Diapositive 1

UE 2
UE 2.1.
3.LES COMPOSES ORGANIQUES
3.1.GENERALITES
NOTIONS DE BIOCHIMIE
2ème partie
Septembre 2014
Institut de Formation Interhospitalier Théodore Simon– Tous droits réservés 201 4/2015
CARBONE
3.1.1. Définition
• « Une molécule dite organique contient un
atome de carbone et est issue d’un
processus biologique, animal ou
végétal. » ou encore
• « Une molécule organique contient au
moins une liaison Carbone-Hydrogène
(C-H) ».
L’extraordinaire diversité et la complexité des molécules
organiques reposent sur les propriétés du carbone!
ORIGINE DU CARBONE
CH2O est une Unité de glucose
1
Nature chimique CARBONE
Combien d’électrons possède le
carbone?
Classification périodique des éléments
Le carbone peut réaliser
4 liaisons covalentes!
(exemple du Méthane, CH4)
Propriétés chimiques du carbone
• Le carbone peut effectuer 4 liaisons covalentes, très
souvent avec l’oxygène, l’azote et l’hydrogène… et très
fréquemment avec d’autres atomes de carbone!!!
2
3.1.2. Structure molécules organiques
• Toute molécule organique se compose
de deux parties:
– La chaîne (squelette ) carboné
– Les groupements fonctionnels
.
3.1.2.1. Toutes les molécules
organiques possèdent un squelette
carboné
Glucose (glucide)
Protéine
3
Les isomères
Importance des isomères optiques…
exemple de la thalidomide.
• Fin des années 1950, début
1960. Prescrit comme antinauséeux aux femmes
enceintes. Contient un
mélange des deux isomères
optiques!
• Un des deux isomères est
« bon », l’autre provoque des
malformations congénitales…
15000 cas.
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.
• Les liaisons C-H et C-C ne sont pas
polaires donc sont relativement inertes
chimiquement.
• Ce sont les groupements fonctionnels
qui participent aux réactions.
4
Monomère et polymère
Monomères= Les petite molécules
• Certaines molécules organiques 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.
Les polymères = Macromolécules
Réaction de synthèse par déshydratation =
Réaction de condensation
• Quand une cellule fabrique une macromolécule
en reliant plusieurs monomères, on parle de
réaction de synthèse par déshydratation
5
Réaction d’hydrolyse
• 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
Monomère
Monomère
OH
Monomère
H
Monomère
Monomère
Monomère
H2O
Monomère
Réaction de
dégradation par
hydrolyse
Les polymères
+
Réaction de synthèse
par déshydratation
(polymérisation)
Monomère
Monomère
H20
Monomère
OH
H
Monomère
Monomère
3.1.3. Classification
• Dans le corps humain on retrouve
différents types de molécules organiques
dont :
– Les glucides,
– Les lipides,
– Les protides,
– Les acides nucléiques et
– Les vitamines.
3.2.1. Aliments riches en glucides
• Pommes de terre
Pain
Céréales (blé,
avoines, mais, riz)
Fruits secs (haricots
blancs,fèves, lentilles)
1 à 2% de la
masse
cellulaire
3.2. LES GLUCIDES
• Fruits (bananes,
châtaignes)
Miel.
Confiture.
Sirops industriels
• Sucres de canne.
Sucres de betterave.
HYDRATES DE CARBONE OU
SUCRES
6
3.2.2. Structure
Le rapport H/O est de 2/1, semblable à l’eau d’ou le nom de
hydrates de carbone
3.2.3.Classification hydrates de
carbone
• Les monosaccharides: un seul monomère
• Les disaccharides: deux monomères, issus
d’une réaction de condensation entre deux
monosaccharides ou sucres simples.
• Les polysaccharides: des polymères,
association de nombreux monomères.
• Les monosaccharides sont les unités de base
de tous les autres glucides
Structure
3.2.3.1.Les monosaccharides
(Les oses)
• 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.
" Sucres simples ".
Le glucose possède 6 atomes de
carbone.
Le glucose présente plusieurs
isomères :
7
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
Métabolisme glucidique (1)
• 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;
Métabolisme glucidique (3)
• Entre les repas, le pancréas libère un autre hormone, le
glucagon qui favorise l’hydrolyse des molécules de
glycogène entreposées dans le foie (Glycogénolyse)
• Il résulte des molécules de glucose qui sont libérées
dans le sang pour maintenir la glycémie normale.
Métabolisme glucidique (2)
• 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.
Rôle énergétique du glucose (1)
• Carburant privilégié par toutes les cellules humaines.
– Le seul carburant utilisables par les cellules
nerveuses pour leur production d'énergie.
8
Rôle énergétique du glucose (1) suite
• 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 sous forme de liaisons chimiques,
est libérée pour le fonctionnement de nos cellules.
• Ainsi, les cellules utilisent le glucose dans les voies
cataboliques. Lors de la respiration cellulaire, la rupture des
liaisons C-C libère de l’énergie!
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
• 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 ça, 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
• L'ATP (adénosine triphosphate) peut se transformer en
ADP (adénosine-diphosphate) avec libération d’énergie
et inversement , suivant la réaction:
Rôle du glucose (2): substance
osmotique active
• 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 (Homéostasie)
9
Effets nocifs des glucides 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
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;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
3.2.3.3.Polysaccharides
10
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.
• Peuvent contenir plus de
5000 monomères d’oses!
AMIDON = AMYLOSE + AMYLOPECTINE (80%)
Polysaccharides utiles pour
l’organisme humain
• L'amidon
• Le glycogène
• La cellulose
L'amidon est un feculent
• L’amidon 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).
Réserve de
glucose chez les
végétaux, surtout
dans les fruits et
les céréales.
Le glycogène
• Il est constitué d’unités de glucose.
• C’est l’équivalent « animal » de
l’amidon
• C'est la forme de dépôt
(réserve) du surplus de
glucose dans
– les cellules hépatiques et
– les cellules musculaires
squelettiques
• Deux types de glycogène:
– Glycogène alimentaire:
– Glycogène endogène:
Métabolisme du glycogène
• Lors des repas le glycogène alimentaire est hydrolysé en
glucose;
• Ainsi, après un repas, la glycémie augmente.
– Une partie du glucose est utilisée par les cellules de l’organisme pour
produire de l’énergie.
– Le surplus de glucose est transformé en glycogène endogène
(glycogénèse) et mis en reserve dans les cellules du foie et des muscles.
• Entre le repas, la glycémie baisse en dessous de la valeur de
référence; l’organisme utilise la réserve de glucagon endogène
qui est catabolisé en glucose par la réaction appelée glycolyse.
11
La cellulose
• Certains polysaccharides ont un rôle structural: par exemple, la
cellulose est un polymère de glucose constituant la paroi des
cellules végétales.
• Le cellulose assure support et rigidité aux cellules végétales.
Rôle des fibres alimentaires
• Rôle de faciliter le transit intestinal et
d’empêcher les troubles liés à la constipation
• Rôle protecteur contre les cancers coliques
• Rôle de réduire le taux sanguin de cholestérol
• Un IG (Index Glycémique) plus bas permettant
d’améliorer les phénomènes de résistance à
l’insuline et de diminuer la fréquence du diabète
de type 2
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.
• Cependant elle est très utile pour notre
organisme et fait partie de la catégories
des fibres alimmentaires
L’index glycémique
• L’index glycémique mesure la rapidité d’absorption des
différentes glucides et sert à mesurer l’effet
hyperglycémiant d’un aliment
• 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).
Généralités
• 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.
18 - 25% de la
masse
corporelle
3.3. LES LIPIDES
Groupe de composés organiques retrouvés
dans l’organisme sous forme de graisses
12
3.3.1.Aliments riches en lipides
• 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 lipides sont constitués
d’atomes de C,H et O.
• Ces molécules ne sont pas des
polymères.
• Les lipides possèdent quelques
liaisons polaires (avec O) mais ils
sont en majorité constitués
d’hydrocarbures, hydrophobes..
• Ils sont donc peu solubles dans
l’eau (hydrophobes), mais solubles
dans d’autres lipides (liposolubles)
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
3.3.3.1.ACIDES GRAS
II. Les stérols
Acides gras saturés (en hydrogène) :
Structure
• Un acide gras est une molécule formée d'une
chaîne de carbones (hydrocarbure) terminée par
un groupement acide : COOH
• Pas de liaison double entre deux atomes de
carbone de la chaîne d’hydrocarbure. On ne
peut pas ajouter d'hydrogène à la molécule; elle
est saturée en hydrogène.
13
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.
Acides gras saturés
Acide butyrique
Acide stéarique
Acide palmitique
Acides gras insaturés
Acide oléique
Acide linolénique
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.
Hydrogénation d'un acide gras insaturé
Acides gras essentiels
• 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:
– Acide linoléique (oméga 6)
– Acide ἀ-linolénique (oméga 3)
– Acide arachidonique
• Les régimes riches en AG saturés
(graisses d’origine animale: beurre, lard)
sont associés à des maladies tels
l’athérosclérose, les maladies
cardiovasculaires et le cancer
colorectal
• Les régimes riches AG mono-insaturés et
AG polyinsaturés (les huiles: d’olive, de
maïs, de soja…) sont associés à une
diminution du risque de maladies
cardiovasculaires
14
Structure
Les lipides les plus abondantes de notre organisme.
2 formes dans les aliments:
• 1molécule de glycérol
unie avec 3 chaînes
d’acides gras.
• Les chaînes d’acides
gras varient
Solide: graisses ou
Liquide: huiles
3.3.3.2. TRIGLYCÉRIDES OU
GRAISSES NEUTRES
• Les triglycérides contenant des acides
gras saturés peuvent s’agglomérer et
forment un solide à température ambiante!
• La plupart des graisses animales
Rôle énergétique triglycérides (1)
• Lorsqu’elle sont oxydées les triglycérides produisent des
grandes quantités d’énergie;
• Un gramme de graisse libère 9 Kcalories, contre 4Kcalories
pour un gramme de glucose, et ce grâce à la présence
d’hydrocarbures dans les acides gras.
• Les triglycérides contenant des acides gras
insaturés ne peuvent pas s’agglomérer
correctement à cause des doubles liaisons et
forment un liquide à température ambiante.
• La plupart des graisses végétales et poissons.
Rôle plastique (2): Les triglycérides
forment le tissu adipeux
• Les triglycérides constituent le moyen le plus
efficace pour notre organisme de concentrer et
stocker de l’énergie:
• Le surplus de triglycérides est emmagasiné
dans le tissu adipeux:
• Le tissu adipeux assure plusieurs rôles:
– Isolant thermique
– Protection contre les chocs
– Réserve énergétique
15
Structure
3.3.3.3. PHOSPHOLIPIDES
• La molécule est amphiphile c’est à dire possède une région
hydrophile et une autre hydrophobe
• La partie glycérol-phosphate est hydrophile alors que les
acides gras sont hydrophobes.
Propriétés des substances amphiphiles
• 1molécule de glycérol
unie avec
• 2 molécules d’acides
gras et
• avec un groupement
phosphate très
polaire.
On représente souvent les phospholipides par
- une boule, la portion hydrophile, et
- deux "pattes", les acides gras hydrophobes.
Les phospholipides dans l’eau
• En solution, les queues hydrophobes se
regroupent et s’isolent du milieu aqueux,
formant des micelles ou des bicouches.
16
• Les
membranes
cellulaires
sont
principalement constituées d’un double
couche de phospholipides
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
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
17
Structure
Les hormones sexuelles
• Molécules comprenant
un squelette carboné à
4 cycles.
• Classées dans les
lipides en raison de
leur hydrophobicité.
Exemple du cholestérol (précurseurs
des hormones sexuelles…).
Cholestérol
• 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)
Rôle du cholestérol (2)
Le cholestérol est indispensable à la vie!
• 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)
Rôle du cholestérol (1)
Le cholestérol est indispensable à la vie
– Il s'associe aux phospholipides pour former les
membranes des cellules animales
– Il joue un rôle sur la fluidité des membranes
plasmiques (il la réduit).
Il y a environ
une molécule de
cholestérol pour
une molécule de
phospholipide;
EXCÈS DE CHOLESTÉROL =
FACTEUR DE RISQUE CARDIOVASCULAIRE
• 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).
18
La consommation
d'aliments riches
en cholestérol et
en gras saturés
tend à faire
augmenter le taux
de cholestérol
sanguin.
3.3.3.6. LIPOPROTEINES
Plaque d'athérome obstruant partiellement le
passage du sang dans une artère coronaire
Les différents types de lipoprotéines
Les lipoprotéines
Phospholipides
Noyau
• 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):
Enveloppe
– Synthétisées dans le foie
– Transformés en LDL dans les tissus
• Les LDL (low density lipoproteins)
• 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.
– 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
12 à 18%de la
masse
corporelle
3.4. LES PROTIDES
Communément appelés
PROTEINES
19
Importance dans l’organisme
Ce sont les molécules organiques les plus complexes
et les plus variées de l’organisme! (prôtos = premier).
Importance dans l’organisme
• 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
D’autres nombreuses fonctions:
3.4.1. Apport alimentaire
• 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.
Besoins minimales journalières: 0,5g/Kg de poids corporel.
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
3.4.2. Structure
• Les protéines contiennent des atomes de C, H et O,
comme les lipides et les glucides…
•
Mais aussi du N
Les monomères sont des acides aminés.
Une protéine contient généralement entre
100 et 200 acides aminés.
20
3.4.3.1. Structure acide aminé
•
•
•
•
•
3.4.3. ACIDES AMINÉS
Dans les protides de l’organisme humain on
retrouve 20 acides aminés différents
Un carbone asymétrique
Groupement acide (-COOH)
Groupement amine (-NH2)
Radical R.
C'est la nature du radical R
qui différencie les 20 types
d’acides aminés de notre
organisme .
8 acides aminés essentiels
• Parmi eux, 8 sont
appelés essentiels
parce qu'ils doivent être
fournis par
l'alimentation,
l'organisme ne pouvant
pas les synthétiser.
La carence grave de protéines : Maladie de kwashiorkor
3.4.3.2. Liaison peptide
• Les acides aminés se lient par des réactions
de condensation (=déshydratation) formant
des liaisons peptidiques.
21
3.4.4.1. Structure
• Deux ou trois acides aminés formeront un
dipeptide ou un tripeptide
• Une chaîne formée de moins de 100
acides aminés est appelée un
polypeptide.
3.4.4.LES PEPTIDES
3.4.5.1.Structure
• Lorsque la chaîne d'acides aminés
dépasse la centaine, on appelle la
molécule protéine.
3.4.5. PROTÉINES
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.
Cette séquence constitue la structure
primaire du lysozyme.
22
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.
La structure secondaire
• Le repliement de la chaine linéaire en
hélice ou en accordéon donne à la
protéine sa structure secondaire
La structure secondaire et tridimensionnelle des
protéines
Drépanocytose (= anémie falciforme,
hémoglobine S…)
23
Drépanocytose (= anémie falciforme,
sicklémie, hémoglobine S…)
• La drépanocytose est une maladie génétique de l’hémoglobine, une
substance contenue dans les globules rouges, qui sert à transporter
l’oxygène à travers le corps.
• Dans la structure primaire de l’hémoglobine S il y a eu un
modification d’un acide aminé.
• Les globules rouges falciformes sont plus fragiles et plus rigides que
des globules rouges normaux contenant l’hémoglobine normale. Ils
circulent mal dans les vaisseaux, ce qui les empêche de jouer
pleinement leur rôle de transporteur d’oxygène.
Classification 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
Si la diète est trop riche en protéines
Dénaturation d'une protéine
• 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. Les enzymes nécessaires à
cette réaction sont appelées transaminases
• 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.
• 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)
24
La chaleur
• La fièvre est une
élévation générale de la
température, par
dérèglement du
« thermostat » (centre
de régulation). C’est
une réaction classique
de défense à une
agression interne
(infection…).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
La forte fièvre peut dénaturer les
protéines
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.
3.4.5.3. FONCTIONS DES
PROTÉINES
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.
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.
25
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)
Exemple clinique : la drépanocytose
L'hémoglobine : transport
de l'oxygène dans le sang
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.
7. Les défenses de l'organisme : les
anticorps
• Les anticorps fabriqués par certains
globules blancs (les lymphocytes B) pour
la défense de l'organisme contre les
cellules étrangères sont de grosses
protéines.
6. Identification des cellules
• La membrane de toutes les cellules contient des
glycoprotéines 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.
8. Rôle énergétique
• 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.
26
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.
27
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
• 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.
5 types de nucléotides
3.5. LES ACIDES NUCLÉIQUES
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
Structure des acide nucléiques
28
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
• 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.
G
A
2 nm
La complémentarité des bases azotées
Formation d’une double hélice ADN
• 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.
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.
29
 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)
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)
Types d’ARN
• 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
• 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.
30
Plusieurs types
d’ARN
- de transfert ARNt
- messager ARNm
- ribosomal ARNr
Structure ATP
3.6.L’ADENOZINE
TRIPHOSPHATE (ATP)
7. L’ADENOZINE
TRIPHOSPHTE (ATP)
• C’est une molécule
constituée d'adénine liée
à un ribose qui, lui, est
attaché à une chaîne de
trois groupements
phosphate.
Rôle ATP
Mécanisme de transport d’énergie
• 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.
• 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
31
Cycle de l’ATP
• L'ATP (adénosine triphosphate) peut se
transformer en ADP (adénosine-diphosphate)
avec libération d’énergie et inversement , suivant
la réaction:
• 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 ».
Mentions légales
L'ensemble de ce document relève des législations française et internationale sur le
droit d'auteur et la propriété intellectuelle. Tous les droits de reproduction de tout ou
partie sont réservés pour les textes ainsi que pour l'ensemble des documents
iconographiques, photographiques, vidéos et sonores.
Ce document est interdit à la vente ou à la location. Sa diffusion, duplication, mise à
disposition du public (sous quelque forme ou support que ce soit), mise en réseau,
partielles ou totales, sont strictement réservées à l’Institut de Formation
Interhospitalier Théodore Simon.
L’utilisation de ce document est strictement réservée à l’usage privé des étudiants
inscrits à l’Institut de Formation Interhospitalier Théodore Simon, et non
destinée à une utilisation collective, gratuite ou payante.
ifits.learneos.fr
Institut de Formation Interhospitalier Théodore Simon– Tous droits réservés 2009/2010
32