Cours de Biologie Générale et Approche Expérimentale de la Biologie - WMD1120 (PDF)

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Bienvenue au cours WMD1120 Biologie générale et approche expérimentale de la biologie Jean-Baptiste Demoulin Pascal Kienlen-Campard Charles De Smet I.1  Table des matières 1- Biochimie (JBD) 2- Cytologie (JBD) 3- Physiologie cellulaire (JBD) 4- Reproduction et génétique (JBD) 5- Communication cellulaire et signalisation (PKC) 6- Différentiation cellulaire et embryologie (CDS) 7- Evolution (PKC) 8- Perspectives expérimentales (PKC) I.2 La biologie I.3  La biologie, c’est la science qui étudie les êtres vivants Qu’est-ce qu’un être vivant ? I.4  Définition du vivant Reproduction et génétique Organisme capable de croître et de se reproduire en se maintenant dans un état éloigné de l’équilibre grâce à un flux continu d’énergie et de matière fourni par l’environnement Physiologie constitué d’une ou plusieurs cellules cellulaire Cytologie Biochimie Christian de Duve I.5 Chapitre 1: Composition chimique des êtres vivants 1.1 - Intro : les atomes 1.2 - L’eau 1.3 - Les composés carbonés I.6  Chapitre 1 : Objectifs connaître les propriétés physicochimiques des principaux composés biochimiques se familiariser avec leur structure I.7 1 - Introduction : les atomes I.8  1 - Introduction : les atomes Atomes: % du poids total (homo sapiens) O oxygène 65.0 C carbone 18.5 96.3% H hydrogène 9.5 N azote 3.3 Ca calcium 1.5 P phosphore 1.0 K potassium 0.4 S soufre 0.3 Na sodium 0.2 Cl chlore 0.2 Mg magnésium 0.1 B, Cr, Cu, Fe, I, Mn, Se, Si, Zn… traces I.9 I.1 Les atomes Atomes: % du poids total (homo sapiens) O oxygène 65.0 C carbone 18.5 H2O: ± 70% H hydrogène 9.5 N azote 3.3 Ca calcium 1.5 P phosphore 1.0 K potassium 0.4 S soufre 0.3 Na sodium 0.2 Cl chlore 0.2 Mg magnésium 0.1 B, Cr, Cu, Fe, I, Mn, Se, Si, Zn… traces I.10 I.1 Les atomes Atomes: % du poids total (homo sapiens) O oxygène 65.0 C carbone 18.5 composés carbonés H hydrogène 9.5 ± 25% N azote 3.3 Ca calcium 1.5 P phosphore 1.0 K potassium 0.4 S soufre 0.3 Na sodium 0.2 Cl chlore 0.2 Mg magnésium 0.1 B, Cr, Cu, Fe, I, Mn, Se, Si, Zn… traces I.11 I.1 Les atomes Atomes: % du poids total (homo sapiens) Minéraux, gaz, ions: O oxygène 65.0 O2, CO2, HCO3- C carbone 18.5 H hydrogène 9.5 N azote 3.3 N2 Ca calcium 1.5 Ca++ P phosphore 1.0 phosphates K potassium 0.4 K+ S soufre 0.3 sulfates Na sodium 0.2 Na+ Cl chlore 0.2 Cl- Mg magnésium 0.1 Mg++ B, Cr, Cu, Fe, I, Mn, Se, Si, Zn… traces I.12  2 - L’eau rôle essentiel sur terre 65-90% de la masse d’un organisme solvant & réactif liaison covalente : deux électrons partagés O H angle H 104,5° I.13 2 paires d’électrons libres O H H O H angle H molécule linéaire 104,5° → géométrie : tétraèdre I.14 I.2 L’eau est un solvant polaire différence d’électronégativité entre O et H: liaison covalente polaire - - O + H H+ + I.15  Solubilisation des sels H+ - O - + O H H H+ + Cl- Na+ - + O H H+ I.16 solubilisation des ions (Na+, K+, Cl-…) et composés polaires hydrophiles exclusion des composés hydrophobes graisses I.17 I.2 !! Pont hydrogène liaison de faible énergie entre H+ et une paire électronique libre de l’oxygène - O + H - H+ O + H H+ I.18 Formation d’un réseau qui explique la cohésion de l’eau - - O O + H + H+ H - - O + O + + H H H H+ H+ - O - - O O I.19  Cohésion de l’eau / Tension superficielle : illustrations cas où l’association des molécules d’eau entre elles est la plus forte I.20 I.2 !! Pont hydrogène et solubilité - X + H - O + Autres molécules H X = O ou N H+ - X + H I.21 I.2 Conséquences de la formation de ponts hydrogène cohésion de l’eau température de fusion/ébullition élevée (NH3, H2S, HCl, CH4 sont des gaz à 25°) coexistence glace/eau/vapeur sur Terre tension superficielle élevée solubilisation des composés avec lesquels l’eau forme des ponts H ex : les sucres, certaines protéines densité de la glace < à celle de l’eau la structure de la glace est moins compacte que celle de l’eau la glace flotte sur l’eau I.22 Coexistence de la glace, l’eau et la vapeur d’eau sur terre Limitation des écarts de température I.23 I.2 pH dans l’eau 2 H2O H3O+ + OH- eau pure : [H3O+] = [OH-] = 10-7 M pH = 7 influencé par composés acides et basiques estomac jus de citron urine sang mer ▼ ▼ ▼ ▼ pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 acide neutre basique Les liquides biologiques sont le plus souvent neutres et tamponnés I.24 I.2 pH dans l’eau et carbonate CO2 + H2O H2CO3 (enzyme) H2CO3 + H2O HCO3- + H3O+ pKa = 6.3 à pH 7: Tampon [hydrogénocarbonate] > [dihydrogénocarbonate] I.25 I.2 pH dans l’eau et phosphate H2PO4- + H2O HPO4- - + H3O+ pKa = 7.2 À pH 7 : tampon hydrogénophosphate/dihydrogénophosphate Phosphate représenté par « Pi » quelque soit le pH I.26 I.2 L’eau : résumé Solubilisation (composés hydrophiles) exclusion des composés hydrophobes Cohésion Tension superficielle élevée Chaleur spécifique/de vaporisation élevée Densité de l’eau > glace pH Réactif chimique : hydrolyses I.27  Chapitre 1 1.3 - Les composés carbonés La chimie du carbone Les glucides Les lipides Les protéines Les acides nucléiques Les vitamines Acides organiques Autres I.28 Composés carbonés Petite introduction à la chimie organique C sur Moodle I.29  Chapitre 1 1.3 - Les composés carbonés La chimie du carbone Les glucides Les lipides Les protéines Les acides nucléiques Les vitamines Acides organiques Autres I.30 I.3 Les Glucides Glucides = sucres = « hydrates de carbone » Certains composés ont un goût sucré Cn(H2O)m Formule chimique brute I.31 I.3 Les Glucides Glucides = sucres = « hydrates de carbone » une fonction cétone ou aldéhyde + fonctions alcool H C C O ou C O C et Fonction aldéhyde Fonction cétone C OH o Neutre Fonction alcool o Pas de propriété acide ou basique o Soluble dans l’eau I.32 I.3 Les Glucides Glucides = sucres = « hydrates de carbone » une fonction cétone ou aldéhyde fonctions alcool exemple: H Fonction aldéhyde H C O H C OH Fonction alcool C OH Fonction alcool H I.33 I.3 !! Les Glucides Glucides = sucres = « hydrates de carbone » une fonction cétone ou aldéhyde + fonctions alcool très solubles dans l’eau Certains composés ont un goût sucré Cn(H2O)m Osides = polysaccharides Sucres simples = oses = monosaccharides polymères de sucres simples n=m n>m I.34 I.3 ! Les Monosaccharides ou Oses CnH2nOn n=3 trioses : C3H6O3 glycéraldéhyde n=4 tétroses : C4H8O4 n=5 pentoses : C5H10O5 ribose n=6 hexoses : C6H12O6 glucose, fructose, galactose… I.35 hexoses : C6H12O6 une centaine d’isomères différents suivant la position de la fonction cétone/aldéhyde et des fonctions alcools la nature n’utilise que quelques-unes de ces possibilités aldéhyde > aldose cétone > cétose Les 2 hexoses les plus importants ! I.36 hexoses : C6H12O6 une centaine d’isomères différents suivant la position de la fonction cétone/aldéhyde et des fonctions alcools artificiel sucré laxatif D-glucose L-glucose Énantiomères I.37  ! Forme cyclique des oses Isomères cycliques du D-glucose D-glucose cyclique  D-glucose cyclique D-glucopyranose D-glucopyranose D-glucose Réactions spontanées I.38  Forme cyclique des oses D-glucose β-D-fructose β-D-ribose I.39 I.3 Condensation des oses enzymes O O énergie O O OH HO O H20 polysaccharide = oside enzymes HYDROLYSE I.40 I.3 Disaccharides glucose + fructose = saccharose autres ex: glucose + galactose = lactose (5% dans le lait) glucose + glucose = maltose I.41 I.3 !! Les Polysaccharides formés à partir du glucose amidon (stockage du glucose, plantes) O O O  O O D-glucose n glycogène (stockage du glucose, animaux) forme ramifiée de l’amidon cellulose (paroi cellulaire, plantes) orientation différente des molécules (glucose ) les molécules de cellulose forment des fibres rigides I.42 Schéma au tableau I.43 I.3 ! Les Hétérosides Holosides : polymères ne contenant que des glucides Hétérosides : O O protéine (glycoprotéines) ou lipide (glycolipides) O O ou autres groupes organiques n glucide (parfois très complexe) cfr groupes sanguins, protéines membranaires matrice extracellulaire I.44  Chapitre 1 1.3 - Les composés carbonés La chimie du carbone Les glucides Les lipides Les protéines Les acides nucléiques Les vitamines Acides organiques Autres I.45 I.3 Les Lipides Famille hétérogène de composés carbonés apolaires et hydrophobes acides gras et dérivés: triglycérides (huile, graisse) phospholipides stéroïdes I.46 I.3.Lipides !! Acides gras CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – COOH Nombre d’atomes de carbone: n = 2 à 24, toujours pair CH3 – [CH2]n-2 – COOH COOH I.47 I.3.Lipides !! Acides gras CH3 – [CH2]n-2 – COOH grande partie apolaire fonction acide liaisons C-C et C-H non polaires Liaisons C-O et O-H polaires pas d’interaction avec l’eau Interaction avec l’eau notamment par ponts hydrogène hydrophobe hydrophile COOH Chaînes longues: insoluble dans l’eau I.48 Fonction acide carboxylique chargée négativement à pH 7 HO C O H2O Θ H3O+ O C O majoritaire à pH 7 I.49 I.3.Lipides ! Acides gras CH3 – [CH2]n-2 – COOH fonction acide partie apolaire hydrophile hydrophobe Θ CH3 – [CH2]n-2 – COO forme ionisée fonction carboxylate partiellement soluble dans l’eau très hydrophile détergent (savon de Marseille) I.50 Acide gras insaturé Double liaison : rigide et plane, pas de rotation possible H H C C H H H C Cis H «Z» H C C C H C H H H rotation dans l’axe H Acide gras saturé (2 hydrogènes en plus) I.51  !! Acides gras saturés liaisons simples entre carbones flexible Acides gras insaturés une (ou plusieurs) liaison double entre carbones : monoinsaturés polyinsaturés* angle rigide COOH * Certains sont essentiels : ils doivent se trouver dans notre alimentation I.52 Schéma au tableau I.53  Lipides dérivés des acides gras Lipides saponifiables Triglycérides Sels d’acides gras Phospholipides KOH = savon I.54 I.3.Lipides !! Triglycérides HO-CH2 CH3 – [CH2]n-2 – COOH HO-CH glycérol 3 acides gras HO-CH2 3 H2O CH3 – [CH2]n-2 – COO – CH2 triglycérides CH3 – [CH2]n-2 – COO – CH graisses, huiles CH3 – [CH2]n-2 – COO – CH2 réserve d’énergie / isolant (n=16 ou 18) hydrophobes I.55  ! Triglycérides Graisses saturées Huiles solides végétaux, poissons graisses animales liquides (beurre, margarine) Majorité d’acides gras saturés Acides gras mono- et polyinsaturés I.56 I.3.Lipides !! Phospholipides glycérol 2 acides gras phosphate (-) CH3 – [CH2]n-2 – COO – CH2 CH3 – [CH2]n-2 – COO – CH groupement aminé (+) Θ (n=16 ou 18) CH2-OPO3- R partie hydrophobe partie hydrophile (lécithine du jaune d’œuf) I.57 Exemples: Phosphatidylsérine Phosphatidyléthanolamine I.58 I.3.Lipides !! Stéroïdes Ex: le cholestérol fonction alcool hydrophile Squelette des stéroïdes: 3 cycles à 6 carbones + 1 cycle à 5 carbone joints de manière caractéristique I.59 I.3.Lipides !! Dérivés des stéroïdes Animaux: cholestérol acides biliaires (bile) Vitamine D hormones stéroïdiennes hormones sexuelles cortisone anabolisants Végétaux - champignons pas de cholestérol ! nombreux composés de structure similaire (phytostérols) ex: LSD I.60  Les glycolipides Animaux: sphingosides, cérébrosides (structure et propriétés semblables aux phospholipides) 5 à 25 % des lipides membranaires Végétaux ex: digitoxine (stéroïde + glucide) de la digitale pourpre I.61 I.3.Lipides Les glycolipides : un exemple digitoxine (stéroïde + glucide) de la digitale pourpre I.62 I.3.Lipides Lipides tensioactifs pôle hydrophobe pôle hydrophile interface eau / graisses graisse eau I.63 I.3.Lipides Composés tensioactifs Ajout de tensioactifs graisse émulsion eau I.64 I.3.Lipides Formation de micelles eau graisse dispersion eau dans graisses dispersion graisses dans l’eau (mayonnaise) (eau de vaisselle) I.65 I.3.Lipides ! Membranes biologiques bicouche lipidique eau eau barrière étanche empêche le passage des composés hydrophiles I.66  ! bicouche lipidique eau eau CH3 – [CH2]n – COO – CH2 CH3 – [CH2]n – COO – CH Θ + OPO3-R CH2 composant principal = phospholipides I.67  !!! Membranes biologiques animales bicouche lipidique eau eau phospholipides + cholestérol + sphingolipides : structure analogue aux phospholipides I.68 I.3.Lipides Lipides tensioactifs = amphiphiles Fortement tensioactifs: Acides gras sous forme de carboxylate (chargé négativement) = savons Acides biliaires (forme carboxylate) digestion Phospholipides Faiblement tensioactifs: Acides gras sous forme neutre Cholestérol I.69 I.3.Lipides Résumé : les rôles des lipides membranes cellulaires phospholipides, sphingolipides cholestérol cérébrosides, gangliosides stockage d’énergie triglycérides isolation thermique Hormones stéroïdes protection étanche des épidermes cires végétales sébum animal I.70  Chapitre 1 1.3 - Les composés carbonés La chimie du carbone Les glucides Les lipides Les protéines Les acides nucléiques Les vitamines Acides organiques Autres I.71 I.3 ! Protéines protéines = polymères d’acides aminés fonction amine H2N – CH – COOH fonction acide carboxylique (basique) | R Isomère L en solution + Θ H3N – CH – COO | R Forme majoritaire à pH neutre I.72 I.3.Protéines !! Acides aminés fonction amine + Θ H3N – CH – COO | fonction acide carboxylique R 20 chaînes latérales R différentes propriétés chimiques variées: chargé – neutre hydrophile – hydrophobe aromatique acide - base I.73  glycine fonction amine + Θ fonction acide carboxylique H3N – CH – COO | H R=H symbole: GLY ou G I.74  cystéine + Θ fonction amine H3N – CH – COO fonction acide carboxylique | CH2 | SH fonction thiol symbole: CYS ou C I.75  acide glutamique/glutamate fonction amine + Θ H3N – CH – COO | CH2 | 2 fonctions carboxylates CH2 | Θ COO symbole: GLU ou E I.76  tyrosine + Θ fonction amine H3N – CH – COO fonction acide carboxylique | CH2 | cycle aromatique | OH symbole: TYR ou Y I.77 I.3.Protéines ! Les 20 acides aminés On retrouve les mêmes 20 acides aminés dans tous les organismes ! glycine gly G tryptophane trp W alanine ala A proline pro P valine val V cystéine cys C leucine leu L méthionine met M isoleucine ile I asparagine asn N phénylalanine phe F glutamine gln Q lysine lys K sérine ser S arginine arg R thréonine thr T histidine his H tyrosine tyr Y acide aspartique asp D acide glutamique glu E 8 acides aminés essentiels pour l’homme FLIKMWTV (+ histidine pour les enfants) I.78 I.3.Protéines !! Formation du lien peptidique acides aminés + Θ + Θ H3N – CH – COO H 3N – CH – COO | | R1 R2 H2O + Θ dipeptide H3N – CH – CO - NH – CH – COO | | R1 R2 lien peptidique (fonction amide) I.79  dipeptide acide aminé 3 + Θ + Θ H3N – CH – CO - NH – CH – COO H 3N – CH – COO | | | R1 R2 R3 H2O extrémité N terminale début + Θ H3N – CH – CO - NH – CH – CO - NH – CH – COO | | | extrémité C terminale R1 R2 R3 fin tripeptide I.80  ! Résidus d’acide aminé + Θ H 3N – CH – CO - NH – CH – CO - NH – CH – COO | | | R1 Ri Rn n-2 Peptides : petit nombre d’acides aminés (n = 2 à ± 50) Dipeptide 2 Tripeptide 3 Tétrapeptide 4 … Décapeptide 10 … Polypeptides : grands peptides (n = ± 40 à >1000) Taille médiane des polypeptides humains: ± 400 aa I.81 I.3.Protéines ! Polypeptides + Θ début H3N – CH – CO - NH – CH – CO - NH – CH – COO fin | | | R1 Ri Rn n-2 propriétés en fonction… du nombre d’acides aminés n de la nature des groupements R de l’ordre des acides aminés SÉQUENCE des acides aminés incroyable diversité… ex: décapeptide: 2010 = 1013 possibilités >30 000 protéines humaines différentes I.82 I.3.Protéines Séquence d’un polypeptide début + Θ H3N – CH – CO - NH – CH – CO - NH – CH – CO - NH – CH –… COO | | | | fin CH2 H CH3 CH2 | | CH2 | S - CH3 Méthionine – glycine – alanine – tyrosine… | OH Met-Gly-Ala-Tyr… MGAY… structure primaire I.83 I.3.Protéines ! Structure secondaire des polypeptides Hélice  Feuillet  structure stabilisée par ponts hydrogène un même polypeptide peut contenir des zones  et  I.84 I.3.Protéines ! Structure tertiaire des polypeptides Détermine la conformation d’un polypeptide dans l’espace Interaction entre les chaînes latérales des acides aminés >> repliement de la chaîne polypeptidique I.85 I.3.Protéines ! Pont disulfure -NH – CH – CO- -NH – CH – CO- | | CH2 CH2 | | SH 2 cystéines S pont disulfure SH | oxydation S CH2 | | CH2 -CO – CH – NH - | -CO– CH – NH- I.86 I.3.Protéines ! Structure quaternaire des protéines Association de plusieurs polypeptides en un complexe polypeptidique Unité fonctionnelle Mêmes types d’interactions que dans la structure tertiaire ponts hydrogène interactions entre acides aminés de charges opposées interactions entre acides aminés hydrophobes ponts disulfure I.87 I.88 I.3.Protéines !! Résumé : Structure des protéines Structure primaire séquence d’acides aminés secondaire forme tridimentionnelle tertiaire quaternaire association de plusieurs polypeptides → protéine perte de la structure tertiaire = dénaturation → Perte de fonction I.89 I.3.Protéines ! Quelques modifications covalentes des protéines Pont disulfure structure & fonction Phosphorylation (phosphoprotéines) régulation Glycosylation (glycoprotéines) localisation glycocalyx de la surface cellulaire Couplage à des lipides (lipoprotéines) (acides gras) ancrage membranaire I.90 I.3.Protéines Groupes prosthétiques Partie non peptidique d’une protéine qui est nécessaire à sa fonction : ex: atome métallique : fer, zinc hème : hémoglobine I.91 I.3.Protéines Solubilité des protéines Dépend des chaînes latérales Chargés à pH neutre: Liaisons ioniques et ponts H Hydrophobes: lysine lys K Liaisons de van des Waals arginine arg R acide aspartique asp D tryptophane trp W acide glutamique glu E méthionine met M alanine ala A Hydrophiles: valine val V Ponts H leucine leu L asparagine asn N isoleucine ile I glutamine gln Q phénylalanine phe F sérine ser S Proline pro P thréonine thr T I.92 I.3.Protéines ! Solubilité des protéines Dépend des chaînes latérales dirigées vers l’extérieur R ions H2O Protéines solubles dans l’eau: R R R Chaînes hydrophiles vers l’extérieur R Chaînes hydrophobes vers l’intérieur R R R R R R H2O H2O R R ions Protéines hydrophobes: Chaînes hydrophobes vers l’extérieur Solubles dans les membranes lipidiques I.93 I.3.Protéines Fonction des protéines base de toutes les fonctions vitales Protéines de structure ex: collagène, actine Enzymes Transporteurs hémoglobine Certaines hormones insuline, hormone de croissance Anticorps … I.94 I.3.Protéines Les anticorps Anticorps = Immunoglobuline Partie variable Antigène Partie constante I.95 I.3.Protéines Les immunoglobulines: un complexe quaternaire 4 polypeptides 2 chaînes lourdes identiques (±450 aa) 2 chaînes légères identiques (±210 aa) 150 kDa I.96 I.3.Protéines !! Les immunoglobulines: complexe quaternaire chaînes lourdes chaîne légère chaîne légère ponts disulfures polysaccharide I.97 I.3.Protéines Les immunoglobulines: complexe quaternaire 2 Chaines légères identiques Site de fixation Site de fixation de l’antigène de l’antigène 2 Chaines lourdes identiques Feuillets β ! I.98 I.3.Protéines Structure secondaire et tertiaire de l’hémoglobine 141 résidus d’aa 146 résidus d’aa Image: Australian academy of science I.99 I.3.Protéines L’hémoglobine Fixation de l’oxygène Groupe prosthétique de l’hémoblobine: l’hème I.100 I.3.Protéines ! Structure quaternaire de l’hémoglobine I.101  Chapitre 1 1.3 - Les composés carbonés La chimie du carbone Les glucides Les lipides Les protéines Les acides nucléiques Les vitamines Acides organiques Autres I.102 I.3 ! Acides nucléiques Présents principalement dans le noyau cellulaire Polymères de nucléotides (jusqu’à 100 000 000 unités !!) Très solubles dans l’eau OH Θ O P O phosphate O base azotée 5’ CH2 O 4’ 1’ H H H H 3’ 2’ OH OH sucre: ribose >> acide ribonucléique ou H ou désoxyribose >> acide désoxyribonucléique I.103  OH Θ O P O phosphate O base azotée 5’ CH2 O 4’ 1’ H H ribose H H 3’ 2’ OH OH condensation OH Θ O P O phosphate O base azotée 5’ CH 2 O 4’ 1’ H H ribose H H 3’ 2’ OH OH I.104  OH Θ phosphate O P O O base azotée 5’ CH2 O 4’ 1’ ribose H H H H 3’ 2’ O OH Θ O P O phosphate O base azotée 5’ CH 2 O 4’ 1’ H H ribose H H 3’ 2’ OH OH I.105  Début Θ P phosphate B Carbone 5’ orientation: sens de synthèse Θ P phosphate >> ribose B 5’ >> 3’ Θ P B Θ P B Θ P B Fin ribose Carbone 3’ I.106 I.3 Bases des nucléotides structure cyclique aromatique plane bases puriques bases pyrimidiques R R H ou CH3 N N N H N N N H R o ribose ribose adénine A thymine T (ADN)/ uracile U (ARN) guanine G cytosine C I.107  Bases puriques o NH2 H N N N N H H N N N H N NH2 (désoxy)ribose (désoxy)ribose adénine A guanine G I.108  Bases pyrimidiques o NH2 o H H H H CH3 N N N N H N H N H o o o (désoxy)ribose ribose désoxyribose cytosine C uracile U (ARN) thymine T (ADN) I.109  OH Θ Nomenclature ! O P O phosphate O base azotée 5’ CH2 O 4’ 1’ H H H H 3’ 2’ OH OH Base Nucléoside = ribose + base Adénine Adénosine Guanine Guanosine Uracile Uridine Cytosine Cytidine I.110 I.3 OH Θ ! O P O phosphate O base azotée 5’ CH2 O 4’ 1’ H H H H 3’ 2’ OH OH Base Nucléoside Nucléotide monophosphate (NMP) Adénine Adénosine Adénosine monophosphate (AMP) Guanine Guanosine Guanosine monophosphate (GMP) Uracile Uridine Uridine monophosphate (UMP) Cytosine Cytidine Cytidine monophosphate (CMP) I.111 I.3 OH Θ ! O P O phosphate O base azotée 5’ CH2 O 4’ 1’ H H H H 3’ 2’ OH H Base Désoxynucléotide monophosphate (dNMP) Adénine Désoxyadénosine monophosphate (dAMP) Guanine Désoxyguanosine monophosphate (dGMP) Thymine Désoxythymidine monophosphate (dTMP) Cytosine Désoxycytidine monophosphate (dCMP) I.112  Θ P G Θ P A Θ P C Θ P séquence: C GACCT Θ P T I.113 I.3 !! Appariement des bases bases puriques bases pyrimidiques Thymine ou Uracile Adénine Cytosine Guanine I.114 ADN [A] + [G] = [C] + [T] I.115  séquence Θ P C complémentaire: G Θ P AGGTC Θ P T A Θ P Θ P G C Θ P Θ P G séquence: C Θ P GACCT Θ P A T Θ P I.116  Découverte de la structure de l’ADN Diffraction de rayons X par un cristal d’ADN Film photographique Source de rayons X Rosalind Franklin I.117 I.3 La double hélice d’ADN hélice droite 1 tour = 10 nucléotides = 3,4 nm Watson et Crick, Cambridge 1953 I.118 Les sillons de l’ADN coupe: I.119  Unités de mesure de l’ADN monocaténaire: bases (b) bicaténaire: paires de bases (pb) kilobase: kb = 103 (p)b megabase: Mb = 106 (p)b gigabase: Gb = 109 (p)b I.120  ! Structure de l’ADN bacterien grand (0,1 to 10 Mb): « chromosome bactérien» ADN circulaire petit (1 to 1000 kb): plasmides I.121 Structure de l’ADN eucaryote très grandes molécules linéaires d’ADN bicaténaire : chez l’homme, 50 to 250 Mb associées à des protéines: formation de la chromatine I.122  Polypeptides d’histones (structure tertiaire, charges positives) Association avec l’ADN: Nucléosome Octamère d’histones (structure quaternaire) R. Wheeler, Wikimedia I.123  ! Histones Protéines chargées positivement Présentes chez tous les eucaryotes 5 familles: H1, H2A, H2B, H3, H4 Polypeptides très conservés au cours de l’évolution I.124 Conservation des histones au cours de l’évolution Homo sapiens MARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPATGGVKKPHRYRPGTVALREIRRYQKSTE Tetraodon nigroviridis MARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPATGGVKKPHRYRPGTVALREIRRYQKSTE Caenorhabditis elegans MARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPASGGVKKPHRYRPGTVALREIRRYQKSTE Homo sapiens LLIRKLPFQRLVREIAQDFKTDLRFQSSAVMALQEASEAYLVGLFEDTNLCAIHAKRVTI Tetraodon nigroviridis LLIRKLPFQRLVREIAQDFKTDLRFQSSAVMALQEASEAYLVGLFEDTNLCAIHAKRVTI Caenorhabditis elegans LLIRRAPFQRLVREIAQDFKTDLRFQSSAVMALQEAAEAYLVGLFEDTNLCAIHAKRVTI Homo sapiens MPKDIQLVSRIRGERA Tetraodon nigroviridis MPKDIQLARRIRGERA Caenorhabditis elegans MPKDIQLARRIRGERA Histone H3 I.125 I.3 !!! La chromatine L’ADN s’enroule autour de protéines appelées histones Nucléosome : ADN (1,65 tours) Histone H1 + 2 x 4 histones : H2A H2B H3 H4 Chromatine (eucaryotes) fibre de Ø ±30 nm I.126  La chromatine ADN Histone H1 Nucléosome I.127 Organisation de l’ADN en chromosomes I.128 I.3 ADN humain : notre génome en chiffres o ± 3 milliards de paires de bases (soit 0,9 m d’ADN au total) o divisé en 23 molécules différentes d’ADN (chromosomes) o en double dans la plupart des cellules somatiques de l’organisme I.129 I.3 OH ARN et ADN !!! Θ O P O O base azotée 5 CH2 O 4 1 H H H H 3 2 OH OH (ribose) ou H (désoxyribose) Acide ribonucléique - ARN Acide désoxyribonucléique - ADN sucre… ribose désoxyribose bases… A, G, C, U A, G, C, T stabilité… faible (fragile) élevée longueur … 20 – 20000 nucléotides 104 – 108 structure… monocaténaire bicaténaire fonction… synthèse des protéines génome I.130 I.3 La synthèse des protéines information génétique ADN A, T, C, G génome copie ARN A, U, C, G protéines 20 acides aminés UNIVERSEL !! I.131  ARN: structures secondaires L’ARN peut former une double hélice comme l’ADN mais... Normalement monocaténaire dans la cellule Structures secondaires en « épingles à cheveux » = « tige-boucle » I.132  Chapitre 1 1.3 - Les composés carbonés La chimie du carbone Les glucides Les lipides Les protéines Les acides nucléiques Les vitamines Acides organiques Autres I.133 I.3 ! Vitamines composés organiques essentiels pour l’homme présents en petites quantités lipophiles hydrophiles cfr classe des lipides BC ADEK I.134 I.3 ! Vitamines hydrosolubles B1 thiamine B2 riboflavine B3 niacine, nicotinamide (= vit PP) B5 acide pantothénique B6 pyridoxine B8 biotine B9 acide folique B12 cobalamine cofacteurs nécessaires à l’action de certaines enzymes du métabolisme présents en quantités variables dans tous les êtres vivants (sauf B12) C acide ascorbique (antioxydant) I.135 I.3 ! Vitamines liposolubles A rétinol vision, hormone D calciférol hormone E tocophérol antioxydant K coagulation rôles spécifiques pour certaines espèces I.136 I.3 Acides organiques Θ HO O C O C O forme principale à pH 7 COOH | COOH ex: acide citrique acide lactique CH2 | | CH-OH HOOC-C-OH | | CH3 CH2 | COOH I.137 I.3 Et beaucoup d’autres… intermédiaires métaboliques composés spécifiques de certaines espèces alcaloïdes ex: colchicine plantes auxines (hormones) plantes pigments, essences, résines… antibiotiques ex: pénicilline moisissures …………. Incroyable diversité chimique largement utilisée en phamacologie ! I.138