Diapositive 1

3.LES COMPOSES ORGANIQUES
UE 2
UE 2.1.
NOTIONS DE BIOCHIMIE
2ème partie
Septembre 2014
Institut de Formation Interhospitalier Théodore Simon– Tous droits réservés 201 4/2015
3.1.GENERALITES
3.1.1. Définition
• Une molécule organique est une molécule
plus ou moins grosse faite à base
d'atomes de carbone.
3.1.2. Structure
3.1.2.1. La chaîne carbonée
• Une molécule organique se compose
essentiellement de deux parties:
– La chaîne carboné
– Les groupements fonctionnels
• Parce que l'atome de carbone possède quatre
électrons sur sa dernière couche électronique, il peut
s'attacher avec quatre autres atomes.
• De par cette capacité, les atomes de carbone peuvent
aussi se lier entre eux et constituer ainsi une chaîne
dite chaîne carbonée.
1
3.1.2.2. Les groupements fonctionnels
• La chaîne carbonée peut porter:
– des atomes d’hydrogène,
– d’autres atomes organisés généralement en
groupements spécifiques appelés,
groupements fonctionnels.
• Chaque groupement fonctionnel donne à
la molécule sur laquelle on le retrouve une
ou des propriétés chimiques particulières.
Monomère et polymère
• Certaines molécules correspondent à
l’association d’un grand nombre d’unités issus
de la même famille
• Chacune de ses unités est appelée un
monomère
• L’association covalente de monomères est
appelée polymère ; elle possède une taille
importante étant une macromolécule.
• Quand une cellule fabrique une macromolécule
en reliant plusieurs monomères, on parle de
réaction de synthèse par déshydratation
• La réaction inverse, soit la dégradation de la
macromolécule , se nomme réaction
d’hydrolyse; pendant cette réaction les
monomères sont retirés un à un du polymère en
utilisant chaque fois, une molécule d’eau pour
briser le lien covalent entre deux sous-unités de
la macromolécule
3.1.3. Classification
Monomère
Monomère
OH
+
H
Réaction de synthèse
par déshydratation
(polymérisation)
Monomère
Monomère
Monomère
Monomère
H2O
Réaction de
dégradation par
hydrolyse
Monomère
Monomère
Monomère
Monomère
H20
OH
H
Monomère
Monomère
• Dans le corps humain on retrouve
différents types de molécules organiques
dont :
– Les glucides,
– Les lipides,
– Les protides,
– Les acides nucléiques et
– Les vitamines.
2
1 à 2% de la
masse
cellulaire
3.2. LES GLUCIDES
• Les hydrates de carbone jouent un rôle central sur notre
planète
• Ils sont fabriqués par les végétaux , au moyen de la
photosynthèse, à partir de gaz carbonique et d'eau. La
réaction nécessite de l'énergie qui est fournie par le
soleil.
• L’énergie solaire est stockée sous forme d’énergie
chimique dans les hydrates de carbone et est utilisable
ainsi par chaque être vivant.
HYDRATES DE CARBONE OU
SUCRES
3.2.2. Structure
3.2.1. Aliments riches en glucides
• Pommes de terre
Pain
Céréales (blé,
avoines, mais, riz)
Fruits secs (haricots
blancs,fèves, lentilles)
• Fruits (bananes,
châtaignes)
Miel.
Confiture.
Sirops industriels
• Sucres de canne.
Sucres de betterave.
• Les glucides contiennent du C, H, O
• Proportion H /O= 2/1 ; Semblable à l’eau
d’ou le nom de hydrates de carbone
• Ils sont composés d’une chaine carbonée
possédant des fonctions alcool et une
fonction aldéhyde ou cétone
3.2.3.Classification hydrates de
carbone
• Les monosaccharides
• Les disaccharides
• Les polysaccharides
• Les monosaccharides sont les unités de
base de tous les autres glucides
3.2.3.1.Les monosaccharides
(Les oses)
" Sucres simples ".
3
Structure
• Si le nombre d’atome de carbone dans un glucide est faible on dit
qu’il s’agit d’un glucide simple ou monosaccharide
• Formule générale : (CH₂O)ռ n = nombre atomes C
• Le nom des monosaccharides dépend du nombre d’atomes de C
contenus : Pentose (5C ); Hexose (6C) etc.
Métabolisme
• Après ingestion, les oses ne connaissent pas de
digestion enzymatique et peuvent être
directement absorbés, ce sont des nutriments .
• Les oses sont polaires et hydrophiles; elles
circulent dans le sang sous forme dissoute dans
le plasma.
• Le galactose et le fructose doivent tout d'abord
être transformés en glucose par les cellules du
foie avant d'être utilisés par les différentes
cellules de l'organisme;
Rôle du glucose
• Carburant privilégié par les cellules humaines.
– Le seul carburant accessible pour les cellules
nerveuses pour leur production d'énergie.
• De plus , le glucose participe à l’osmolarité plasmatique;
Il est indispensable que sa concentration reste stable
dans la plasma afin d’assurer un bon niveau de
perfusion des tissus;
– Le maintien de la concentration de glucose dans le
plasma (glycémie) fait l’objet d’une régulation fine
hormonale
Les principaux monosaccharides
• Les pentoses
• Le ribose et le désoxyribose entrant dans la
composition des acides nucléiques (ADN et ARN).
• Les hexoses:
– le glucose, le fructose et le galactose.
• On trouve directement le glucose et le fructose
dans la nourriture (fruits, maïs, miel, canne à
sucre)
• Le galactose n'existe pas à l'état libre et ne
s'obtient que par la digestion du lactose, un
disaccharide
• Après le repas la glycémie (concentration de glucose
dans le sang) augmente :
– une partie des molécules de glucose entre dans les cellules
pour assurer la respiration cellulaire
– une autre partie est transportée par le sang vers le foie et les
muscles squelettiques ou les molécules sont polymérisées et
entreposées sous forme de glycogène (Glycogénogénèse);
– La libération par le pancréas de l’hormone insuline favorise
l’entrée dans les cellules et la mise en réserve des glucides.
• Entre les repas, le pancréas libère un autre hormone, le
glucagon qui favorise la hydrolyse des molécules de
glycogène entreposées dans le foie (Glycogénolyse) ⇒
des molécules de glucose sont libérés dans le sang pour
maintenir la glycémie normale.
Rôle énergétique du glucose
• Du glucose, c'est en quelque sorte de l'énergie
solaire en boîte. Lorsqu'on mange du glucose,
c'est l’énergie solaire qui avait été accumulée
qui est libérée pour le fonctionnement de nos
cellules.
• Les cellules de la plupart des êtres vivants
(bactéries, animaux ou végétaux) obtiennent
l'énergie nécessaire à leur fonctionnement en
"brûlant" du glucose.
4
On appelle respiration cellulaire l'ensemble de réactions de
dégradation du glucose
• Dans la cellule, le glucose peut réagir avec de l'oxygène pour
former du gaz carbonique (CO2) , de l'eau (H2O) et dégager de
l’energie. Globalement, on peut écrire:
• C'est exactement la même réaction qui se produit lorsqu'on met le
feu à une ose (à de la cellulose par exemple).
• La grande différence, c'est que dans les êtres vivants, la réaction
est lente et se fait en de nombreuses étapes successives de sorte
que l'énergie ne se dégage que lentement..
Cycle de l’ATP
• L'ATP (adénosine triphosphate) peut se transformer en
ADP (adénosine-diphosphate) avec libération d’énergie
et inversement , suivant la réaction:
Relation glucose/métabolisme
énergétique
• Bien que le glucose est le principal combustible
cellulaire, l’énergie chimique contenue dans les liaisons
de cette molécule n’est pas directement utilisables pour
les fonctions cellulaires.
• A cause de sa, la dégradation du glucose est couplée à
la synthèse d’ATP (adénosine triphosphate) c.à.d que
l’énergie qui en résulte est captée et emmagasinée par
des petits paquets dans les liaisons d’ATP.
• Lorsque les réserves d’ATP sont
suffisantes, les glucides provenant de
l’alimentation sont convertis en glycogène
ou en graisses et son stockés.
• Par contre, en cas de déficit en glucose le
corps commence à utiliser des lipides et
des protéines pour obtenir du glucose. Ce
processus est appelé néoglucogenèse et
se produit majoritairement dans le foie
Effets nocifs pour la santé
• L’excès de consommation de sucres
ajoutés peut constituer un facteur de
risque:
3.2.3.2.Disaccharides
– d’obésité et
– de caries dentaires
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Structure
• Deux monosaccharides
réunis par une réaction
de synthèse par
déshydratation.
• Glucose +Fructose =
Sucrose + H2O
Les principaux disaccharides retrouvés
dans la nourriture
• Le sucrose (glucose + fructose)
– Le sucre alimentaire de betterave ou de
canne
• Le lactose (Glucose + galactose)
– Retrouvé dans le lait.
• Le maltose (glucose +glucose)
– Sucre de malt utilisé dans la fabrication de la
bière
Rôle disaccharides
• Source de monosaccharides
– L’hydrolyse des disaccharides produit les
monosaccharides . Autrement dit l’eau décompose
les disaccharides en monosaccharides
– Cette réaction a lieu dans le tube digestif en
présence d'enzymes spécifiques (disaccharases).
• Le glucose et le fructose libérés après hydrolyse sont
très énergétiques
Structure
• Les polysaccharide
sont des complexes
moléculaires
(polymères) formés à
partir de l'assemblage
de plusieurs
monosaccharides au
cours de réactions de
synthèse par
déshydratation.
3.2.3.3.Polysaccharides
Polysaccharides utiles pour
l’organisme humain
• Le glycogène
• L'amidon
• La cellulose
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L'amidon
Le glycogène
• Il est constitué d’unités de glucose
• C'est la forme de dépôt (réserve) du surplus de glucose
dans
– les cellules hépatiques et
– les cellules musculaires squelettiques
• Si la demande en énergie de l’organisme est grande, le
glycogène se dégrade en glucose.
• Si la demande est faible, le glucose se recombine pour
former du glycogène qui est mis en reserve.
• C’est la forme sous laquelle les végétaux constituent
des réserves de glucose.
• Il se trouve dans la classe d’aliments appelée
"féculents’‘ (aliments riches en amidons) tels que les
pommes de terre ou les céréales,
• Dans le système digestif , l’amidon est dégradé en
glucose par des enzymes appelées amylases (salivaire
et pancréatique).
La cellulose
Rôle des fibres alimentaires
• C’est le polysaccharide qui assure support
et rigidité aux cellules végétales.
• La cellulose est une fibre naturelle.
• L’homme ne possède pas des enzymes
pour dégrader la cellulose et celle-ci n’est
pas absorbée de l’intestin; elle est donc
non digestible pour l'organisme humain.
• Rôle de faciliter le transit intestinal et d’empêcher les
troubles liés à la constipation
• Rôle protecteur contre les cancers coliques
• Impact sur le métabolisme des lipides:
– Réduction du taux sanguin de cholestérol total chez
les sujets présentant une hypercholestérolémie
• Impact sur l’index glycémique (IG)
– Les produits alimentaires riches en fibres (céréales
complètes) possèdent un IG plus bas permettant
d’améliorer les phénomènes de résistance à l’insuline
et de diminuer la fréquence du diabète de type 2
L’index glycémique
• Les glucides contenus dans les différents aliments ne sont pas
absorbés à la même vitesse : en effet, chaque aliment possède son
index glycémique.
• L’index glycémique mesure la rapidité d’absorption des
glucides et sert à mesurer l’effet hyperglycémiant d’un
aliment
• Il est conseillé de limiter la consommation des aliments à
index glycémique élevé en dehors de certaines
situations le nécessitant, comme par exemple en cas
d’hypoglycémie
• Les aliments à index glycémique élevé provoquent rapidement une
élévation de la glycémie.
– Les aliments riches en mono ou disaccharides
• Les aliments à index glycémique bas font monter progressivement
la glycémie
– les aliments à base de céréales, surtout les céréales complètes
(les fibres qu'elles contiennent ralentissent la digestion de
l'amidon).
7
18 - 25% de la
masse
corporelle
3.3. LES LIPIDES
Groupe de composés organiques retrouvés
dans l’organisme sous forme de graisses
3.3.1.Aliments riches en lipides
• Les lipides sont des molécules
énergétiques et plastiques;
• L’apport alimentaire doit être pour 1/3
d’origine animale et 2/3 d’origine végétale.
• Il est d’environ 60 à 100g par jour.
• Viandes (surtout rouges)
• Produits laitiers: beurre, crème fraîche.
• Huiles : arachide, olive, tournesol, maïs,
soya, colza, noix
• Margarine.
• Fruits gras : amandes, noix, noisettes,
arachides, etc.
3.3.2.Structure
Les émulsifiants
• Les lipides sont constitués d’atomes de C,H et O.
• Ils ont des structures et des fonctions diverses mais ils
possèdent une caractéristique commune:
– Ils sont peu solubles dans l’eau (hydrophobes), mais
solubles dans d’autres lipides (liposolubles)
• Pour se dissoudre dans l'eau du corps ils doivent
s'associer à des émulsifiants (des phospholipides et à
des protéines spéciales).
• Permettent à des substances non miscibles de se
mélanger.
• Leurs molécules possèdent :
– une extrémité non polaire:
– et une extrémité polaire
• Les émulsifiants se placent autour d’une gouttelette par
exemple de triglycérides de sorte que leurs extrémités
polaires pointent vers l’extérieur et ainsi la grosse
molécule formée est hydrophile;
• Les lipoprotéines sont des formes de transport des
graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
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Les lipoprotéines
Phospholipides
Noyau
Enveloppe
• Dans la circulation sanguine , les lipides sont transportés sous
formes de lipoprotéines, grosses molécules composites
• Ce sont des micelles ,de structure globulaire, elles sont constituées
d’un cœur hydrophobe de triglycérides, entouré d’une enveloppe
formée de protéines, d’esters de cholestérol et de phospholipides.
Les différents types de lipoprotéines
• Les chylomicrons:
– Synthétisés dans les entérocytes (intestin)
– Forme de transport des triglycérides alimentaires vers les tissus
utilisateurs et le tissu adipeux.
• Les VLDL (very low density lipoproteins):
– Synthétisées dans le foie
– Transformés en LDL dans les tissus
• Les LDL (low density lipoproteins)
– Chargés en cholestérol
– Abondants dans la circulation.
– Ils transportent le cholestérol vers les tissus;
• Les HDL (high density lipoproteins):
– Synthétisés dans le sang;
– Assure l’élimination du cholestérol en le transportant des
tissus vers le foie qui l’élimine dans la bile
• Les chylomicrons et les LDL sont captées
par les cellules de l’organisme où les
lipides qu’elles contiennent seront utilisées
ou stockés
• La cellule spécialisée dans le stockage
des lipides est l’adipocyte
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3.3.3.CLASSIFICATION
I. Les lipides au sens stricte (comportant
au moins un acide gras)
1.
2.
3.
4.
Les acides gras
Les triglycérides
Les phospholipides
Les éicosanoïdes
II. Les stérols
Structure
• Un acide gras est une molécule formée d'une
chaîne de carbones terminée par un
groupement acide : COOH
3.3.3.1.ACIDES GRAS
Classification
• Acides gras saturés (en hydrogène) :
– Toutes les liaisons entre les carbones sont simples
Chaque carbone porte le maximum d'hydrogènes
possible. On ne peut pas ajouter d'hydrogène à la
molécule; elle est saturée.
• Acides gras insaturés : AG mono-insaturés et AG polyinsaturés
– Possèdent des doubles liaisons dans la chaine
carbonée;
– On pourrait hydrogéner ces molécule en
transformant les liaisons doubles en liaisons simples.
Il faudrait alors ajouter du hydrogène.
Hydrogénation d'un acide gras insaturé
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• Acides gras saturés
– Acide butyrique
– Acide stéarique
– Acide palmitique
• Acides gras insaturés
– Acide oléique
– Acide linolénique
• Certaines acides gras dits essentiels ne sont pas
synthétisés par l’organisme et doivent être apportés par
l’alimentation; ils sont contenus dans les huile végétales:
L'acide oléique, un acide gras monoinsaturé et
l'acide linoléique, un polyinsaturé.
– Acide linoléique (oméga 6)
– Acide ἀ-linolénique (oméga 3)
– Acide arachidonique
Rôle des acides gras
• Représentent les petites molécules
servant à la formation de moyennes et de
grosses molécules de lipides.
• Constituent un carburant énergétique
utilisable par la majorité des cellules sauf
par les cellules nerveuses.
– Ce carburant est toutefois considéré comme
un deuxième choix, le glucose étant
privilégié.
• Les régimes riches en AG saturés
(graisses d’origine animale: beurre, lard)
sont associés à des maladies tels: la
cardiopathie et le cancer colorectal
• Les régimes riches AG mono-insaturés et
AG poly-insaturés (les huiles: d’olive, de
maïs, de soja…) sont associés à une
diminution du risque de cardiopathies
Structure
Les lipides les plus abondantes de notre organisme.
2 formes dans les aliments:
Solide: graisses ou
Liquide: huiles
3.3.3.2. TRIGLYCÉRIDES OU
GRAISSES NEUTRES
• 1molécule de glycérol
unie avec 3 chaînes
d’acides gras.
• Les chaînes d’acides
gras varient 
Différentes types de
graisses neutres
(molécules non
polaires)
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Digestion les triglycérides
• Dans l'intestin, la molécule de triglycéride est brisée en
un monoglycéride et deux acides gras. La principale
enzyme responsable de cette transformation est la
lipase pancréatique, une enzyme fabriquée par le
pancréas et sécrétée dans l'intestin grêle.
• De plus, les sels biliaires versés par la vésicule biliaire
dans le duodénum vont émulsifier les produits de
dégradation des lipides en formant de micelles pour
faciliter le passage des ces graisses hydrophobes dans
les entérocytes;
• Une fois absorbées dans les entérocytes, les mono
glycérides et les acides gras vont s’assembler à
nouveau en triglycérides qui par la suite vont s’associer
avec des phospholipides et du cholestérol pour former
des lipoprotéines hydrosolubles appelées chylomicrons;
• Les chylomicrons quittent les entérocytes et circulent
dans un premier temps dans la lymphe contenues dans
les vaisseaux lymphatiques; Ensuite, ils arrivent dans la
circulation sanguine où une lipoprotéine lipase va les
dégrader en libérant les acides gras et le glycérol;
• Ceux derniers vont pouvoir traverser la paroi des
capillaires pour être distribués :
– soit vers les cellules pour servir de source d’énergie cellulaire
– soit vers les adipocytes pour être mises en réserve;
Rôle triglycérides
Rôle tissu adipeux
• Lorsqu’elle sont oxydées elle produisent
des grandes quantités d’énergie
• Le surplus est emmagasiné dans le tissu
adipeux:
• Isolant thermique
• Protection contre les chocs
• Réserve énergétique
– Les triglycérides constituent le moyen le
plus efficace pour notre organisme de
concentrer et stocker de l’énergie:
3.3.3.3. PHOSPHOLIPIDES
12
Structure
• 1molécule de glycérol
unie avec 2 molécules
d’acides gras et avec un
groupement phosphate
très polaire.
• Si on "force" les phospholipides à se mélanger à l'eau, ils forment
alors une double couche moléculaire : les acides gras
hydrophobes se font face (ils ont plus d'affinité entre eux qu'avec les
molécules d'eau) alors que les portions hydrophiles demeurent en
contact avec l'eau. Elle se disposent en liposome;
• Il se forme ainsi une membrane de l'épaisseur des deux couches
de molécules. Comme nous le verrons plus loin, les membranes
entourant les cellules sont formées de phospholipides disposés de
cette façon.
• La molécule est
amphiphile c’est à dire
possède une région
hydrophile et une autre
hydrophobe
• La
partie
glycérolphosphate est hydrophile
alors que les acides gras
sont hydrophobes. On
représente souvent les
phospholipides par une
boule,
la
portion
hydrophile,
et
deux
"pattes", les acides gras
hydrophobes.
Rôle des phospholipides
• Principales composantes des membranes cellulaires.
• Transporteurs de lipides dans le plasma (entrent dans
la composition des lipoprotéines)
• Composantes des gaines de myélines des neurones
Structure
• Dérivés d’un acide gras nommé acide
arachidonique
• Types: prostaglandines, leucotriènes et
thromboxanes
3.3.3.4.EICOSANOÏDES
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Rôle
•
Prostaglandines:
– Stimulation de la contraction utérine
– Régulation de la pression artérielle
– Stimulation de la motricité et de la sécrétion
du tube digestif
•
•
Prostaglandines et leucotriènes: rôle
dans la réaction inflammatoire
Thromboxanes: vasoconstricteurs
puissant
3.3.3.5. STEROIDES
Cholestérol
Structure
• Quatre anneaux
d’atomes de
carbone
• Voici quelques exemples de
stéroïdes
• Le stéroïde le plus important pour l’être humain
• Sources:
– La plupart de nos cellules fabriquent du
cholestérol ; Près de 80% du cholestérol de
l'organisme est synthétisé par les cellules
– Le reste provient de l'alimentation ( les œufs,
la viande , le fromage)
• La consommation d'aliments riches en cholestérol et en
gras saturés tend à faire augmenter le taux de
cholestérol sanguin.
• Puisque le cholestérol est un lipide, il ne peut pas se
mélanger à l'eau. Il le fait après l’associant à des
protéines et des phospholipides et la formation des
lipoprotéines;
• Plus la lipoprotéine contient de protéines, plus sa densité
est élevée.
• On distingue couramment deux types de lipoprotéines
impliquées dans le transport du cholestérol :
– Les HDL (Hight Density Lipoprotein) (on dit aussi bon
cholestérol)
– Les LDL (Low Density Lipoprotein) (on dit aussi
mauvais cholestérol)
Pourquoi dit-on que les HDL sont du bon
cholestérol et les LDL du mauvais?
• Toutes les études démontrent qu'il y a une corrélation
élevée entre un taux de cholestérol sanguin élevé et les
risques de maladies cardiaques, particulièrement
l'athérosclérose.
• L'athérosclérose est caractérisée par la formation de
plaques d'athéromes, des accumulations de tissus et
de lipides dans la paroi des artères.
• La présence de telles plaques d'athéromes au niveau
des artères coronaires (les artères irriguant le cœur)
augmente énormément les risques d'infarctus (crise
cardiaque).
14
Rôle du cholestérol
• Le cholestérol est indispensable à la vie
– Il s'associe aux phospholipides pour former les
membranes des cellules animales
– C’est la molécule à partir de laquelle l’organisme
humain synthétise les autres stéroïdes:
• hormones sexuelles et surrénaliennes (testostérone ,
œstrogènes, progestérone , cortisone)
• sels biliaires(contenus dans la bile; ils aident à la digestion
des lipides dans l'intestin).
• vitamine D (indispensable à l’absorption intestinale du
calcium)
Plaque d'athérome obstruant partiellement le
passage du sang dans une artère coronaire
12 à 18%de la
masse
corporelle
3.4. LES PROTIDES
Communément appelés
PROTEINES
3.4.1. Aliments riches en protéines
• Ce sont des biomolécules plastiques qui
représentent plus de la moitié de la
matière sèche d’une cellule
• Elles assurent le renouvellement des
cellules, la croissance et la réparation des
tissus
• Besoins minimales journalières: 0,5g/Kg
de poids corporel (double en cas d’activité
normale )
• Protéines d'origine animale:
– Toutes les viandes,
– Tous les poissons,
– Les œufs,
– Le lait,
– Le fromage.
• Protéines d'origine végétale:
• Les légumes secs:
• haricots secs,
• lentilles,
• pois chiches,
• fèves
• graines germées.
• Céréales: orge, avoine, blé, riz,
pâtes.
L’apport en protéines d’origine animale doit être équivalent à
celui des protéines végétale afin d’assurer un apport en
acides aminés essentiels correct)
15
3.4.2. Structure
• Molécules organiques plus ou moins complexes qui
proviennent de l’assemblage des acides aminés.
• Dans les protides de l ’organisme humain on retrouve 20
acides aminés différents
• Parmi eux, 8 sont appelés essentiels parce qu'ils
doivent être fournis par l'alimentation, l'organisme ne
pouvant pas les synthétiser.
– Ce sont le tryptophane, la phénylalanine, la lysine, la
thréonine, la valine, la méthionine, la leucine et
l'isoleucine.
3.4.3. ACIDES AMINÉS
3.4.3.2. Liaison peptide
3.4.3.1. Structure
• Groupement carboxyle (COOH)
• Groupement amine (-NH2)
• Radical R.
• C'est la nature du radical
R qui différencie les 20
acides aminés.
• Par déshydratation, les acides aminés se
lient entre eux par des liaisons peptide :
– le radical carboxyle d'un acide aminé (R1) se
lie au radical aminé de l'acide aminé (R2)
suivant
3.4.4.1. Structure
• Deux ou trois acides aminés formeront un
dipeptide ou un tripeptide
• Une chaîne formée de moins d'une
centaine d'acides aminés est appelée un
polypeptide.
3.4.4.LES PEPTIDES
16
3.4.5.1.Structure
3.4.5. PROTÉINES
• Lorsque la chaîne d'acides aminés
dépasse la centaine, on appelle la
molécule protéine.
• Avec la vingtaine d’acides aminés
différents, il est possible de créer un très
grand nombre de protéines avec chacune
une fonction qui lui est propre.
La structure primaire
• La séquence des acides aminés d'une
protéine (quel acide aminé est le premier,
le second, le troisième, ... , le dernier)
constitue ce qu'on appelle la structure
primaire de la protéine.
La structure secondaire et tridimensionnelle des
protéines
• Les radicaux des acides aminés (la
partie qui varie d'un acide aminé à
l'autre) ont des propriétés chimiques
différentes.
• Certains radicaux peuvent former des
liaisons chimiques plus ou moins
fortes avec d'autres radicaux.
• Il peut donc y avoir dans une chaîne
d'acides aminés des interactions entre
les radicaux.
• La chaîne d'acides aminés aura donc
tendance à se replier sur elle-même
pour adopter une structure secondaire
et ensuite tridimensionnelle précise.
Cette séquence constitue
la structure primaire
du lysozyme.
La structure secondaire
• Le repliement de la chaine linéaire en
hélice ou en accordéon donne à la
protéine sa structure secondaire
17
La structure secondaire et tridimensionnelle des
protéines
Composition des protéines
• holoprotéines : que des acides aminés
(AA)
• hétéroprotéines :
– AA + hème
• ex: hémoglobine, cytochrome
– AA + glucides : glycoprotéines
• ex: glycoprotéine P
– AA + lipides : lipoprotéines
• ex: LDL
3.4.5.2.Digestion des protéines
• Chaque cellule fabrique les protéines dont elle a besoin
• Les acides aminés nécessaires à cette synthèse
proviennent de la digestion des protéines des aliments.
• Au niveau de l'intestin, sous l'action des sucs digestifs,
les protéines contenues dans les aliments sont brisées
en acides aminés qui seront acheminés aux cellules par
la circulation sanguine. Chaque cellule puise dans le
sang les acides aminés dont elle a besoin pour fabriquer
ses propres protéines.
Si la diète est trop pauvre en
protéines
• L'organisme ne peut survivre si les cellules manquent
d'acides aminés pour fabriquer leurs protéines.
• Si la diète ne peut fournir tous les acides aminés
essentiels, l'organisme devra alors digérer ses propres
protéines (les protéines musculaires et les protéines du
sang surtout) afin de fournir à ses cellules les acides
aminés dont elles ont besoin.
• Conséquences:
– Une perte de tissu musculaire.
– Une baisse de protéines plasmatiques (ce sont des protéines du
sang)⇒
Des œdèmes
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Si la diète est trop riche en protéines
3.4.5.3. Fonctions des protéines
• L'organisme peut utiliser les acides aminés en surplus dans la
respiration cellulaire ou les transformer en gras (et non en muscles)
• Notez que l'organisme ne peut pas faire de réserves de protéines
ou d'acides aminés.
• Les acides aminés en surplus sont ou bien convertis en carburant
pouvant être respiré ou bien transformés en gras.
• Pour cela , il est nécessaire que les acides aminés perdent leur
azote (du groupement amine), ce qui se produit dans le foie par une
réaction enzymatique , la désamination.
• L’ammoniaque (NH3), qui est ainsi libéré est très toxique, en
particulier pour les cellules nerveuses
• Il est converti immédiatement ,par le foie, en urée, atoxique.
• L'urée, un déchet, est ensuite éliminée par les reins.
• Les protéines sont des molécules très variées. Notre
organisme en fabriquerait 100 000 différentes les unes
des autres.
• Chacune de ces protéines a une forme tridimensionnelle
et des propriétés chimiques qui lui sont propres.
• Les protéines remplissent de nombreux rôles dans la
cellule.
Structure : les fibres protéiques
Mouvement
Transport de substances dans le sang
Transport de substances à travers la
membrane des cellules
Hormones
Identification des cellules
Défense : les anticorps
Energétique
Enzymes
Exemple : Le collagène
• La protéine la plus abondante de l'organisme.
• Forme des grosses fibres très résistantes à la traction :
– apporte souplesse et résistance aux tissus.
1. Les fibres protéiques
• Certaines protéines peuvent former des
tubes ou des filaments qui s'assemblent
pour former des fibres très résistantes.
• Elles forment des structures aussi
diverses que les tendons et les ligaments,
l'armature interne des cellules, les poils,
les fibres des caillots sanguins (fibrine) ou
les membranes donnant de la résistance à
la plupart des organes.
Exemple clinique : le scorbut
• carence en vitamine C = mauvaise
synthèse du collagène :
– fragilité des vaisseaux sanguins, des tendons,
de la peau, etc
– graves hémorragies
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2. Le mouvement : l'actine et la
myosine
• La contraction des
cellules musculaires
est due aux
interactions entre
deux protéines :
l'actine et la
myosine. Les cellules
formant les muscles
sont remplies de ces
deux molécules.
Exemple clinique : la drépanocytose
3. Transport de substances dans le
sang
• Plusieurs substances chimiques sont
transportées dans l'organisme en se
combinant temporairement à une protéine.
Ex. :
– L'hémoglobine : transport de l'oxygène dans le sang
– La myoglobine : transport de l'oxygène dans le
muscle
– L'albumine sérique : grand transporteur sanguin (de
graisse, minéraux, hormones, médicaments)
4. Transport à travers la membrane
cellulaire
• De nombreuses substances chimiques traversent la
membrane cellulaire en passant par de petits canaux
faits de protéines.
• Certaines de ces protéines canal peuvent se fermer et
s'ouvrir suite à des modifications de la structure tertiaire
de la protéine.
• Ex :
– canaux Cl- de l’épithélium intestinal
– co-transporteur glucose/Na+ de l’intestin
• Exemple clinique : le choléra
– Bactérie Vibrio cholerae => ouverture des
canaux Cl• mouvements d’eau massifs hors des cellules
• diarrhée, déshydratation, perte de sels => mort
– Thérapie de réhydratation: solution eau +
glucose + sel.
• Utilisation du co-transporteur glucose/Na+ de
l’intestin pour un couplage entre l’absorption de
l’eau, du sel et du glucose
5. Les hormones
• La plupart des hormones sont des protéines.
• Par exemple
– L'insuline
– L'hormone de croissance responsable, comme son
nom l'indique, de la croissance
• Contrairement aux hormones stéroïdes qui peuvent être absorbées
par voie orale, les hormones protéiques comme l'insuline doivent
être injectées car les protéines sont digérées dans le tube digestif
en acides aminés
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6. Identification des cellules
• La membrane de toutes les cellules contient des
glycoprotéines (des protéines associées à de courts
polysaccharides) dont le rôle principal est de permettre
au système immunitaire de reconnaître ses propres
cellules (et donc de ne pas les attaquer).
• Ces glycoprotéines appelées protéines CMH (pour
complexe majeur d'histocompatibilité) sont nombreuses
et très variables. Il n'y a pas deux personnes qui
possèdent les mêmes.
• Le système immunitaire peut distinguer ses propres
cellules des cellules étrangères grâce à ces
glycoprotéine CMH de la membrane.
7. Les défenses de l'organisme : les
anticorps
• Les anticorps fabriqués par certains
globules blancs pour la défense de
l'organisme contre les cellules étrangères
sont de grosses protéines.
8. Rôle énergétique
Dénaturation d'une protéine
• Les protéines peuvent également servir
de combustibles pour les cellules si
l'apport en glucides et en lipides est
insuffisant.
• Cette solution est utilisée en dernier
recours, lors d'un jeûne sévère ou dans
des cas de malnutrition avancée.
• La forme spatiale qu'adopte la protéine dépend des forces
responsables des liens reliant entre eux les radicaux des
acides aminés constituant sa structure primaire.
• Dans certaines conditions, ces liens peuvent se défaire. La protéine
peut alors changer de forme
• Comme la fonction biologique d'une protéine est intimement liée à
sa forme, la protéine modifiée ne peut donc généralement plus
assurer sa fonction. Elle est alors dite dénaturée.
• Les facteurs pouvant provoquer la dénaturation d'une protéine sont:
– La chaleur
– Un pH extrême
– Un milieu très concentré en électrolytes (ions)
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9. LES ENZYMES
ES ENZIMES
Action des enzymes
Généralités
• Dans les liquides de l’organisme, la température
et la concentration des molécules ne sont pas
assez élevées pour déclencher rapidement
toutes les réactions chimiques nécessaires à la
vie.
• Les catalyseurs sont les substances qui
résolvent ce problème.
• Dans les cellules , les catalyseurs sont des
protéines qui portent le nom d’enzymes.
• Grande variété d’enzymes : plus de 2000
• Elles sont dénommées en ajoutant le
suffixe « ase » au terme désignant le type
de réaction chimique ou le corps sur
lequel elles agissent.
Exemples:
– Les hydrolases sont des enzymes qui
entraînent une rupture moléculaire par
hydrolyse
– Les oxydases ajoutent de l’oxygène.
– Les protéases brisent des protéines
– Les lipases dégradent les lipides
• Les enzymes accélèrent les réactions
chimiques en :
– Augmentant la fréquence des collisions entre
atomes, ions ou molécules
– Orientant les molécules pour qu’elle entrent
en contact au bon endroit.
La spécificité des enzymes
• Chaque enzyme ne travaille que sur :
– Une substance spécifique appelée substrat
ou que sur
– Une réaction chimique.
• La forme de l’enzyme doit correspondre à celle
du site actif du substrat sur lequel elle agit
(mécanisme serrure-clé)
• Les enzymes ne participent que temporairement
aux réactions. Elles ne sont ni consommées ni
transformées par la réaction.
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Site actif
• Lorsque la chaîne d'acides aminés se replie sur ellemême, elle forme une structure compacte présentant
des creux et des bosses.
• Dans certains creux se trouvent réunis des acides
aminés qui, ensemble, confèrent à cette région de la
protéine des caractéristiques chimiques spécifiques.
• C'est au niveau d'une telle région, appelée site actif,
que s'effectue la réaction chimique catalysée par une
enzyme.
L'enzyme illustré ci-dessus catalyse une réaction chimique au cours
de laquelle une molécule A se lie à une molécule B pour former la
molécule AB. On constate que chacune des deux molécules a une
affinité avec le site actif de l'enzyme. Lorsque A et B sont fixées dans
le site actif, elles sont exactement dans les bonnes conditions pour
former une liaison entre elles et former AB. À la fin de la réaction, la
nouvelle molécule AB se détache de l'enzyme qui, de ce fait, peut à
nouveau recommencer la même réaction. L'enzyme n'est pas altérée
par la réaction. Une même enzyme peut refaire la même réaction des
milliers de fois à la seconde.
Généralités
3.5. LES ACIDES NUCLÉIQUES
• Les acides nucléiques sont ainsi nommés
parce qu’ils ont été découverts dans les
noyaux des cellules.
• Ils contiennent du C, H, O, N et P.
• Ils sont des macromolécules construites à
partir de plus petites molécules appelées
nucléotides.
L’acide désoxyribonucléique (ADN) et
L’acide ribonucléique (ARN)
Nucléotides
• Un nucléotide est une molécule formée de l'union de trois
autres petites molécules:
– Un monosaccharide à cinq carbones: le désoxyribose ou le
ribose
– Une base azotée: la thymine, l'adénine, la guanine, la
cytosine ou l'uracile
– Un groupement phosphate
5 types de nucléotides
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Structure des acide nucléiques
Caractéristiques structurales ADN
C
• La molécule est composée de
deux chaînes parallèles de
nucléotides.
• Chaque chaîne est constituée
de plusieurs nucléotides
attachés les uns à la suite des
autres.
• Les deux chaînes sont reliées
par des barreaux.
• Les chaînes s ’enroulent l’une
autour de l’autre pour former
une double hélice, qui donne à
la molécule l’apparence d’une
échelle de corde spiralée.
G
T
A
G
C
G
G
C
G
C
A
T
C
G
A
A
T
G
C
0,34 nm
C
G
T
C
T
A
G
A
2 nm
• Les chaînes de l’échelle
d’ADN sont constituées
d’une alternance de
groupements phosphate
et de la portion de
désoxyribose des
nucléotides.
• Les barreaux de l’échelle
sont formés par des
paires de bases azotées
réunies par des liaisons
hydrogène.
La complémentarité des bases azotées
• Des ponts hydrogène vont lier entre elles
les bases azotées selon un ordre précis:
– L’adénosine ne peut se lier qu’à la thymine
ou à l’uracile (U)
– La guanine ne peut se lier qu’à la cytosine
• En effet, lorsque d'un côté de la double chaîne on
retrouve le nucléotide adénine il ne pourra y avoir
de l'autre côté que le nucléotide thymine
• De même, lorsqu'il y aura sur un côté le nucléotide
guanine, il ne pourra y avoir de l'autre côté que le
nucléotide cytosine.
Formation d’une double hélice ADN
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Rôle ADN Le gène
• L’ADN se trouve dans le noyau (centre de
régulation de la cellule), où il constitue les
gènes (matériel génétique).
• Il a deux fonctions principales:
1. Il se réplique (il se reproduit) avant la division
cellulaire de sorte que les cellules filles
possèdent la même information génétique
que la cellule mère.
2. Il fournit les instructions pour la production de
toutes les protéines de l’organisme.
 En donnant les informations nécessaires
à la synthèse des protéines, l’ADN
détermine l’identité même de l’être
humain et il dirige sa croissance et son
développement.
L’acides ribonucléique (ARN)
Types d’ARN
Structure
• Il est copié à partir de l’ADN.
• Mais, il est différent du point de vue structurel et fonctionnel:
– Il possède une molécule à chaîne simple
– Le sucre est la ribose
– La bases azotées l'uracile, l'adénine, la guanine, la cytosine
(donc la thymine est remplacée par l’uracile)
• Fabriqués par transcription après lecture de l’ADN :
• Il existe de nombreuses familles d’ARN avec des rôles
de régulation.
– ARN messager
– ARN de transfert
– ARN ribosomal
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• l’ARNm est la copie d’un brin d’ADN
contenant l’information pour la synthèse
d’une protéine.
• l’ARNt est le décodeur de l’information qui
permet de traduire le langage ( triplet de
bases) en acides aminés.
• l’ARNr fait partie de l’appareil de
transduction que sont les ribosomes.
Plusieurs types
d’ARN
- de transfert ARNt
- messager ARNm
- ribosomal ARNr
3.6.L’ADENOZINE
TRIPHOSPHATE (ATP)
7. L’ADENOZINE
TRIPHOSPHTE (ATP)
Rôle ATP
Structure ATP
• C’est une molécule
constituée d'adénine liée
à un ribose qui, lui, est
attaché à une chaîne de
trois groupements
phosphate.
• C’est la seule source d’énergie biologique
immédiatement utilisable par les cellules
pour accomplir son travail.
• L’ATP transfère l’énergie provenant des
réactions exothermiques vers les
réactions endothermiques nécessaires
pour maintenir l’activité cellulaire.
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Mécanisme de transport d’énergie
Cycle de l’ATP
• Lors de la formation de l’ATP, l’énergie
est emmagasinée dans le lien chimique
situé entre le 2ème et le 3ème groupement
phosphate.
• Quand la cellule nécessite de l’énergie,
une réaction d’hydrolyse d’ATP se produit:
c.à.d le dernier groupement phosphate est
éliminé par l’ajout de l’eau. Il s’ensuit une
libération d’énergie et la production d’une
molécule d’adénosine diphosphate
• L'ATP (adénosine triphosphate) peut se
transformer en ADP (adénosine-diphosphate)
avec libération d’énergie et inversement , suivant
la réaction:
Mentions légales
• L’énergie nécessaire pour reconstituer de
l’ATP à partir de l’ADP provient de la
dégradation du glucose au cours d’un
processus appelé « respiration
cellulaire ».
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