enzymes - Cégep de Sainte-Foy

La chimie
du vivant
Gilles Bourbonnais / Cégep de Sainte-Foy
p.
p. 63
63
Les molécules de la vie
La vie utilise environ 25 des 92 éléments
chimiques présents à l'état naturel.
De ces 25, quatre sont particulièrement importants :
• Carbone (C) : peut former 4 liaisons chimiques
• Hydrogène (H) : ne forme qu'une liaison
• Oxygène (O) : peut former 2 liaisons
• Azote (N) : peut former 3 liaisons
Avec ces 4 éléments on peut former un nombre
astronomique de molécules différentes, des plus simples
aux plus complexes.
Exemples :
Voir fig. 4.3 p. 65
CH4 (méthane)
Ex. Le méthanol
CH3OH
groupement
hydroxyle
Ex. L'éthanol
CH3-CH2OH
Les liaisons peuvent être simples, doubles ou triples
Éthane
Éthylène
Acétylène
Presque toutes les molécules des êtres vivants sont
formées d'atomes de carbones reliés les uns aux
autres.
• Chaînes linéaires
• Chaînes ramifiées
• Cycles
67
67
N.B. Les mêmes atomes peuvent former des
molécules différentes:
•
CH3-CH2-OH (C2H6O)
•
CH3-O-CH3 (C2H6O aussi)
= Isomères
67
67
• Isomères de structure
• Isomères cis-trans (géométriques)
cis
• Isomères optiques (énantiomères)
68
68
trans
L-Glycéraldéhyde
D-Glycéraldéhyde
Ces deux molécules (du glycéraldéhyde) ne sont
pas équivalentes. On ne peut pas les superposer.
Une molécule peut avoir deux formes optiques (l’une l’image de
l’autre dans un miroir) SI un de ses carbones est lié à 4 atomes ou
groupements différents (ce carbone est alors dit « asymétrique »
L’alanine est un constituant important des protéines.
L’alanine retrouvée dans les êtres vivants est toujours
de la forme L
L’alanine D (fabriquée en laboratoire) a un goût
légèrement sucré alors que la L (la forme naturelle) ne
goûte rien
Vitamine C forme L
Vitamine C forme D
La vitamine C naturelle est de la forme L
On ne peut pas assimiler et utiliser la forme D
(artificielle)
Thalidomide de forme D
Thalidomide de forme L
La forme L a un effet sédatif (somnifère)
et antiémétique (contre la nausée)
La forme D a un effet tératogène (inhibe
la croissance des membres)
Environ 10 000 bébés sont nés
avec des membres atrophiés
entre 1957 et 1962. Leur mère
avait pris de la thalidomide au
cours de la grossesse.
La thalidomide a été mise en marché en 1957. Elle a été retirée du marché en 1961
après qu’on en ait relié l’usage par des femmes enceintes à de graves malformations
congénitales. Depuis 1965, on l’utilise pour traiter la lèpre et certains cancer. Elle aurait
aussi des effets bénéfiques chez les sidatiques.
Lorsque la molécule est synthétisée en laboratoire, on obtient un mélange des formes D
et L. Même si on peut séparer la forme L de la D, dans l’organisme, chacune de ces
deux formes peut se transformer en l’autre forme.
À lire : p. 68 : le crystal meth
Molécule de valium
Molécule de cocaïne
Le carbone permet de construire des
molécules variées et complexes
caféine
Chimie des molécules contenant du carbone = chimie organique
Matière organique = matière formée de molécules
contenant du carbone (sauf CO2 et carbonates)
Autre définition : matière formée de molécules
contenant du carbone et de l’hydrogène
Carbone = le seul atome pouvant se lier à lui-même
de nombreuses fois.
Permet de construire des molécules :
• Complexes (peuvent contenir des milliers d'atomes)
• Variées
Ex. On peut imaginer 62,5 millions de molécules
différentes de la formule C40H82
Si la vie existe ailleurs dans l’univers, elle est sans
doute basée sur le carbone.
63
63
Les molécules du vivant (chapitre 5)
Chaque être vivant contient des milliers de molécules
différentes.
On peut regrouper la plupart de ces molécules en 4 grandes
familles:
• Glucides (sucres ou hydrates de carbone)
• Lipides (gras, huiles et stéroïdes)
• Protéines
• Acides nucléiques (ADN et ARN)
Lipides
Glucides
Protéines
Glucides, lipides et
protéines constituent la
base de notre alimentation
(on se nourrit d’êtres
vivants qui sont
principalement constitués
de ces composés)
77
77
Les glucides
On divise les glucides en :
• Monosaccharides (sucres simples)
• Disaccharides (sucres doubles)
• Polysaccharides (sucres complexes)
Monosaccharides
Les glucides
• Monosaccharides
• Disaccharides
Formule générale = CnH2nOn
Ex. le glucose = C6H12O6
La plupart des
monosaccharides ont 5
carbones (pentoses) ou
6 carbones (hexoses)
• Polysaccharides
77
77
Sucres à 6 carbones (hexoses)
Glucose (C6H12O6)
Fructose (C6H12O6)
Galactose (C6H12O6)
Glucose et fructose
Disaccharides
77-78
77-78
Les monosaccharides peuvent
se lier deux à deux :
Saccharose :
glucose + fructose
Les glucides
• Monosaccharides
• Disaccharides
• Polysaccharides
glucose-fructose + H2O
= réaction de déshydratation : une molécule
d'eau est libérée
Le sucre acheté à l’épicerie, c’est du saccharose extrait de la canne à
sucre ou de la betterave à sucre. Le sucre d’érable est également fait
de saccharose. Le goût sucré de la plupart des fruits vient surtout du
saccharose qu’ils contiennent.
Deux autres disaccharides
souvent rencontrés:
• Maltose : glucose – glucose
Les grains de céréales germés
utilisés pour faire de la bière sont
riches en maltose
• Lactose : glucose – galactose
Le lait contient 5% de sucre
(essentiellement sous forme de lactose)
(9% d’un mélange de glucose et fructose
pour un Coca-Cola ou un jus d’orange)
Un faux glucide que notre organisme ne peut pas
utiliser (ni même digérer) : le sucralose
Voyez-vous la différence avec le saccharose ?
Le sucralose goûte 600 fois plus sucré que le saccharose
Pouvoir sucrant des glucides
• Saccharose : 100
• Fructose :
140 - 170
• Glucose :
70 - 80
• Galactose :
~ 35
• Maltose :
~ 40
• Lactose :
~ 20
Le miel est formé d'un mélange d'eau
(25%) et de glucides (75%): glucose (25 à
35%), fructose (35 à 45%) et saccharose
(5%).
Le sirop de maïs est un sirop de glucose
(extrait de l’amidon) pouvant aussi
contenir du fructose.
Dans l’intestin, les disaccharides sont
digérés en monosaccharides.
Glucose - Fructose
Glucose + Fructose
SANG
S’ils ne sont pas digérés, ils
ne seront pas absorbés
(continuent dans le gros
intestin avant d’être évacués)
CELLULES
Intolérance au lactose
= Personnes dont l’intestin ne peut pas digérer le
lactose en glucose et galactose (de naissance ou se
développe après l’enfance)
Glucose - Galactose
Glucose + Galactose
Ne peut franchir la paroi de l’intestin
Continue dans le gros intestin où il
permet la prolifération de bactéries
lactiques
coliques, ballonnements,
douleurs, diarrhée, etc.
Fréquence de l’intolérance au lactose à l’âge adulte dans la population
Polysaccharides
= polymères de glucoses
(glu-glu-glu-glu….glu)
• Amidon
• Glycogène
• Cellulose
78
78
Les glucides
• Monosaccharides
• Disaccharides
• Polysaccharides
Amidon (p. 79)
Glycogène
Cellulose
= forme sous laquelle les plantes
emmagasinent le glucose
Abondant dans les féculents
(céréales, pommes de terre,
légumineuses)
Digestion de l'amidon =
transformation de l'amidon en glucose
glu – glu – glu -...- glu
glu + glu + glu + ... + glu
Formé de deux types de polymères :
amylose et amylopectine
chaîne linéaire
chaîne ramifiée
79
79
Amylopectine
Petits sacs remplis
d'amidon dans les
cellules d'une
pomme de terre.
L'amidon a ici été
coloré en bleu par
de l'iode.
Grain d'amidon
Cellule de pomme de terre
La fécule est faite
de grains d’amidon
Voyez-vous comment on peut transformer de
l’amidon (farine de maïs, par exemple) en sirop
de maïs (sirop de glucose) ?
79
79
Amidon
Glycogène
Cellulose
Semblable à l'amylopectine
= façon de faire de réserves de glucose chez
les animaux (dans le foie et les muscles)
S'il y a des surplus de glucose
dans le sang :
glu + glu + glu +…+ glu
glycogène
Le glycogène s'accumule dans le
foie et les muscles
S'il y a carence de glucose :
glycogène
glu + glu + glu +…+glu
Le glycogène peut être stocké dans le foie et les
muscles. Cette capacité d'entreposage est toutefois
limitée à 100 g pour le foie et à 375 g pour les muscles.
Ce glycogène peut fournir l’organisme en glucose pour
une période d’environ huit heures.
Si le glycogène vient à manquer, l’organisme doit alors
puiser dans ses graisses.
Inversement, si les réserves de glycogènes sont
comblées et qu’il y a des surplus de glucose provenant
des aliments, l’organisme doit alors transformer ces
surplus en graisses.
Pourquoi conseille-t-on aux athlètes de manger du
spaghetti la veille d’une compétition ?
Spaghetti = amidon
glu-glu-glu-glu-glu-…-glu
digestion
Pendant l’activité
glucoses
Muscles
Foie et muscles
Pendant
la nuit
glycogène
glu-glu-glu-glu-glu-…-glu
Permet donc de
faire de bonnes
réserves de
glycogène
Amidon
Glycogène
= chaînes linéaires de glucose
Cellulose
Liaisons β (plutôt que ∝)
79
79
Des liaisons faibles unissent les
chaînes de glucose les unes aux
autres. Il se forme ainsi des
microfibres résistantes (environ 80
molécules de cellulose par
microfibre).
N.B. La molécule est droite, elle ne
forme pas de ramifications comme
c’est le cas pour l’amidon.
80-81
80-81
Les microfibres
s’unissent pour former
des macrofibres qui
forment ensuite des
fibres de cellulose
Chaque cellule végétale est entourée
d'une paroi riche en cellulose.
80-81
80-81
Papier, bois, coton = cellulose
La cellulose est
assurément la
substance organique la
plus abondante sur
Terre.
Les animaux ne peuvent
pas digérer la cellulose :
ne peuvent pas briser
les liaisons β entre les
glucoses.
80
80
Cellulose = composante importante des fibres alimentaires
Cas particulier de la chitine
= polymère de glucoses aminés
(glucosamine) (glucoses liés a un
groupement NH2) et souvent
imprégnée de carbonate de
calcium (CaCO3).
Forme l’exosquelette
(carapace extérieure) des
Arthropodes (crustacés,
insectes, araignées, etc.).
Forme aussi la paroi rigide
des cellules des Mycètes
(champignons).
glucosamine
80
80
Rôle des glucides
• Structure : cellulose et chitine surtout
• Énergie
Les glucides servent surtout à procurer de l’énergie
par respiration cellulaire. Au cours de cette réaction,
le glucide est dégradé en gaz carbonique et en eau, ce
qui libère de l’énergie utilisable par la cellule.
Ex. respiration du glucose
1 glucose + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O + Énergie
185
185
82
82
Les lipides
• Graisses (= triacylglycérol ou
triglycérides)
• Phosphoglycérolipides
(ou phospholipides)
• Stéroïdes
Les huiles et les graisses
82
82
(= triacylglycérol ou triglycérides)
= molécules formées de
1 glycérol lié à 3 acides gras
Les lipides
• Huiles et graisses
• Phospholipides
• Stéroïdes
groupement acide
Gras saturés et gras insaturés :
83
83
On ne peut pas ajouter
d'hydrogène
On pourrait ajouter 2
hydrogènes en transformant la
liaison double en liaison simple.
Plusieurs doubles liaisons.
Acide oléique
(monoinsaturé)
Notez la courbure dans la
chaîne d’acide gras causée
par la double liaison
Acide palmitique
(saturé)
Gras saturés :
• Gras animal en général
• Solide à la température de la pièce en général (il y a des
exceptions)
• Consommation favorise un taux de cholestérol élevé et
donc des problèmes cardio-vasculaires
Gras insaturés:
• Gras végétal en général (beaucoup d'exceptions
quand même)
• Liquide à la température de la pièce
Pourquoi les gras insaturés sont-ils généralement liquide à la
température de la pièce ? Regardez la forme des acides gras et allez
lire le passage sur les forces de Van der Waals p. 42.
On désigne souvent les acides gras
insaturés par le carbone de la première
double liaison (en partant du dernier
carbone de la chaîne). Chaque carbone
est désigné par la lettre oméga (ω) et le
numéro de sa position.
9
8
Acide ω 9
7
6
5
4
3
2 1
La plupart des gras insaturés dans la diète
nord-américaine sont de type oméga 6. Il
serait avantageux selon plusieurs études
d'augmenter la quantité d'acide gras oméga 3
dans la diète.
Acide ω 6
On retrouve des acides gras oméga 3 surtout
dans les poissons gras (saumon, truite,
hareng, maquereau, sardines).
Acide ω 3
Lien web
83
83
Hydrogénation d'une huile insaturée :
L’hydrogénation permet de rendre les huiles plus stables (plus
résistantes à la dégradation par la lumière ou la chaleur).
Elle permet aussi de rendre solide à la température de la pièce
certaines huiles (permet de fabriquer de la margarine, par exemple).
Attention, erreur dans Campbell p. 82 : l’huile du beurre
d’arachide commercial n’est pas hydrogénée. On y ajoute
seulement un peu d’huile partiellement hydrogénée (très peu,
moins de 1% du contenu en gras ) pour empêcher l’huile
d’arachide de remonter à la surface.
L’hydrogénation produit des acides gras trans :
cis
82
82 et
et 68
68
trans
Les huiles naturelles insaturées sont toujours de type cis. Il n’y a
pas d’huiles trans naturelles.
Les huiles trans sont souvent solides à température de la pièce (à cause
de leurs chaînes rectilignes, comme celles des saturés).
Elles sont avantageuses pour l’industrie alimentaire (prolongent la
durée de conservation sur les tablettes et améliorent la texture de
nombreux produits).
Elles sont aussi plus dommageables pour la santé que les gras saturés.
La plupart des gras alimentaires (huile d’olive, beurre, huile de
canola, saindoux, etc.) sont des mélanges de plusieurs triglycérides
différents.
Quelle est la composition en lipides :
• du beurre ?
• de l’huile d’olive ?
• de l’huile de canola ?
Réponses sur ce site du United States Department of Agriculture :
http://ndb.nal.usda.gov/ndb/search/list
Entrez dans la fenêtre l’aliment dont vous voulez connaître la composition.
Cliquez sur « Full Report » (au haut du tableau) pour des résultats plus
détaillés.
Rôle principal des triglycérides:
83
83
= Réserve d'énergie
Surplus en lipides, glucides ou protéines
alimentaires peuvent se transformer en gras.
1 g graisse = 2 fois plus d'énergie que 1 g de glucide
Les animaux mettent en réserve l'énergie surtout sous
forme de gras alors que les plantes le font surtout
sous forme d'amidon. Pourquoi ?
Surtout chez les animaux homéothermes vivant en eau
froide, les triglycérides jouent un rôle important dans
l’isolation thermique.
Phosphoglycérolipides
(ou phospholipides)
Formé de :
Les lipides
• Huiles et graisses
• Phospholipides
• Stéroïdes
• 1 glycérol
• 2 acides gras
• 1 groupement phosphate
auquel se lient d’autres
groupements chimiques
(groupements azotés
souvent)
Forment les membranes des cellules
84
84
Groupement chimique
contenant du P et du N
Glycérol
Acides gras
Comportement des phosphoglycérolipides face à l'eau :
Groupement
phosphate hydrophile
(polaire)
Acides gras
hydrophobes
(non polaires)
micelle
Les phosphoglycérolipides dans l'eau peuvent
s'assembler en une double couche :
Mélangés à l’eau, les
phospholipides peuvent former de
petites sphères : les liposomes
La membrane des cellules est formée
d'une double couche de phospholipides
associés à d'autres molécules.
Glucides
Phospholipides
Cholestérol
Protéines
Stéroïdes
Les lipides
84
84
• Huiles et graisses
= molécules formées d'un squelette
de 4 cycles de carbone
(= noyau stérol).
le noyau stérol
• Phospholipides
• Stéroïdes
Le plus connu des stéroïdes = cholestérol
(animaux seulement)
• Entre dans la
composition des
membranes cellulaires.
• Sert à fabriquer
certaines hormones
(hormones stéroïdes,
testostérone et
oestrogènes, par
exemple).
Stéroïde
anabolisant =
testostérone ou
dérivé
synthétique de
la testostérone
Dans l’organisme, le cholestérol est transporté dans le sang associé à des
micelles formées de phospholipides et de protéines. On distingue les LDL
(low-density lipoprotein) des HDL (hight-density lipoprotein). Les LDL
contiennent moins de protéines que les HDL.
1060
1060
phospholipides
cholestérol
Les lipides ne sont pas solubles dans l’eau. Ils le deviennent en s’associant à
des phospholipides. Le côté hydrophobe (liposoluble) des phospholipides est
en contact avec le lipide à transporter (le cholestérol ici) et le côté hydrophile
avec l’eau du sang.
Le cholestérol fabriqué par le foie ou absorbé par le système
digestif se dépose dans les tissus sous forme de LDL. On
qualifie, pour cette raison, les LDL de « mauvais cholestérol »
puisqu’il est dommageable qu’il s’en accumule trop (problèmes
cardio-vasculaires) .
Les surplus de cholestérol sont éliminés des tissus (dirigés
vers le foie et éliminés par la bile) sous forme de HDL. On
qualifie, pour cette raison, les HDL de « bon cholestérol ».
LDL
Aliments
Tissus
Synthèse par le
Foie
HDL
Excrétion avec la bile
Il est important d’avoir un taux élevé de HDL par rapport aux LDL.
La consommation d’oméga 3 ferait diminuer le LDL et augmenter le HDL.
Les protéines
85
85
50% du poids sec de la plupart des cellules = protéines
Remplissent de nombreuses fonctions
Molécules les plus variées
Protéines = polymère (chaîne) d'acides aminés
formule générale
d’un acide aminé
Il y a 20 sortes différentes d'acides aminés (p. 87)
Les 20 acides aminés
87
87
88
88
Liaison peptidique :
synthèse par déshydratation
Juste en passant, avant de continuer avec les protéines ...
L’aspartame ( Nutrasuc® ) est un dipeptide
(deux acides aminés liés l’un à l’autre) lié
à un méthanol
L’aspartame goûte 180 fois plus sucré que le saccharose
Ex. le lysozyme
129 acides aminés
1er acide aminé (Lysine)
129e acide aminé (Leucine)
Structure primaire de la protéine
= ordre dans lequel sont placés les
acides aminés.
La protéine assemblée se replie pour former une structure
tridimensionnelle précise:
91
91
= lien le plus fort
Principales forces responsables du
repliement de la chaîne d’acides aminés
Hexokinase
Insuline
Lysosyme
Certaines parties de la protéine peuvent adopter une
forme régulière = structure secondaire:
Feuillet bêta
Hélice alpha
Pas de
conformation
régulière
Forme finale =
structure
tertiaire
Structures secondaire et tertiaire d’une protéine
90-91
90-91
Feuillets bêta
Hélices alpha
Acétylcholinestérase
Feuillets bêta en jaune
Hélices alpha en violet
93
93
Certaines protéines ne parviennent pas à se replier
convenablement par elles-mêmes à l’intérieur de la cellule.
Elles acquièrent leur forme finale à l’intérieur de petites
structures creuses formées elles-mêmes de protéines, les
chaperonines. Celles-ci favorisent le bon repliement des
protéines synthétisées.
Protéines formant la
chaperonine (la
chaperonine est formée
de l'assemblage de
plusieurs protéines
différentes)
Chaînes d'acides
aminés se repliant
correctement à
l'intérieur de la
chaperonine
chaperonine Hsp60
Lorsqu'une cellule assemble des acides aminés pour former une protéine,
la chaperonine isole la chaîne d'acides aminés nouvellement formée du
milieu chimique de la cellule.
Les chaperonines empêchent les interactions inappropriées (c'est à ça que
sert un chaperon!) qui pourraient se produire entre les acides aminés de la
chaîne et les molécules présentes dans le milieu cellulaire. Ces
interactions pourraient empêcher la protéine de se replier correctement.
Exemple :
• La chaperonine empêche qu'il se forme des liaisons entre une
protéine et une autre protéine identique voisine ce qui empêche les
protéines qui se forment de former des agrégats (comme du blanc
d'œuf qui coagule).
• La chaperonine peut partiellement déplier une protéine mal
conformée et lui permettre de se replier correctement en regroupant
correctement les groupements hydrophobes.
Beaucoup de protéines sont formées de plusieurs chaînes
d'acides aminés qui s'imbriquent les unes dans les autres =
structure quaternaire 91
91
Ex.
2 chaînes ∝
Hémoglobine : 2 chaînes
alpha et 2 chaînes bêta
2 chaînes β
Explorez la molécule d’hémoglobine
L’hormone insuline est une protéine formée de deux
chaînes d’acides aminés reliées l’une à l’autre par des
ponts disulfures.
Explorez la molécule d’insuline
Principales fonctions des protéines
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
4.Transport de molécules
5. Immunité
6. Canaux membranaires
7. Marqueurs cellulaires
8. Récepteurs d’hormones
9. Métabolisme (les enzymes)
86
86
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
6. Canaux
membranaires
7. Marqueur cellulaire
8. Récepteur
d’hormones
9. Métabolisme
124
124
Les protéines peuvent former
des fibres ou des tubes qui
peuvent s'assembler pour
former des structures solides.
Fibres du cytosquelette : microfilaments et
microtubules
Collagène : formé de trois
chaînes d'acides aminés
(hélices alpha) imbriquées
86
86
Collagène = protéine la
plus abondante de
l'organisme.
Collagène forme la peau (derme), les tendons, les ligaments,
l'armature des os, etc.
Kératine : forme les ongles, la couche
cornée de la peau, les plumes, les
écailles, les sabots, etc.
La portion supérieure de l’épiderme de
la peau est formée de cellules mortes
remplies de kératine (ces cellules
ressemblent à de petites écailles de
kératine)
Utilisation
ingénieuse des fibres
de protéines
La soie d’araignée est formée de
protéines (la fibroïne) repliées
pour former des feuillets bêta.
Ces feuillets sont séparés par
des zones sans structure
secondaire qui confèrent de
l’élasticité à la fibre.
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
6. Canaux
membranaires
7. Marqueur cellulaire
8. Récepteur
d’hormones
9. Métabolisme
La plupart des hormones sont
des protéines
Ex.
L'insuline : 2 chaînes pour un
total de 51 ac. Aminés
La vasopressine : 1 chaîne
courte de 9 ac. aminés
N.B. Certaines hormones sont des stéroïdes (les
stéroïdes sont des lipides)
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
4.Transport
Mouvements dus à 2 protéines :
l'actine et la myosine.
Les cellules formant les muscles
sont remplies de ces protéines.
5. Immunité
6. Canaux
membranaires
L'hémoglobine : transporte l'oxygène
7. Marqueur cellulaire
La myoglobine : transporte l'oxygène
dans les muscles
8. Récepteur
d’hormones
9. Métabolisme
L'albumine sérique : transporte le gras
dans le sang
86
86
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
Les anticorps (ou immunoglobulines)
sont faits de protéines
4.Transport
5. Immunité
6. Canaux
membranaires
7. Marqueur cellulaire
8. Récepteur
d’hormones
Anticorps IGE
9. Métabolisme
Beaucoup de substances chimiques traversent la
membrane des cellules en passant par des canaux
formés par des protéines.
Certaines protéines
forment un canal
pouvant s'ouvrir ou se
fermer.
Canal responsable de l'expulsion
du chlore hors des cellules.
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
6. Canaux membranaires
7. Marqueur cellulaire
8. Récepteur d’hormones
9. Métabolisme
Le système immunitaire peut faire la
différence entre ses propres cellules et des
cellules étrangères par certaines protéines
très variables qui sont à la surface des
cellules.
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
Hormone = substance sécrétée par une glande qui
agit sur certaines cellules du corps. L’hormone
est sécrétée dans le sang qui la transporte dans
tout le corps.
L’hormone ne peut agir que sur les cellules qui
ont des récepteurs auxquels elle peut se lier. Ces
récepteurs sont généralement des protéines de la
membrane (parfois dans le noyau).
6. Canaux membranaires
7. Marqueur cellulaire
8. Récepteur
d’hormones
9. Métabolisme
récepteur
protéique
238
238
L’hormone (H) n’agit que sur les
cellules qui ont à leur surface les
protéines auxquelles elle peut se
fixer. Si le récepteur est anormal,
l’hormone ne peut pas se fixer et
donc ne peut pas agir.
Pseudohermaphrodisme testiculaire
1. Structure
2. Hormones
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
6. Canaux
membranaires
La plupart des réactions
chimiques qui se déroulent dans
la cellule sont catalysées par des
protéines spéciales: les
enzymes.
Enzyme = catalyseur
7. Marqueur cellulaire
8. Récepteur
d’hormones
9. Métabolisme
Catalyseur = substance qui
active une réaction chimique qui,
sans le catalyseur, serait très
lente ou impossible.
169
169
Ex. synthèse ou digestion du saccharose
ENZYME
Sans l’enzyme, la réaction serait très lente,
voire impossible à la température ambiante.
L'enzyme abaisse le niveau d'activation de la réaction
Réaction sans enzyme
Énergie d'activation
de la réaction sans
enzyme
Énergie d'activation
de la réaction avec
enzyme
Réaction avec enzyme
Énergie dégagée
par la réaction
170
170
171-172
171-172
Mode d'action d'une enzyme
L'enzyme peut resservir à faire à nouveau la réaction
Les enzymes peuvent catalyser de une à mille réactions à la seconde.
Substrat
+
Enzyme
Complexe
Substrat − Enzyme
Produits
+
Enzyme
Détail des interactions chimiques au niveau du site
actif d’une enzyme qui catalyse la réaction :
O = CR’- NHR
O = CR’- OH + NH2R
substrat
produits
Notez les interactions chimiques temporaires entre le produit
et les acides aminés du site actif de l’enzyme.
Interactions au niveau du site actif de l’enzyme
glycéraldéhyde-3-déshydrogénase
qui catalyse l’addition d’un groupement phosphate
au 3-phosphoglycéraldéhyde pour former du
1-3 diphosphoglycérate
159-160
159-160
LE MÉTABOLISME
Le produit d’une première réaction chimique est souvent
le substrat d’une autre réaction chimique. Les réactions
chimiques qui se déroulent successivement forment une
voie métabolique.
Voie métabolique principale
A
B
C
D
Voie métabolique
secondaire
H
Chaque étape est catalysée par une enzyme
E
Exemple d’une voie métabolique :
la glycolyse, première étape de la
respiration cellulaire.
Au cours de la glycolyse,
une molécule de glucose
est transformée en deux
molécules de pyruvate.
Chacune des 9 étapes est
catalysée par une enzyme
spécifique.
190
190
Les enzymes d’une chaîne métabolique peuvent être intégrées dans
la membrane de la cellule ou d’un organite de la cellule. Le produit
d'une enzyme est immédiatement disponible à l'enzyme suivante qui
doit le transformer.
Plusieurs enzymes d’une même voie
métabolique peuvent aussi s’associer en un
complexe enzymatique.
Ex. : complexe pyruvate déhydrogénase
Le complexe pyruvate déhydrogénase est formé de 60 sous-unités (chez
les bactéries) qui forment trois enzymes différentes. Le produit de la
réaction d’une enzyme est immédiatement accessible à l’enzyme suivante
sans que le produit ne se dilue dans le liquide intracellulaire.
Ex. les premières étapes de la respiration cellulaire :
Chaque étape est
catalysée par une
enzyme spécifique.
Réactions illustrées aux
page 190
VOIR AUSSI
The Main Metabolic Pathways
on Internet
Quelques centaines des milliers de
réactions qui se déroulent dans la
cellule
L'enzyme ne peut fonctionner que si elle possède une
forme parfaitement adaptée à la ou aux molécules
qu'elle catalyse.
Les protéines (et donc les enzymes) peuvent se
déformer = dénaturation de la protéine
Protéines sensibles:
• aux températures élevées
• au pH trop élevé ou trop faible
• concentration élevée d’électrolytes (sels)
173
173
Les enzymes peuvent servir à assembler de petites molécules
en plus grosses = anabolisme
OU
à défaire de grosses molécules en plus petites = catabolisme
OU
à modifier des molécules en d'autres molécules semblables
(changer un glucose en fructose, par exemple)
Une enzyme donnée ne peut catalyser qu'une réaction
bien précise. Il y a donc autant d'enzymes différentes que
de réactions différentes.
Cofacteur et coenzyme
173-174
173-174
Cofacteur = petite molécule se fixant sur le site actif. Sans le cofacteur,
le site actif est inactif.
Beaucoup de cofacteurs sont des ions métalliques (Cu, Zn, Mn, etc.)
Certains sont de petites molécules organique (par rapport à la taille de
l’enzyme); on les appelle alors coenzymes.
Beaucoup de vitamines sont des coenzymes (ou sont des précurseurs
de coenzymes)
INHIBITION ENZYMATIQUE
174
174
Certaines substances chimiques peuvent inhiber le
fonctionnement d’une enzyme = inhibiteurs enzymatiques
L’inhibiteur agit en se liant chimiquement à l’enzyme. La liaison de
l’inhibiteur avec l’enzyme empêche l’enzyme de fonctionner. L’inhibiteur
peut se fixer dans le site actif ou ailleurs sur l’enzyme.
Un inhibiteur enzymatique peut être :
• Irréversible : la liaison de l’inhibiteur avec
l’enzyme est irréversible (liaison covalente en
général); l’enzyme ne peut plus fonctionner.
• Réversible : la liaison de l’inhibiteur avec l’enzyme
est réversible (liaison non covalente); si la
concentration en inhibiteur diminue, l’inhibiteur
peut se séparer de l’enzyme à laquelle il s’était lié.
Un inhibiteur réversible peut être
compétitif ou non compétitif :
• Un inhibiteur compétitif ressemble
chimiquement au substrat et entre en
compétition avec lui pour se fixer au
site actif. L’inhibiteur compétitif
diminue donc le rendement de
l’enzyme.
• Un inhibiteur non compétitif se lie à
l’enzyme et altère la conformation de
l’enzyme de sorte que le substrat ne
peut plus se lier ou se lie moins bien au
site actif. La réaction catalysée est
arrêtée ou ralentie.
174
174
Inhibiteur
compétitif
Inhibiteur non compétitif
Beaucoup d’antibiotiques sont des inhibiteurs de certaines
enzymes bactériennes.
La pénicilline est un inhibiteur irréversible d’une enzyme (la
transpeptidase) essentielle à la fabrication de la paroi de
certaines bactéries (les bactéries sont recouvertes d’une paroi
rigide faite de polymères).
Pourquoi cet antibiotique est-il sans conséquence pour les
cellules du patient alors qu’il est mortel pour les bactéries?
L’Aspirine (acide acétylsalycilique) est un inhibiteur
irréversible de la cyclooxygénase une enzyme
nécessaire à la production d’une hormone responsable
de l’inflammation.
Le Viagra™ est un médicament qui avait été développé
pour traiter les cardiaques. Il a pour effet de faciliter la
dilatation des artères. C’est un inhibiteur compétitif de
l’enzyme phosphodiestérase, laquelle enzyme sert à
détruire le GMP cyclique, une substance de la paroi
des artères essentielle dans le mécanisme de la
dilatation.
Voir : The search for Viagra
Le cyanure est un inhibiteur irréversible d'une
enzyme appelée cytochrome c oxydase. Cette
enzyme est essentielle à l'une des dernières
étapes de la respiration cellulaire. Sans elle, la
respiration cellulaire cesse, c'est la mort.
Le Zyclon-B de triste mémoire pour son
utilisation dans les camps de la mort nazis
était constitué de granules poreux imbibés
d'acide cyanhydrique (HCN).
Les statines comme l'atorvastatine
(Lipitor® ) ou la lovastatine (Mevacor®)
sont des médicaments utilisés pour
abaisser le taux de cholestérol sanguin
chez les patients qui ont un taux élevé
de cholestérol.
Ce sont des inhibiteurs compétitifs de
la HMG-CoA réductase, une enzyme
qui joue un rôle capital dans la synthèse
du cholestérol dans le foie.
LA RÉGULATION DES VOIES MÉTABOLIQUES
La régulation allostérique
Un activateur
allostérique
stabilise la
forme active
176
176
Un inhibiteur
allostérique
stabilise la
forme inactive
Inhibiteur allostérique. L’inhibiteur bloque l’enzyme
dans une conformation inactive.
LA RÉGULATION DES VOIES MÉTABOLIQUES
178
178
La rétro-inhibition
Voie métabolique
A
X
E1
B
C
E2
La molécule E est un
inhibiteur allostérique de
l’enzyme E1
D
E3
E
E4
Protéines et alimentation
Protéine des aliments
Digestion
Notre alimentation
doit contenir des
protéines
Acides aminés
Circulation
Les cellules synthétisent leurs
protéines à partir des acides
aminés provenant de la
digestion
Nouvelle protéine
FIN