et psi
2.2.1.c
Réaction Du Biuret
Mise en evidence de liaison peptidique
La liaison peptidique forme un complexe coloré violet avec les ion Cu2+ en milieu
alcalin
6 liaison de coordinance
complexe exacoordoné = chélate
Specificité
Au moin 2 ou 3 liaison peptidiques necessaires
→ Réaction positive avec les peptides ( >3 aa) et les protéines)
Application au dosages des protéines
Application au dosage spectrophotométrique des peptides et des protéines par la
méthode de gornall.
Réaction positive avec le biuret
H2N
NH3
H2N
C=O
H2N
C=O
HN
H2N
C=O
C =O
H2N
H2N
2.2.2
Nomenclature Des Peptide Nombre D'aa
2.2.2.a
Nombre D'aa
2 à 10 : Oligopeptides
2 aa dipeptide
3 aa tripeptides
4 aa tetrapeptides
5 aa pentapeptides
6 aa hexapeptides
7 aa heptapeptide
8 aa Octapeptide
9 aa nonapeptide
10 aa décapeptide
de 10 a 100 polypeptide
2.2.2.b
Nature Des Acides Aminés
20 aa protéinogènes
Nb chéorique de peptide différent
Dipeptide 20^2 = 400
decapeptide 20^10 = 10^13
2.2.2.c
Sequence Peptidique
Ordre d'enchainement des aa dans une chaine peptidique
Une chaine peptidique est orientée
-aa avec fonction NH2 libre= N terminal
– aa avec fonction COOH libre = aa C terminal
vous sont appelée restes ou résidus d'aa
Par convention on numérote les résidu et on écrit la séquence de gauche a droite et de
l'extrémité Nt vers Ct
2.2.3
Étude De Quelque Peptide D'intérêts
2.2.3.a
Insuline
Hormone peptidique hipoglycémiantes
Fabriqué par les cellule B des ilots de langerans du pancréas
Formation de l'insuline par traduction
Structures de l'insuline
2 chaine A et B provenant d'un même polypeptide
précurseur inactifs
(donc codée par un même gène)
Ellice entre elle par 3 pont dissulfure
2.2.3.b
Glutathion
Agent réducteur présent dans les cellule
Synthèse enzymatique indépendante de la traduction ( certain ATB et toxine
peptidique)
2.2.3.c
Structures
Tripeptides possédant un groupement Thiol
2.2.3.d
Propriété
Existe sous deux forme
Réduite = groupement thiol libre
Oxydé = pont dissulfure Entre deux molecules de glutathion
Dans les cellule rapport GSH/GSSG très élevé
forme réduite prédominante
le glutathion est un agent réducteur
Rôle lute contre contre l'oxydation maintient des groupement thiol et prostétique a
l'état réduit
2.3 Protéines
Définition
PROTEINES : polymère de plus de 100 aa produit de l'expression d'un gène.
Protéines différentié par leur séquence d'aa
HOLOPROTEINES : Protéines constitué uniquement d'aa.
HETEROPROTEINES : Protéines constitué d'aa ( Apoprotéines ) et d'une partie non
protidique (groupement prosthétique
PROTEINE GLOBULAIRE : Chaine polypeptidique replié en une structure compact
sphérique -soluble ds l'eau - cas de la plupart des protéines
-impliqué ds toute
activité biologique cellulaire.
PROTEINE FIBREUSE : - Chaine polypeptidique étendue de forme allongée Insoluble dans l'eau - Rôle de structure ou de protection
-quantitativement très
importante
2.3.1
Les Niveau De Structures Des Protéines
2.3.1.a
Structures Primaire
Enchainement linéaire des aa par des liaison peptidique dont l'ordre d'enchainement
correspond a la séquence peptidique.
2.3.1.b
Structures Secondaire
Définition
Organisation de certaine portion de la chaine polypeptidique principalement en helice
a et feuillet B.
C structures sont stabilisée par des liaison H entre les CO et les NH des liaison
peptidique.
Différent type de structures secondaire
Hélice a : helice droite stabilisé par des liaison H parallèle a l'axe de l'hélice
Feuillet B et brin B :
Brin B chaine peptidique en zig zag
feuillet B association de plusieurs Brin B // par des liaison H
perpendiculaire a l'axe des brin.
Coude B : Permet le changement de direction d'une chaine peptidique met en jeu de
résidu de proline stabilisé par des liaison H.
2.3.1.c
Structures Tertiaires
Définition
Structures tridimensionnel de la protéines résultat du repliement dans l'espace dans la
chaine polypeptidique stabilisée par des liaison mettant en jeu les chaine latérale des aa .