Démonstration vue en cours….

Bref historique
1903 : apparition du terme BIOCHIMIE
1950 : Temps de la biochimie métabolique
cycle de Krebs, ATP…
1953 : Temps de la biologie moléculaire
Watson et Crick
1975 : ‘’Intervention’’ sur les gènes
1970 ‘’Temps des régulations’’
hormones, messagers, récepteurs…
Aujourd’hui:
Protéomique, génomique
Rôle des lipides comme messagers secondaires (lipidomique)
Glycosciences, glycobiologie (glycomique)
LES GLUCIDES
Quelques repères:
1747 saccharose isolé betterave à sucre
1839 cellulose isolée des végétaux
1900 travaux de FISCHER
recherches méthodiques et systématiques
analyse et synthèse des principaux oses
prix Nobel en 1902
1929 HAWORTH
depuis 1970, reprise des travaux
Aujourd’hui: Glycobiologie , glycosciences
GLYCOSCIENCES
complexité structurale des polysaccharides (retard)
- Problèmes de purification, hétérogénéité de taille
- Nécessité de développer des stratégies d’analyse alliant chimie
et biochimie analytique
- analyse génétique ‘’ignorée’’ ,
les polysaccharides ne sont pas les produits primaires du gène
Intervention de Glycosyl transférases
EXEMPLES DE THEMES DE RECHERCHE EN GLYCOBIOLOGIE
- Etude structurale de polysaccharides ou glycoconjugués bactériens
- Rôle de la partie osidique à la surface cellulaire:
Glycoprotéines, glycolipides : récepteurs membranaires
(reconnaissance moléculaire, spécificité cellulaire)
Recherche dans domaine médical:
glycoprotéines et métastases
glycoconjugués bactériens (tuberculose)
virus influenza se fixe grâce à un signal osidique
Synthèse chimique d’oligosaccharides
(autre volet de la glycobiologie)
synthèse d’un oligosaccharide :
- plusieurs mois
- mise au point de nouveaux réactifs nécessaire
- méthodes de séparation et de caractérisation
- problème majeur :contrôler la formation spécifique des liaisons osidiques
- application : synthèse d’analogues pour compétition avec des ligands
naturels par exemple
EPO naturelle
EPO naturelle ou recombinante (cellules CHO)
Différences au niveau de la glycosylation
Dans cellules CHO, pas de sialyl transférase ou de N-acétyl glucosamine
transférase
Test : migration électrophorétique
La production d’alginate par P. aeruginosa (exopolysaccharide)
alginate : polymère, sans répétition
ß-D-mannuronate (M) le α-L-guluronate (G), relié par un pont glycosidique 1 → 4
Biofilm : attachement à la surface des voies respiratoires par la matrice
d’EPS (85% composé d’alginates).
Diffusion de molécules solubles à travers la matrice
Protéines à ancre GPI
Schéma de l’enveloppe des Corynebacterineae
(corynebactéries, mycobactéries)
O H
Couche
externe
O
C
R '
C H
CH
R
O H
O
O
OH
O H
HO
Pseudo-bicouche
lipidique
OH
O
O
O
OH
O
C
O H
C H
CH
R '
R
O
OH
Mycoloyl -hexaarabinosyle
O
O R'
OH
O
R
Arabinogalactane
(AG)
R'
O
O
O
HO
R
Peptidoglycane
(PG)
O
OH
O
HO
OH
H
O
R
OH
Membrane
plasmique
O
R
cytosol
O
O
O
R'
O
HO
O
O
HO
OH
OH
OH
O
β
α
α
t-Ara-(1
2)-Ara-(1
3)
β
α
T-β
β -D-Galf
T-β
β -D-Araf
5, 6-β
β -D-Galf
2-α
α-D-Araf
Ara-(1
5)-Ara-(1
5-α
α-D-Araf
t-Ara-(1
2)-Ara-(1
5)
Motif A
3, 5-α
α-D-Araf
6-β
β -D-Galf
5-β
β -D-Galf
β
β
5)-Gal-(1
6)-Gal-(1 α
α
5-Ara-(1
3)
α
Mycolate
Motif D
Ara-(1
5)-Ara-(1
11
5-Ara-(1
5)
Motif B
α
5)-Ara-(1
n
Motif C
Rha
GlcNAc
P
Mur
Molécule d’Arabinogalactane
5)-Gal-(1
6)-Gal-(1 5)-Gal-(1
5)-Ara-(1
5)
Motif E
r
multiplicité de structures
possibilité de liaisons multiples, branchements
2 monosaccharides identiques
11 disaccharides différents
(2 ac.aminés → 2 dipeptides)
4 monosaccharides différents
> 35 000 tetrasaccharides
(4 nucléotides → 24 tetranucléotides)
Finalement, peu de structure rencontrées par rapport aux possibilités…..
À revoir dans le cours première année….
- source d’énergie (amidon, glycogène…)
- rôle structural (cellulose, polysaccharides bactériens…)
- constituants de métabolites fondamentaux (acides nucléiques,
antibiotiques naturels…)
- Les glycoconjugués:
glycolipides
protéoglycanes
glycoprotéines
glycopeptidolipides…
Objectifs du cours: comment établir une structure de
polysaccharide ou de glycoconjugué?
- prérequis: notions de structure et de stéréochimie
- stratégies mises en œuvre pour détermination structurale de nouvelles
molécules appliquées aux polysaccharides
- techniques d’analyses associées:
Spectrométrie de Masse, GC, GC/MS, RMN, dérivations et dégradations chimiques
contrôlées….
Etude de molécules complexes:
‘’ de l’extraction à la structure complète’’
Extraction, purification,
chromatographies…
Stéréochimie, type de liaison
Traitement basique
Anomérie, série,
mode d’enchaînement…
Fujiwara J. Bact 2007
Etude des voies de biosynthèse…….
Rappels: Les Oses ou monosaccharides
Composés de formule brute Cn(H20)n
mais il existe de nombreuses exceptions…désoxyribose C5H1004
appelés à tort hydrates de carbone (Carbohydrate en anglais)
La chaîne carbonée porte
- des groupements hydroxyles
-OH
O
- un groupement aldéhyde
- ou un groupement cétone
R-C-H
En fonction du nombre de carbone, on distingue
les tétroses C 4
les pentoses C5
les hexoses C6
les heptoses C7
Fonction
réductrice
O
R-C-R ’
les trioses C3
aldose
cétose
Les Oses ou monosaccharides
O
H
C
CH2OH
CHOH
C
CH2OH
CH2OH
Aldotriose
(Glycéraldéhyde)
O
H
C
O
Cétotriose
(Dihydroxyacétone)
CH2OH
C
O
(CHOH)4
(CHOH)3
CH2OH
CH2OH
Aldohexose
(Glucose)
Cétohexose
(Fructose)
Rappels de nomenclature et de stéréochimie
Conventions pour schématiser les molécules dans le plan
Chiralité, stéréoisomérie, prochiralité
Rappels de stéréochimie sur le D- glyceraldéhyde et L- glyceraldéhyde
-Carbone asymétrique, chiralité
-Représentation de Fischer
-Configuration absolue Cahn-Ingold-prelog
-Activité optique
Démonstration vue en cours….
mesure du pouvoir rotatoire : Loi de Biot
Pas d’absorption UV, visible pour les oses, mais mesure du PR
α = [α].l.c
Une molécule chirale fait dévier le plan de polarisation de la lumière polarisée
α = angle de déviation en degrés (mesuré au polarimètre)
C = concentration en g.cm-3 , l en dm
[α] PR spécifique, caractéristique de la substance
Important de mesurer le PR pour la synthèse chimique
Attention: D- dextrogyre, L- lévogyre vrai pour glyceraldéhyde et certains
oses, mais pas général !!!
Pas de relation entre configuration absolue et l’activité optique
L’activité optique peut varier en fonction des conditions de mesure: pH,
t°,solvant
La configuration absolue est fixe dans l’espace R ou S
Attention: au cours du métabolisme un R peut devenir S…..
Savoir représenter la même molécule dans orientations différentes
démonstration en cours….
Quelques notions de stéréochimie importante pour la biochimie structurale
Que se passe-t-il si on inverse 2 fois les substituants autour d’un C asymétrique?
→→→
?
Démonstration vue en cours….
NOTION DE PROCHIRALITE
IMPORTANT EN BIOCHIMIE
HA
H3C – C – OH
HA: pro R
HB: Pro S
HB
HA et HB: atomes énantiotopiques.
Si dans la règle séquentielle on donne la priorité à HA/HB, le Carbone devient-il R ou S?
Démonstration vue en cours….
NOTION DE PROCHIRALITE : EXEMPLE DE L’ACONITASE
aconitase
NOTION DE STEREOSPECIFICITE EN BIOLOGIE
COOH-C-H
HO-C-COOHR- C-HS
COOE-B:
citrate
bras proS
-H2O
bras proR
COOH-C-H
C-COOC-H
COO-
aconitate
+H2O
COOH-C-H
H-C-COOH-C-COOOH
isocitrate
L’aconitase arrache le proton proR du bras proR
Nomenclature des faces prochirales
Proposée par Hanson les groupes sont classés dans l’ordre des priorités décroissantes.
Importance pour expliquer les travaux de Fischer et Kiliani
Synthèse de Fischer-Kiliani
Filiation des oses: à partir du D- glyceraldéhyde, attaque par HCN sur face Si et Ré
On créé un nouveau C*: synthèse de D-Thréose et D-Erythrose
Démonstration vue en cours…
Synthèse de Fischer-Kiliani
Réaction chimique permettant d’allonger la chaîne d’un aldose d’un carbone
formation de 2 épicyanhydrines par action de HCN, NaCN ou KCN) sur aldéhyde
création d’un nouveau centre asymétrique en 2
-Séparation des diastéréoisomères
-Réduction (hydrogénation catalytique sous pression) et hydrolyse
spontanée de l’imine pour redonner une fonction aldéhyde en 1.
Attention: présentation sous forme linéaire……
(certains non naturels:
allose, altrose)
La série n’a plus rien à voir avec le PR (+) ou (-)
Figure 1: aldoses de série D
Stéréoisomérie
isomères : molécules formées des mêmes atomes mais organisés
différemment dans l espace. Isomères de constitution
(glucose et fructose’
stéréoisomères : les liaisons ne diffèrent que par la disposition
géométrique des atomes dans l espace (ex: glucose et mannose’
n C* →
inversion de tous les C*
énantiomères
2n stéréoisomères
2n-1 paires d énantiomères
inversion de 1 à n-1 C*
diastéréoisomères
( inversion de 1: épimères)
Exercice: nature de l’ose si on inverse la stéréochimie du dernier C* du D-Glucose
Vu en cours…
Les cétoses: 3 carbones asymétriques, 8 stéréoisomères
Figure 2: cétoses de série D
Arbre généalogique des monosaccharides
Figure 3: filiation des principaux oses de série D
La plupart des oses naturels sont de série D
Le premier ose que la photosynthèse fait apparaître est le D- glycéraldéhyde
Qui est ensuite rallongé par son C1…(revoir métabolisme)
(remarque: acides aminés L)
Rappel: formation d’hémiacétals, acétals…
un ose est un hémiacétal cyclique
Un aldéhyde peut réagir avec 2 alcools pour donner un acétal (si ose
linéaire)
OR, un ose cyclique (en C5 ou C6) ne peut réagir qu’avec 1 seul alcool
pour donner un acétal cyclique
Formation d’acétal : Démonstration en cours…..
Oses : structure cyclique
pyranose
Règles de cyclisation:
De Fischer à Tollens puis Haworth…..vu en cours
furanose
Règles de cyclisation:
De Fischer à Tollens puis Haworth…..vu en cours
Cyclisation du D-glucose, forme pyrane
Anomère β
Anomère β:
L’hydroxyle porté par le C1 se projette côté opposé à l’hydroxyle porté par le dernier C asymétrique
Anomère α:
L’hydroxyle porté par le C1 se projette du même côté que l’hydroxyle porté par le dernier C asymétrique
À preparer pour le cours 2
EXERCICES, évitez les pièges !!!
Cycliser le galactofuranose….
Attention à la stéréochimie du C4 !!!
Cycliser d’un cétose (furane et pyrane)
C’est le C2 qui est Carbone anomérique !!!