Chapitre 5 Les Macromolécules - 101-SNE-RE Biologie cellulaire PDF

Chapitre 5 Les macromolécules 101-SNE-RE Biologie cellulaire Jessica Pham Plan de cours 5.1 Les macromolécules sont des polymères synthétisés à partir de monomères 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure 5.3 Les lipides sont des molécules hydro...

Chapitre 5 Les macromolécules 101-SNE-RE Biologie cellulaire Jessica Pham Plan de cours 5.1 Les macromolécules sont des polymères synthétisés à partir de monomères 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure 5.3 Les lipides sont des molécules hydrophobes de structures, de propriétés et de fonctions variées 5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux de structure, ce qui leur confère des fonctions très diversifiées 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression 5.6 La génomique et la protéomique ont transformé la recherche et ses applications en biologie 5.1 Les macromol. sont des polymères synthétisés à partir de monomères La synthèse et la dégradation des polymères Les enzymes accroissent la vitesse des réactions chimiques, y compris la synthèse et l’hydrolyse des polymères. 5.1 Les macromol. sont des polymères synthétisés à partir de monomères La diversité des polymères GLUCIDES LIPIDES (ne sont pas des vrais polymères) Disaccharide (dimère) Phospholipide Triglycéride saturé Monosaccharide (monomère) Polysaccharide Stéroïde (polymère) Triglycéride insaturé Polypeptide (non-fonctionnel) Protéine (fonctionnelle) (polymère) ARN (polymère) Acide aminé Nucléotide ADN (monomère) (monomère) (polymère) PROTÉINES ACIDES NUCLÉIQUES 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les monosaccharides et les disaccharides Possède un groupement carbonyle (C=O) et de nombreux groupements hydroxyle (−OH) La position du groupement carbonyle (C=O) détermine s’il s’agit d’un aldose ou un cétose La longueur des chaînes carbonées est un autre facteur de classification : de 3 à 7 C - 6 C (hexoses) sont fréquents (ex. glucose, fructose, galactose) - 3 C (trioses) et 5C (pentoses) sont également fréquents dans la nature. Image : C. Dulcey 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les monosaccharides et les disaccharides Monosaccharides : du grec monos, « un seul », et sakkharon, « sucre » Formules moléculaires habituellement multiples de « CH2O ». Le plus important est le glucose : C6H12O6 (fréquence dans la nature ET rôle pour les cellules) 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les monosaccharides et les disaccharides Disaccharides : molécules issues de l’assemblage de deux monosaccharides Le lien entre deux monosaccharides se nomme liaison glycosidique Glucose + glucose = maltose Glucose + galactose = lactose Glucose + fructose = saccharose (sucrose) 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les polysaccharides Polysaccharides : assemblages de centaines, voire de milliers, de monosaccharides (liés entre eux par liaisons glycosidiques). Polysaccharides de réserve : peuvent être découpés en monosaccharides par la cellule en cas de besoin. 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les polysaccharides Polysaccharides : assemblages de centaines, voire de milliers, de monosaccharides (liés entre eux par liaisons glycosidiques). Polysaccharides de réserve : peuvent être découpés en monosaccharides par la cellule en cas de besoin. Dans les muscles et le foie des animaux 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les polysaccharides Polysaccharides : assemblages de centaines, voire de milliers, de monosaccharides (liés entre eux par liaisons glycosidiques). Polysaccharides structuraux : permettent à certains organismes de générer des structures solides et résistantes. Les animaux ne peuvent pas digérer la cellulose. Les fibres de cellulose dans l’alimentation (ou « fibres insolubles ») passent « tout droit » et améliorent ainsi le transit intestinal Certains microorganismes digèrent la cellulose en la décomposant en monomères de glucose : - Bactéries dans le système digestif des vaches - Microorganismes dans les intestins des termines 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les polysaccharides Polysaccharides : assemblages de centaines, voire de milliers, de monosaccharides (liés entre eux par liaisons glycosidiques). Amidon Glycogène Les enzymes digérant l’amidon ne sont pas capables de couper les liaisons glycosidiques b en raison des configurations distinctes de ces deux molécules. Cellulose 5.2 Les glucides servent de sources d’énergie et de matériaux de structure Les polysaccharides Polysaccharides : assemblages de centaines, voire de milliers, de monosaccharides (liés entre eux par liaisons glycosidiques). Polysaccharides structuraux : permettent à certains organismes de générer des structures solides et résistantes. La chitine est un matériau structural chez certains Invertébrés et Champignons. La chitine devient rigide au contact de carbonate de calcium → exosquelette des insectes et des crustacés La chitine a un rôle structurel chez les Champignons (semblable à celui de la cellulose chez les plantes). Son monomère n’est pas le glucose, mais le N-acétylglucosamine (glucose avec une chaîne contenant de l’azote) Les monomères s’assemblent avec des liens glycosidiques b-1,4. La chitine sert de matériau de soutien pour les Champignons. 5.3 Les lipides sont des molécules hydrophobes de structures, de propriétés et de fonctions variées Lipides : vient de -lipos (« gras » en grec) Les lipides ne sont pas : des « vrais » polymères, car ils ne sont pas un assemblage de monomères à proprement dit des « vraies » macromolécules, car elles ne sont pas assez grosses Les lipides sont hydrophobes, donc peu ou pas solubles dans l’eau Groupe très varié, mais on ne s’intéresse ici qu’à 3 familles de lipides : Triglycérides Phospholipides (ou phosphoglycérolipides) Stéroïdes 5.3 Les lipides sont des molécules hydrophobes de structures, de propriétés et de fonctions variées Les triglycérides Rôles : Réserve d’énergie pour l’organisme Protections physique et thermique Formé de 3 (-tri) chaînes d’acides gras et d’un glycérol (-glycér) Longue chaîne d’hydrocarbures (~ 16 à 18 C), Les 3 acides gras peuvent être pareils ou non, avec 1 groupement carboxyle (C=O) au bout selon le type de triglycéride. Alcool à 3 C, avec 3 groupements hydroxyle (−OH) 5.3 Les lipides sont des molécules hydrophobes de structures, de propriétés et de fonctions variées Les triglycérides Gras saturés Gras insaturés Pas de liaison double Liaison(s) double(s) en cis (maximum d’H possible) 1 liaison double : monoinsaturés 2+ liaisons doubles : polyinsaturés Graisses : Huiles : Typiquement de source animale Provenant typiquement de source végétale ou de poissons Structure droite et compacte → permet Structure avec angle(s) → empêche l’agglomération → l’agglomération → solides à la température ambiante liquides à la température ambiante 5.3 Les lipides sont des molécules hydrophobes de structures, de propriétés et de fonctions variées Men With Bunny Ears Women With Bunny Ears Les phospholipides Rôle : Principale composante des membranes cellulaires Phospholipides = phosphoglycérolipides Formés d’un groupement phosphate (PO4)(-phospho), Phospho- d’un glycérol (-glycéro) et de 2 acides gras (-lipides) glycéro- Les phospholipides sont amphiphatiques : Têtes polaires = hydrophiles Queues non-polaires = hydrophobes lipide Men With Bunny Ears Membrane 5.3 Les lipides sont des molécules hydrophobes de structures, de propriétés et de fonctions variées Les stéroïdes Rôle : Composante importante des membranes cellulaires Précurseur d’autres stéroïdes (dont plusieurs hormones) Formés de 4 cycles accolés (liés ensemble) et de groupements fonctionnels Structure différente des autres lipides La présence et la position des groupements fonctionnels va déterminer la nature de la molécule stéroïde (hormones sexuelles) 5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux de structure, ce qui leur confère des fonctions très diversifiées Monomères = acides aminés (a.a.) Polymère formé de l’assemblage linéaire de plusieurs acides aminés = polypeptide Polymère fonctionnel, constituée d’un (ou plusieurs) polypeptide(s), replié correctement = protéine Les protéines sont responsables de presque toutes les activités des cellules Leurs fonctions sont donc très diversifiées. On peut tenter de les classer selon les catégories suivantes : Rôle important : catalyseurs Voir figure 5.13 du Campbell 5e édition pour détails 5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux de structure, ce qui leur confère des fonctions très diversifiées Les monomères d’acides aminés La chaîne latérale (R) est différente pour chacun des 20 a.a. R non-polaire → a.a. hydrophobe R polaire → a.a. hydrophile R ionisé - → a.a. hydrophile acide (-) Structure d’un a.a. R ionisé + → a.a. hydrophile basique (+) 5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux de structure, ce qui leur confère des fonctions très diversifiées Les polypeptides (polymères d’acides aminés) + = Polypeptide composé de 2 a.a. a.a. (ex. cystéine) Le lien entre deux a.a. se nomme « liaison peptidique » Ajout d’un nouvel a.a. du côté C-terminal du polypeptide 5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux de structure, ce qui leur confère des fonctions très diversifiées Structure et fonction d’une protéine Polypeptide  protéine Polypeptide : chaîne d’a.a. Protéine : chaîne d’a.a. repliée d’une façon très précise en 3D et qui peut remplir sa fonction Modèles structuraux : différentes façons de visualiser la structure 3D d’une protéine Le repliement du polypeptide doit se faire correctement afin que la protéine soit fonctionnelle. Si la structure 3D est altérée, la protéine ne sera pas capable de remplir son rôle. 5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux de structure, ce qui leur confère des fonctions très diversifiées Structure et fonction d’une protéine Les quatre niveaux de l’organisation structurale des protéines Forme tridimensionnelle Association de multiples stabilisée par les interactions polypeptides, formant une entre les chaînes latérales protéine fonctionnelle Peut produire des protéines Association de sous-unités Régions stabilisées par des fonctionnelles dans certains cas liaisons hydrogène établies entre les atomes de la chaîne polypeptidique Hélices a Feuillets b 5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux de structure, ce qui leur confère des fonctions très diversifiées Structure et fonction d’une protéine Les facteurs déterminant la structure d’une protéine Des changements de conditions physiques ou chimiques (pH, température, concentrations en sels, etc.) peuvent briser les liaisons chimiques faibles et les interactions au sein de la protéine. La protéine retrouve sa forme La protéine perd sa forme spécifique en 3D spécifique en 3D → biologiquement active → biologiquement inactive 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression Les rôles des acides nucléiques Monomères = nucléotides Polymère formé de l’assemblage de plusieurs nucléotides = acides nucléiques ADN (acide désoxyribonucléique) : 2 chaînes de nucléotides -désoxy = il y a un oxygène en moins ARN (acide ribonucléique) : 1 chaîne de nucléotides L’ADN : permet la transmission d’information génétique d’une génération à l’autre encode les instructions pour sa propre réplication encode les instructions pour synthétiser les protéines (par l’intermédiaire de l’ARN) L’ARN : Coordonne le message intermédiaire entre l’ADN et les protéines (différents types d’ADN : ARNm, ARNt, ARNr) 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression Les rôles des acides nucléiques Dogme central de la biologie moléculaire ADN → ARN → protéine ADN ARNm Protéine ❶ ❸ composé d’ARNr (et de protéines) Transcription Traduction L’ADN est transcrit Les ARNm sont lus par en ARNm les ribosomes pour générer les protéines ARNt 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression Les constituants des acides nucléiques Possibilités de bases azotées : (gif) Dans l’ADN : C, T, A, G Dans l’ARN : C, U, A, G Possibilités de sucre (pentose) : Dans l’ADN : désoxyribose Dans l’ARN : ribose 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression Les polymères des nucléotides L’ADN a un « sens ». On identifie donc le côté 5’ et le côté 3’ selon l’orientation de la molécule de pentose*. Liaison nucléotidique : lien formé entre deux nucléotides Liaison nucléotidique * La façon d’identifier les C d’une molécule cyclique : 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression La structure des molécules d’ADN et d’ARN Brins antiparallèles (image miroir l’un de l’autre) T A G C A T C G 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression La structure des molécules d’ADN et d’ARN Photo 51, showing x-ray diffraction pattern of DNA 5.5 Les acides nucléiques emmagasinent et transmettent l’information génétique tout en contribuant à son expression La structure des molécules d’ADN et d’ARN Double brin Simple brin (2 brins enroulés ensemble) (repliée sur elle-même dans le cas de l’ARNt)