1 A. Définition de la biochimie Etude des atomes : physique Etude

A. Définition de la biochimie
Etude des atomes : physique
Etude des molécules : chimie
Etude des cellules : biologie
Etude des organes, des tissus : physiologie
La biochimie est la science qui étudie les réactions
chimiques ayant lieu dans la cellule et dans
l'organisme vivant ainsi que les aspects moléculaires
de la vie cellulaire.
B. Notions de chimie atomique
B.1. Des atomes aux molécules
B.1.1. Définition de l’atome
électrons : négatifs
protons : positifs
Neutrons : neutres
La taille d’un atome est d’environ 1 Ǻ
1
Z = nombre de protons = nombre de charges
A = nombre de nucléons = nombre de masse
X = symbole atomique
1
1
12
H
6
C
14
7
N
A
Z
16
8
X
O
tableau de Mendeleiev
B.1.2.
La règle de l’octet
B.1.3.
Les ions
35
17 Cl
B.1.4.
23
11
Na+
Les molécules
Valence : nombre de liaisons qu’un atome peut établir.
La taille d’une molécule de glucose est d’environ 10 Ǻ.
He
H
H
H
C
H
H
H
2
B.2. Les liaisons chimiques
B.2.1. La liaison covalente
B.2.2. La liaison ionique
B.2.3. La liaison hydrophobe (cf. lipides)
B.2.4. Pont disulfure (cf. protéines)
B.2.5. Liaison hydrogène (cf. acides nucléiques)
C. Les composés biochimiques
C.1. Eléments de chimie minérale
C, H, O, N : 95% de la matière vivante.
+ S, P, Cl, Na, K, Ca, Mg : 99% de la matière.
+ oligo-éléments : Fe, Si, Zn, Al, Cu…
C.1.1. Les cations
Na, K, Ca, Mg, Fe
- régulateurs du maintien des potentiels électriques des cellules : Na+, K+.
- stabilisateurs des structures cellulaires, contraction : Mg++, Ca++.
- régulation des réactions chimiques, catalyseurs : Zn++.
- production de l’énergie nécessaire aux réactions : Fe, Cu…
C.1.2. Les anions
Chlorures, carbonates, phosphates, sulfates.
C.1.3. L’eau
60 à 70% chez l’adulte, 97,5% chez l’embryon de 6 semaines.
Varie selon les tissus. Email dentaire : 0.2%, sang 80%.
3
C.2. Les molécules organiques
·
·
·
·
Glucides
Lipides
Protides
Nucléotides et acides nucléiques
C.2.1. Structure générale
C
C
C
C
C
C.2.2.
Le métabolisme
C.2.2.a.
Définition, rôle
Fournir de l’énergie
Fabriquer des réserves
Fabriquer des molécules
Autres
Glucose
Synthèse
Dégradation
Amidon
4
C.2.2.b. L’énergie dans la cellule
Adénosine tri-phosphate ou ATP.
Les réactions exergoniques permettent de fabriquer de l’ATP. L’énergie
libérée par la dégradation d’une molécule est stockée dans la liaison d’un
groupement phosphate.
ADP + P Æ ATP
Les réactions endergoniques consomment de l’énergie, donc de l’ATP.
L’énergie libérée par la cassure d’une liaison entre deux groupements
phosphates est utilisée pour la synthèse d’une nouvelle molécule ou pour la
contraction musculaire par exemple.
ATP Æ ADP + P
Glucose
ATP
ATP
ADP + P
ADP + P
Amidon
Réaction
endergonique
Réaction
exergonique
5
C.2.3. Caractéristiques de la réaction biochimique
Température, milieu. 37°, pH 7.4
Energie. Les réactions biologiques se font avec des variations d’énergie faibles.
Biochimie
AÆBÆCÆDÆE
Chimie
AÆE
Macromolécules : enzymes, protéines, ADN…
Multiplicité des actions
Régulation
D.
Les glucides
D.1. Généralités
Les rôles des glucides :
Réserve d’énergie
Soutien (parois cellulaires)
Constituants d’acides nucléiques
composés ternaires : C, H et O.
hydrates de carbone, (CH2O)n
H
C
On les classe en oses
OH
osides (~ 15 briques)
polysaccharides (> 15 briques)
6
D.2. Les oses – monosaccharides
Tous les carbones sauf 1 portent une fonction alcool (CHOH).
H
…
Trioses, tétroses, pentoses, hexoses.
C
OH
H
D.2.1. Les pentoses
structure cyclique.
ribose et le désoxyribose.
H
…
D.2.2. Les hexoses
D.2.2.a.
C
OH
H
Structure
6 carbones. Les plus connus sont le glucose, le fructose et le galactose.
Glucose / Fructose / Galactose
formule brute C6H12O6.
7
D.2.2.b. Métabolisme du glucose
Oxydation (« cycle de Krebs »)
C6H12O6 + O2
6CO2 + 6H2O
ADP + P
ATP
Fermentation lactique
C6H12O6
2 C3H6O3
ADP + P
ATP
Fermentation alcoolique
Glucose
éthanol + CO2
ADP + P
ATP
D.3. Les osides – disaccharides et oligosaccharides
D.3.1.
Les disaccharides
Saccharose = Glucose + Fructose
Lactose = Glucose + Galactose
Maltose = Glucose + Glucose
D.3.2.
Les oligosaccharides
8
D.4.
E.
Les polysaccharides
D.4.1.
Glycogène
D.4.2.
Amidon
D.4.3.
Cellulose
D.4.4.
Chitine
D.4.5.
Peptidoglycane
Les lipides
E.1. Généralités
Rôles :
Réserve d’énergie
Structure des membranes cellulaires
Messager. Hormones
Isolant
Composés ternaires (CHO).
Certains possèdent en outre du P
9
E.2. Lipides de réserve
E.2.1. Les acides gras
chaîne hydrocarbonée terminée par une fonction acide (=groupement carboxyl).
formule brute :
CH3-(CH2)n-COOH
n=2 : l’acide butyrique (beurre). 4 carbones.
n=14 : acide palmitique. 16 carbones.
n=16 : acide stéarique. 18 carbones.
Partie polaire, hydrophile (acide)
+ partie apolaire ou hydrophobe (chaîne hydrocarbonée).
Acide gras insaturé
Acide oléique : CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
Acide linoléique (omega-6)
10
E.2.2. Les triglycérides
E.3.
Lipides de structure
E.3.1. Les phospholipides
= glycérolipides ou phosphoglycérides
1 glycérol + 2 acides gras + un groupement phosphate.
Tête hydrophile + queues (acides gras) hydrophobes : lipide polaire.
11
E.4.
E.3.2.
Les glycolipides
E.3.3.
Les cires (cérides)
Stéroïdes
E.4.1.
Le cholestérol
E.4.2.
Les hormones stéroïdes
12
F.
Les protides
F.1. Généralités
composés quaternaires, constitués de C, H, O et N.
En outre, il y a fréquemment du S.
Rôle des protides
Structure. Kératine Collagène Elastine
Réserve. Ovalbumine
Transport. Hémoglobine Albumine
Protection. Thrombine Fibrinogène Immunoglobulines Toxines
Messager. Glutamate Endorphines ACTH
Récepteur
Mouvement. Actine Myosine
Catalyseur. Enzymes
Acides aminés / Peptides / Protéines
F.2.
Les acides aminés
Ils renferment une fonction acide (COOH) et une fonction amine (NH2).
On peut les classer en fonction de la structure de leur radical : Simple
Hydrophobe / Charge + / Charge – / Alcool / Présence de soufre…
/
F.3. Les peptides
Ocytocine ACTH
Insuline
13
F.4.
Les protéines
F.4.1.
Définition
F.4.2.
Structure
F.4.2.a.
Primaire
Liaison peptidique
L’ordre des acides aminés est très important :
miel
/
lime.
La nature des acides aminés est très importante :
miel
/
ciel
/ fiel.
piel
F.4.2.b.
Secondaire
Hélice α. Pauling et Corey, 1952. C’est le cas de la kératine, que l’on rencontre
dans les cheveux ou la laine par exemple. (liaisons hydrogènes)
Feuillet β. dans la fibroïne de la soie. Union de plusieurs chaînes par des
liaisons hydrogène.
14
F.4.2.c. Tertiaire
liaison ionique
interaction hydrophobe
pont disulfure
F.4.2.d. Quaternaire
F.4.3.
Dénaturation
15
G. Les nucléotides et acides nucléiques
G.1. Les nucléotides
Un nucléotide est formé de l’association de 3 éléments :
Le groupement phosphate : H3PO4.
Base azotée :
bases purines : Adénine (A), Guanine (G)
bases pyrimidines : Uracile (U), Cytosine (C), Thymine (T)
Pentose : ribose ou désoxyribose
G.2.
Les acides nucléiques
G.2.1. Les acides désoxyribonucléiques (ADN)
G.2.1.a. Structure
Structure primaire
Le sucre est le désoxyribose.
Les bases peuvent être soit A, T, G ou C.
Les nucléotides s’unissent par l’intermédiaire
du groupement phosphate, entre les carbones
3’ et 5’ du désoxyribose : liaison phospho-di-ester.
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Structure secondaire :
A/T~1, et que G/C~1.
A+T/G+C : coefficient de Chargaff.
Deux chaînes antiparallèles complémentaires
= structure bicaténaire.
Liaisons hydrogène
« double hélice d’ADN ».
Rosalind Franklin (1920 - 1958), Francis Crick (1916-2004), James
Watson (1928 -), Maurice Wilkins (1916-2004)
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Structure tertiaire :
18
G.2.1.b. La réplication de l’ADN
Réplication semi-conservative : matrice / réplique.
ADN polymérases / Hélicases / ADN ligase
Sens : 5’ Æ 3’.
Fragments d’Okasaki
19
G.2.1.c. Correction, réparation,
dégradation
nucléase ; ADN polymérase ; ADN ligase. ADNases.
G.1.2. Les acides ribonucléiques (ARN)
G.2.2.a. Structure
sucre (ribose), groupement phosphate et base (A, U, C, G)
structure primaire identique à celle des ADN
monocaténaires
G.2.2.b. Les différents types d’ARN
ARN messager. Découverts en 1961 par Jacob et Monod.
ARN ribosomal. 80% de l’ARN de la cellule.
ARN de transfert. 5 à 10 % de l’ARN total. anti-codon.
20
H.
Synthèse des protéines
H.1. Généralités, principe
Oswald T. Avery (1877 - 1955) : l’ADN est le vecteur de
l’information génique.
Information stockée sous forme d’ADN.
Notion de gène :
1 gène code pour 1 protéine.
H.2. La transcription
Conservative : un brin de l’ADN sert de matrice.
Asymétrique : un seul brin est copié.
H.2.1.
Initiation de la transcription
Une ARN polymérase se fixe sur le site promoteur : « TATA box ».
H.2.2.
Elongation du brin d’ARN
La synthèse se fait dans le sens 5’ Æ 3’.
--> transcrit primaire.
21
H.2.3.
Maturation de l’ARNm
L’ARNm comprend des parties qui coderont pour la protéines (EXONS) et
des parties non codantes (INTRONS).
H.3. La traduction
H.3.1. Le code génétique
1 acide aminé est défini par un triplet de bases : Génon / Codon.
Le code génétique est universel.
Redondances / Dégénérescence
Codons STOP :
UAA
UAG
UGA
Codon initiateur :
AUG (méthionine)
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H.3.2.
l’ARN de transfert
H.3.3.
Fabrication de la protéine
Initiation / Translocation / Elongation / Terminaison
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