Biochimie & Biologie Moléculaire LAS 2023/2024 PDF

Biochimie & Biologie moléculaire Biochimie Biologie Moléculaire LAS 2023/2024 Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 1 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Tutorats Mineure Santé ▪ 2023...

Biochimie & Biologie moléculaire Biochimie Biologie Moléculaire LAS 2023/2024 Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 1 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 2 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Biochimie – Biologie moléculaire LU FICHÉ ACIDES AMINES ET STRUCTURE DES PROTÉINES RELATION STRUCTURE FONCTION ENZYMOLOGIE GLUCIDES LIPIDES MÉTABOLISME GÉNÉRAL RÉPARTITION, RÉPLICATION DE L’AND, TRANSCRIPTION … ORGANISATION DU GÉNOME NUCLÉAIRE … REGULATION DE L’EXPRESSION DES GÈNES MODIFICATIONS DU GÉNOME Ce tableau est présent à titre indicatif et pour t’aider à organiser ton travail. Cependant pas d’inquiétude il n’indique pas la méthode miracle (déso hihi), si plus de deux lectures sont nécessaires pour ton apprentissage alors prends plus de temps. BON COURAGE Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 3 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Polycopié de mineure Biochimie & Biologie Moléculaire Informations générales sur les polycopiés Les polycopiés du Tutorat Mineure Santé sont mis à votre disposition en complément des capsules vidéo mis en ligne sur SIDES par les professeurs. Les polycopiés n’ont absolument pas pour objectif de remplacer les cours. Les polycopiés ont été rédigés à partir des cours de l’année précédente, il est donc possible que certaines parties ne soient plus au programme ou soient devenues inexactes. Nous vous conseillons de vous approprier au maximum ces polycopiés en les annotant, en les surlignant, en les corrigeant et en les modifiant en fonction du nouveau cours. La parole du professeur dans les capsules ou lors du SEPI fera toujours foi. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 4 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire SOMMAIRE Acides amines et structure des protéines..................................................................................... 9 I. Introduction............................................................................................................................... 10 II. Structure des protéines............................................................................................................. 10 III. Modifications des protéines...................................................................................................... 14 IV. L’essentiel.................................................................................................................................. 15 Relation structure fonction........................................................................................................ 17 I. Classification des protéines........................................................................................................ 18 II. Fonctions des protiénes............................................................................................................. 19 III. Les anticorps en biologie........................................................................................................... 22 IV. L’essentiel.................................................................................................................................. 24 Enzymologie.............................................................................................................................. 27 I. Définitions et généralités sur les enzymes................................................................................ 28 II. La catalyse enzymatique........................................................................................................... 29 III. La cinétique enzymatique......................................................................................................... 30 IV. La régulation de l’activité des enzymes.................................................................................... 33 Glucides.................................................................................................................................... 37 I. Définition................................................................................................................................... 38 II. Importance en biologie............................................................................................................. 38 III. Classification des glucides......................................................................................................... 38 IV. Structure linéaire des oses........................................................................................................ 39 V. Filiation des oses....................................................................................................................... 41 VI. Structure cyclique des oses....................................................................................................... 44 VII. Propriétés biochimiques des oses............................................................................................. 47 VIII. Les osides................................................................................................................................... 48 Lipides...................................................................................................................................... 53 I. Acides Gras et dérivés............................................................................................................... 54 II. Conclusion sur les Acides Gras.................................................................................................. 57 III. Les Lipides simples.................................................................................................................... 58 IV. Eicosanoïdes.............................................................................................................................. 60 V. Les Lipides Complexes............................................................................................................... 61 VI. Les Terpènes.............................................................................................................................. 64 Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 5 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Métabolisme général................................................................................................................. 69 I. Introduction............................................................................................................................... 70 II. Le métabolisme énergétique.................................................................................................... 70 III. En période alimentaire.............................................................................................................. 72 IV. En période de jeûne.................................................................................................................. 73 V. Vue globale................................................................................................................................ 74 VI. Spécialisation d’organes............................................................................................................ 75 VII. Take home message.................................................................................................................. 76 Acides nucléiques : nucléotide, structure ADN et ARN................................................................ 79 I. Les acides nucléiques................................................................................................................ 80 II. L’ADN......................................................................................................................................... 83 III. L’ARN......................................................................................................................................... 85 Répartition, réplication de l’ADN, transcription des ARN et traduction en protéines.................... 89 I. La Réplication............................................................................................................................ 90 II. La Réplication chez les Eucaryotes............................................................................................ 90 III. La Transcription......................................................................................................................... 92 IV. La Transcription chez les Eucaryotes........................................................................................ 93 V. La Traduction............................................................................................................................. 94 VI. Le Code Génétique.................................................................................................................... 94 VII. La Traduction : explications....................................................................................................... 95 VIII. Résumé des objectifs de ce cours............................................................................................. 96 Organisation du génome nucléaire humain et évolution du cours............................................... 99 I. Le génome humain.................................................................................................................. 100 II. Les gènes................................................................................................................................. 100 Régulation de l’expression des gènes........................................................................................ 105 I. Régulation transcriptionnelle.................................................................................................. 106 II. Régulation post transcriptionnelle.......................................................................................... 108 Modifications du génome et conséquence en pathologies......................................................... 111 I. Notion de variations génomiques........................................................................................... 112 II. Les SNV (Single Nucleotide Varant)......................................................................................... 113 III. Insertions/délétions (Indels) de petite taille........................................................................... 113 IV. Délétions/duplications de plus grande taille.......................................................................... 114 V. Les inversions.......................................................................................................................... 114 VI. Anomalie de nombre du génome........................................................................................... 114 Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 6 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire VII. Variation du nombre de copies d’un gène/d’un segment chromosomique........................... 115 VIII. Les translocations.................................................................................................................... 115 Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 7 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 8 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Acides amines et structure des proteins Cours du Professeur J. LOPEZ Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 9 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire I. Intro Constituent la majeure partie de la masse sèche cellulaire : ce sont des unités de construction pour édifier les cellules Remplissent presque toutes les fonctions cellulaires (transport, signalisation, défense …) Codée par le génome, (c’est-à-dire par l’ADN) dans le noyau (le code génétique est transformé pour donner une protéine) II. Structure des protéines On en distingue quatre types. A. Structure primaire C’est un enchainement d’acides aminés (AA). Structure d’un AA Un acide aminé est une molécule qui contient une amine primaire et un acide carboxylique lié à son carbone alpha. Sur le carbone alpha on aura également une chaine latérale qui va permettre de distinguer les différents AA entre eux et de leur donner leur spécificité. Il existe 20 AA courants dont 10 essentiels (qui doivent être apportés par l’alimentation car notre organisme n’est pas capable de les synthétisés). Les 10 AA essentiels sont : Méthionine, leucine, valine, lysine, isoleucine, phénylalanine, tryptophane, histidine, thréonine, arginine. Phrase mémo du professeur : « Mets les dans la valise, il fait trop d’histoires d’argent. » Il a bien pris le temps de nommer chaque AA, c’est vraiment important de les connaitre (le nom, la nomenclature à 3 lettres et la nomenclature à 1 lettre). La chaine latérale va permettre de classer les AA en 4 catégories : Acide aminé dont la chaîne latérale est non polaire et hydrophobe (non miscible dans l'eau) Ex : glycine leucine phénylalanine alanine isoleucine o méthionine tryptophane valine proline Acides aminés dont la chaîne latérale est polaire hydrophile Ex : fonctions hydroxiles : OH : serine tyrosine thréonine o fonctions aminées : asparagine glutamine o fonctions thiol : cystéines Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 10 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Acides aminés dont la chaîne latérale est chargé basique (c’est-à-dire positivement) Ex : lysine arginine histidine Acides aminés dont la chaîne latérale et chargé acide (c'est-à-dire négativement) Ex : aspartate ou glutamate « Il est important de connaitre la structure des protéines et de savoir les reclasser dans chacun de ces groupes » dixit le professeur. Ces AA sont reliés entre eux par une liaison peptidique, qui est une liaison covalente (rigide). Il y a libération d’une molécule d’eau. Schéma de la formation de la liaison peptidique L’enchainement des AA, reliés par cette liaison peptidique, forme une chaine polypeptidique. La séquence des aminoacides dans la chaine polypeptidique va définir le repliement de la protéine finale ainsi que ses propriétés. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 11 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire B. Structure secondaire C’est le repliement de la chaine polypeptidique dans la conformation de plus faible énergie, stable. Il existe deux motifs principaux : Hélice alpha : la chaine se replie sur elle-même et est stabilisée par des interactions de types hydrogènes entre des groupement CO et NH lorsqu’ils vont se retrouvés en face, ou des interactions entre les chaines latérales. Feuillet béta : constitués de brins béta orientés en parallèles (même sens) ou anti-parallèles (sens contraire) pour former des feuillets stabilisés par des liaisons entre les groupements NH et CO. C. Structure tertiaire A ce niveau de repliement, on a déjà une protéine fonctionnelle c’est-à-dire un ensemble de domaines protéiques organisés en 3 dimensions. Exemple avec la protéine SARC, une tyrosine kinase : On a deux représentation, la première permet de visualiser les éléments de structures secondaires (des hélices alpha : les tournicotis, et des feuillets béta : les flèches). La représentation de droite, montre que la protéine a une forme globulaire avec des domaines (zones de couleurs). Ces domaines peuvent se retrouver proche dans l’espace même s’ils sont éloignés dans la chaîne polypeptidique, comme les domaines SH3 et N-lobe. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 12 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Des domaines peuvent se retrouver proches dans l'espace alors qu'ils sont éloignés dans la séquence d’ADN. Ceci est dû au repliement de la chaine. La structure tertiaire, 3D, est stabilisée par des liaisons intra caténaires : Faible : hydrogène, ionique (entre des AA chargés positivement et négativement), hydrophobe (entre les chaines latérales apolaire) ; Covalentes : comme pour les ponts disulfures entre 2 cystéines. /!\ : Chaque domaine protéique porte une fonction biologique qui lui est propre. Exemple : dans la protéine tyrosine kinase SARC, le domaine SH4 va être modifié et permettre l’ancrage des protéines. Le domaine SGH3 va permettre de lier des séquences riches en proline. Le domaine SH2 va lier des tyrosines phosphorylées. Le domaine SH1, catalytique (qui porte la fonction enzymatique) est le domaine kinase. Avec ses différents domaines protéiques, on a été capable de créer des « familles » de protéines. Une famille protéinique est définie par : Un ancêtre être évolutif commun ; Une homologie de séquence supérieur à 30 % ; La présence de domaines fonctionnels similaires. Exemple : il existe un grand nombre de protéines de notre organisme qui ressemble à la protéine SARC vu précédemment donc des tyrosines kinases, avec notamment la présence des domaines SH2, SH3 et kinase. D. Structure quaternaire La chaîne quaternaire n'est pas retrouvée chez toutes les protéines. Elle consiste en une association de plusieurs chaînes d'acides aminés. Une chaîne constitue un monomère ; l'association de plusieurs monomères forme un oligomère/polymère. Exemple : La ferritine est une protéine de stockage du fer. Elle est constituée de monomères très riches en hélices Alpha qui vont s'associer entre eux pour former un oligomère de 24 monomères. La ferritine a une structure globulaire avec un centre creux très riche en fer. En effet à l'intérieur de la structure, on aura la chaîne latérale des acides aminés acides comme le glutamate chargé négativement qui va fixer le fer à l'intérieur de manière très forte avec des liaisons ioniques. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 13 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire III. Modifications des protéines Lorsqu'une modification intervient après la synthèse, on parle de modifications post-traductionnelles. Elles sont très diverses. Elles sont souvent spécifiques de certains AA. Liste des différentes modification post-traductionnelles Remarque : il n’y a pas besoin d’apprendre toute la liste ci-dessus, seulement les examples cité par la prof ci-dessous Par exemple la lysine est capable d’être modifiée de différentes manière. Certaines modifications peuvent être communes à plusieurs acides aminés, par exemple la phosphorylation est commune à la sérine, la thréonine, et là tyrosine. Ces 3 acides aminés portent dans leur chaîne latérale un groupement hydroxyle qui va pouvoir être modifié par une enzyme, la kinase. Celle-ci va permettre le transfert d’un groupement phosphate, à partir d’un donneur de phosphate qui est l'ATP, jusqu'à la chaine latérales de l’AA. C'est un processus réversible. D'autres enzymes comme les phosphatases peuvent être capables d’enlever ce groupement phosphate. Schéma de la phosphorylation /!\ protéine simple = protéine non modifiées = holoprotéines Protéine conjuguée à un constituant non protéique = hétéroprotéines Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 14 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Voici un tableau récapitulatif des différents groupement non protéiques à titre indicatif : IV. L’essentiel Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 15 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire NOTES/REMARQUES SUR LE CHAPITRE ……………………………………………………………………………………………………………………………………….……… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …….………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………….…………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………….……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………….………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………….…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………….……………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………….………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….…… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….……………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………….……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….……………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………….………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….…………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………….… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………….…………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………….……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………….………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….…………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………….……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………….……………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………….…………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………….………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………….…………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………….……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………….………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………….…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….……………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………….………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………….…………………………………… Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 16 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Relation structure fonction Cours du Professeur J. LOPEZ Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 17 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire I. Classification des protéines 1. Classification selon leur forme Fibreuse : collagène, élastine, fibrine, kératine, myosine … Globulaire (majorité des protéines) : enzymes, hormones, Albumine, hémoglobine, immunoglobuline … 2. Classification selon leur fonction Localisation en fonction de l’organe (hépatique (foie), musculaire, sanguine, rénale, pancréatique …) ou en fonction du compartiment cellulaire, donc de l’organite (nucléaire, mitochondrie, membranaire …) 3. Classification selon leur fonction biologique Enzyme (isomérases, phosphatases, protéases, transférases, oxidoréductases, lyases, ligases …) ; Protéine structurale : cytosquelette, matrice ; Protéine de transport : albumines, hémoglobine ; Canaux, transporteurs membranaires ; Protéine réceptrice membranaire au nucléaire ; Protéine de signalisation : cytokine, hormones ; Facteurs de transcription ; Protéine de défense : anticorps … Protéines contractiles : actine et myosine. Comme nous l’avons vu dans l’introduction, les protéines assurent presque la totalité des fonctions de l’organisme. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 18 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Les protéines les plus présentent dans l’organisme sont les facteurs de transcription, les récepteurs, les transporteurs. Les protéines enzymatiques sont nombreuses et variées. II. Fonctions des protéines A. Protéine de structure 1. Fonction de support : Elles sont très souvent fibrillaires et constituées d'un superenroulement d’hélices Alpha. Exemple : la alpha-kératine constituent les phanères : ongles et cheveux Exemple : la kératine retrouvée dans le Tissu conjonctif qui correspond au support des cellules et tissus. Il s'appelle alors collagène et correspond à l'enroulement de 3 hélices. 2. Cytosquelette : Elle représente la charpente de la cellule On distingue différentes structures : Microtubules (constitué de tubuline) ; Microfilaments (constitué d'actine) ; Filaments intermédiaires. L’actine est une protéine globulaire constitué de feuillets bêta et d’hélices Alpha. Elle se présente sous forme d'un monomère. Elle est capable de polymériser c'est-à-dire acquérir une structure quaternaire ce qui va donner l’actine polymérisée constituée de filaments très fins visibles au microscope. L'actine fait partie des composants qui servent de charpente à la cellule. B. Protéine de transport On prend ici l'exemple de l'hémoglobine qui est une protéine transportant l'oxygène dans le sang vers les tissus utilisateurs. C'est une protéine globulaire principalement constituée de hélices Alpha. Elle a pour caractéristique de contenir un groupement héminique au sein d'une poche hydrophobe. Cet hème est une structure plane qui coordonne les atomes de fer et leur liaison ionique avec l'oxygène. Elle permet donc à la protéine de retenir de l’oxygène pour ensuite pouvoir le transporter. L’hémoglobine est un tétramère, soit une protéine constituée de quatre molécules de globines, chacune avec son hème. L’hémoglobine fonctionnelle est capable de transporter quatre molécules d’oxygène dans le sang. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 19 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire C. Canaux et transporteurs Leur fonction est de permettre des échanges de molécules hydrophiles à travers les membranes plasmique (cellulaire), mitochondriale où nucléaire (intracellulaire) qui sont hydrophobes. Pour cela les molécules hydrophiles vont utiliser des canaux ou des transporteurs. Les canaux sont constitués d’hélices Alpha amphiphiles. Cela signifie qu’au sein même de l'hélice Alpha, une partie sera hydrophobe (partie au contact de la membrane, riche en amino-acide, qui agissent avec la bicouche lipidique), et l'autre partie sera hydrophile (au centre du canal pour laisser passer les molécules polaires hydrophiles). 1. Les canaux ioniques dépendants du ligand Ces canaux ne sont pas toujours retrouvés sous la forme ouverte. En effet, leur ouverture/fermeture est régulée par un stimulus. Dans le cas ci-dessous c'est la liaison d’un ligand à un récepteur extracellulaire du canal qui va provoquer son ouverture et donc la perméabilité des molécules. Exemple du récepteur à l’acétylcholine, qui se trouve au niveau de la jonction neuromusculaire, c'est-à-dire entre un neurone et une fibre musculaire, elle permet la contraction du muscle. 1. L'acétylcholine est sécrétée par le neurone et va se fixer sur un récepteur présent sur la fibre musculaire. 2. Sa fixation déclenche l'ouverture d’un canal qui va faire entrer sodium Na+ dans la cellule musculaire. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 20 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire 3. À son tour le sodium va créer une chaîne de réactions qui aboutira sur le relargage de calcium il permettra la contraction musculaire D. Protéines réceptrices La fonction de ces protéines est de transmettre un signal de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule. Cela va être possible grâce à la fixation d'un ligand sur ce récepteur (analogie possible avec une clé et une serrure). La fixation du ligand sur le récepteur va entraîner une cascade de signalisation intracellulaire qui aboutira à une réponse biologique. Il existe 4 catégories de récepteurs : Les canaux ligands dépendants ; Les récepteurs à 7 passage transmembranaire couplés à la protéine g ; Les récepteurs à activité enzymatique ; Les récepteurs nucléaires qui agissent au niveau du noyau pour réguler la transcription. Le prof s'intéresse surtout au récepteur à 7 passages transmembranaires, également appelé récepteur couplé à la protéine G (noté GPCR). Ici les hélices Alpha ne sont pas amphiphiles mais hydrophobes pour pouvoir s'insérer dans la membrane, on les retrouve au nombre de 7. Elles sont reliées entre elles par des boucles à l'intérieur de la cellule du côté du cytosol (C1, C2, C3…) ou à l'extérieur de la cellule (E1, E2, E3…). Le mécanisme est le suivant : un ligand se lie au domaine extracellulaire E4. Cette fixation au récepteur va entraîner sa modification et permettre le recrutement d’une protéine de signalisation (=protéine G) à l’intérieur de la cellule au niveau de la boucle C3. Cette protéine G va à son tour activer une cascade de signalisation. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 21 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire E. Immunoglobuline ou anticorps (Ac) Leur fonction va être de permettre une reconnaissance des corps étrangers (comme des bactéries) et d’activer une défense de l'organisme. Antigène = la protéine entière d’origine étrangère. Attention ce n’est pas l’antigène entier qui est reconnu par l’organisme ! Épitope = région à la surface de l'antigène qui va être reconnue par les Ac et qui va pouvoir déclencher une réaction immunitaire Anticorps = protéine de défense synthétisée par le système immunitaire et qui va reconnaître les épitopes des antigènes Un anticorps est constitué de 2 chaînes lourdes et 2 chaînes légères. L'association de celle-ci forme un domaine variable qui va reconnaître de manière très spécifique un épitope protéique. III. Les anticorps en biologie Les anticorps sont très importants au niveau physiologique mais ils sont également très utilisés en biologie pour étudier les protéines. 1) Le western Blot permet de détecter des protéines. Principe : on immobilise les protéines sur un support, une membrane, celles-ci vont être reconnues par un AC primaire. Cet Ac primaire va être spécifique d’un épitope qu’on cherche a caractérisé. Cet AC primaire va être reconnu par un AC secondaire qui va reconnaitre la partie constante (=fragment FC) du premier Ac. Cette partie constante de l'antigène est spécifique de l'organisme qui l’a produit. Par exemple si l'anticorps primaire a été produits chez la souris, on utilisera un anticorps secondaire anti-fragment FC de souris. Cet anticorps secondaire va être conjugué à un marqueur qui va permettre sa détection, comme par exemple une enzyme qui va transformer un substrat en lumière. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 22 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire On obtient des gels comme ci-dessous, où une colonne représente un échantillon. Ici, la protéine MT-COX1 est très présente sur l’échantillon 1 et est complétement absente dans l’échantillon 5. 2) L’immunométrie « sandwich » permet de quantifier et de détecter les protéines. On utilise en biologie plein de marqueurs protéiques, comme la CRP pour l’inflammation, l’HcG pour les tests de grossesse. L’intérêt de cette méthode est de reconnaitre et quantifier très spécifiquement la protéine étudiée puisqu’elle se base sur deux Ac qui vont reconnaitre deux épitopes différents de cette protéine. Le premier Ac est immobilisé sur une surface, c’est l’Ac de « capture ». Le deuxième anticorps, de « détection », est marqué et pourra être détecté. Comme on utilise deux Ac sur deux régions différentes de la protéine, on est très spécifique. On obtient un signal proportionnel à la quantité d’Ac de détections fixés. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 23 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire IV. L’essentiel Les protéines peuvent être classées en fonction de leur forme, de leur localisation ou de leur fonction. Les protéines assurent presque toutes les fonctions cellulaires o De structure : support, cytosquelette ; o De transport : hémoglobine, canaux ioniques ; o De transmission de signaux : récepteurs ; o De défense : anticorps ; o Et beaucoup d’autres ! Les anticorps peuvent être utilisés en biologie pour analyser les protéines. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 24 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire NOTES/REMARQUES SUR LE CHAPITRE ……………………………………………………………………………………………………………………………………….……… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …….………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………….…………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………….……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………….………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………….…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………….……………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………….………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….…… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….……………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………….……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….……………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………….………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….…………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………….… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………….…………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………….……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………….………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….…………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………….……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………….……………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………….…………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………….………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………….…………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………….……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………….………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………….…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….……………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………….………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………….…………………………………… Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 25 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 26 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Enzymologie Cours du professeur K. CHIKH Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 27 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire I. Définitions et généralités sur les enzymes Les enzymes : sont de nature protéique ; sont des catalyseurs biologiques, c’est-à-dire accélèrent les réactions chimiques d’un facteur d’au moins un million ; S -> P : le « substrat », noté S, est la molécule qui va être transformée en « produit », noté P ; sont caractérisées par une grande spécificité (pour leur substrat et la réaction) ; entrainent un équilibre réactionnel non modifié ; subissent des modifications transitoires de structure (modification des liaisons covalentes, mais reviennent à leur état initial en fin de réaction) ; la vitesse réactionnelle est impactée par les conditions physico-chimique comme pH et température. Le substrat interagit avec l'enzyme au niveau d’un site dit « actif » (c’est une cavité ou tunnel dans la structure 3D de l’enzyme). Celui-ci est constitué de 2 parties : Site de liaison : permet une complémentarité tridimensionnelle avec le substrat ainsi que de stabiliser la liaison entre substrat et enzyme grâce à des liaisons faibles Permet la spécificité de reconnaissance d’un substrat par une enzyme Site catalytique : va permettre la transformation chimique du substrat en mettant en jeu un transfert de protons qui entrainent des clivages de certaines liaisons. C’est le cas par exemple du site catalytique du lysozyme qui va permettre de cliver un polyoside situé dans la membrane des bactéries cibles. Certaines enzymes vont pouvoir agir sous forme de complexe enzymatique, complexe formé d’une apoenzyme et d’un cofacteur. Apoenzyme : partie protéique thermolabile Contacteur : partie non protéique thermostable o Ions métalliques (Zn2+, Mg2+ pour l’ADN polymérase...) o Molécules organiques = « Coenzymes » liés où groupements prosthétiques -> liés de manière covalente à l’apoenzyme o Coenzymes mobiles ou co-substrats -> liés de manière non covalente à l’apoenzyme Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 28 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Les coenzymes liés et mobiles font partis du groupe des vitamines et agissent comme cible catalytique. Ainsi, lors d'une carence en vitamine, le complexe ne sera pas fonctionnel dû à l’absence du coenzyme et entrainera des conséquences. Schéma des 3 éléments important en enzymologie Lien pour voir une vidéo sur les coenzymes vitaminiques : https://www.youtube.com/watch?v=mKfQ1bUvyWk II. La catalyse enzymatique Dans cette partie, le professeur nous montre les mécanismes moléculaires de la catalyse enzymatique à travers l'exemple de la chymotrypsine. La chymotrypsine est une enzyme protéolytique pancréatique qui nous permet de digérer les protéines alimentaires. Elle clive par hydrolyse les liaisons Phe-X et Trp-X, donc elle clive après ces deux acides-aminés. Elle possède une triade catalytique comportant une sérine activée : elle fait donc partie de la famille des sérine protéases. 1. La triade catalytique est à son état initial. 2. On enclenche la réaction par déprotonation de la sérine par l’histidine. Cela aboutit à l'attaque de la liaison peptidique cible. 3. Et 4. Suite à l'attaque de la sérine sur le substrat, ce dernier va être clivé en 2 parties. 5. Et 6. Afin de casser la liaison nouvellement formée entre l’enzyme et la protéine, une hydrolyse est mise en place avec déprotonation de l'eau par histidine. Cette eau déprotonée va venir attaquer et casser la liaison. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 29 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire 7. Et 8. La liaison entre la sérine et la protéine cible est cassée. La deuxième partie du produit va être libérée. L'enzyme revient à son état initial et va pouvoir redémarrer un nouveau cycle de catalyse. III. La cinétique enzymatique Définitions : La cinétique et une vitesse réactionnelle, c'est-à-dire une variation de concentration de produit en fonction du temps, notée d[P]/dt. Comme on voit sur le graphique cette variation de concentration de produit en fonction du temps va être variable du démarrage de la réaction (dit T0) jusqu’à l'équilibre. Courbe de la concentration en produit en fonction du temps Certaines caractéristiques des variations de la courbe sont à connaitre : La vitesse de réaction a tendance à diminuer au cours du temps. La vitesse de réaction est constante de T0 à T1, et est maximale à ce moment-là. C'est la vitesse initiale. C'est cette vitesse initiale qu'on cherche à déterminer en cinétique enzymatique. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 30 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire La vitesse initiale dépend de la concentration initiale en substrat. Plus la concentration initiale en substrat augmente, plus la vitesse initiale augmente, jusqu’à arriver à un maximum (la concentration en enzyme est maintenue constante). Courbe de la concentration de produit en fonction du temps pour différentes concentrations initiales de substrat Si on représente cette vitesse maximale en fonction de la concentration en substrat, on obtient ce genre de graphique appelée représentation de Michaelis Menten. Représentation de Michaelis Menten Si on représente 1/V0 en fonction de 1/S, on obtient la représentation de Lineweaver-Burk Représentation de Lineweaver-Burk Ces 2 dernières représentations graphiques permettent d’obtenir 2 paramètres importants: La vitesse initiale maximum (obtenue lorsque la concentration en substrat sature l'enzyme) et la constante de Michaelis, soit la concentration en substrat associée à la moitié de cette vitesse maximum. Ces 2 éléments vont permettre d'étudier l'impact d’inhibiteur enzymatique. Étudier la cinétique enzymatique va permettre d'étudier le fonctionnement de certains médicaments inhibiteurs enzymatiques. Ils peuvent être de deux types : Irréversibles : Les inhibiteurs vont se lier de manière définitive à l'enzyme ce qui va l'empêcher de faire de nouvelles réactions. Ce sont les inhibiteurs dits « suicides » Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 31 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Ex : l’aspirine (dont le mécanisme est illustré ci-dessous), ou encore la pénicilline. Réversibles : peuvent être soit compétitif soit non compétitif o Les inhibiteurs compétitifs sont des analogues structuraux du substrat et vont se glisser dans le site actif empêchant le substrat de s’y positionner. Ex : le méthotrexate o Les inhibiteurs non compétitifs vont se lier sur un site différent, empêchant secondairement le mécanisme de catalyse. Ex : inhibiteurs allostériques Leur impact est très différent sur la cinétique de la réaction comme on peut le voir sur la représentation de Lineweaver-Burk. Les inhibiteurs de type compétitifs impactent la constante de Michaelis alors que les inhibiteurs de type non compétitifs impactent la vitesse maximum. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 32 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire IV. La régulation de l'activité des enzymes Notre organisme contient de nombreux carrefour, il faut orienter le flux métabolique en fonction des besoins de la cellule. Il existe 2 grandes possibilités de régulation : Contrôle de la disponibilité en enzyme (c’est-à-dire contrôler l’expression de leur gène) (le professeur ne s’intéresse pas à cette partie cette année) Contrôle de l'activité d'enzymatique o Modifications covalentes des enzymes o Régulation par allostérie A. Modification covalente des enzymes 1. Régulation par protéolyse partielle Un précurseur inactif, appelé proenzyme ou zymogène, va être clivé au niveau d'un site d'activation (liaison peptidique spécifique) pour modifier sa structure 3D et rendre l’enzyme active. Ce processus va être utilisé pour activer des enzymes a un moment donné dans un endroit donné. Exemple : les protéases digestives qui sont activées uniquement dans l'intestin quand arrive le bol alimentaire. Un autre exemple est celui des facteurs de coagulation. 2. Régulation de l'activité par phosphorylation/déphosphorylation Exemple : la glycogène phosphorylase catalyse la libération de glucose à partir de glycogène. Cette enzyme est active sous forme phosphorylée et inactive sous forme déphosphorylée. Ce sont d'autres enzymes qui catalysent sa phosphorylation/déphosphorylation. Cet équilibre va dépendre des besoins énergétiques cellulaires. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 33 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire B. Régulation par allostérie Les enzymes allostériques : Sont des structures quaternaires dites oligomériques = plusieurs protomères associés Chaque protomère a un site actif et un ou plusieurs sites allostériques sur lesquels viennent se liés inhibiteurs/activateurs Peuvent passer d’une forme relâchée (R) avec une forte affinité pour le substrat et l’activateur, à une conformation tendue (T) avec une faible affinité pour le substrat et l’activateur et une forte affinité pour l'inhibiteur. Ce passage d’une forme à l’autre se fait grâce à une transition allostérique. Les enzymes allostériques permettent une régulation par rétrocontrôle négatif. Ce sont des enzymes clés d'une voie métabolique. Ex : pour la glycolyse la phosphofructokinase est inhibée par l'ATP produit en fin de glycolyse. Cela permet d'épargner les substrats énergétiques lorsque les besoins énergétiques cellulaires sont faibles. À l'inverse, si les besoins énergétiques de la cellule sont importants, l’ATP va être transformé en AMP qui est un activateur de cette enzyme Rôle de la phosphofructokinase : PFK Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 34 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire NOTES/REMARQUES SUR LE CHAPITRE ……………………………………………………………………………………………………………………………………….……… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …….………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………….…………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………….……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………….………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………….…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………….……………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………….………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….…… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….……………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………….……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….……………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………….………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….…………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………….… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………….…………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………….……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………….………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….…………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………….……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………….……………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………….…………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………….………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………….…………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………….……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………….………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………….…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….……………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………….………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………….…………………………………… Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 35 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 36 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Glucides Cours du professeur V. VLAEMINCK Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 37 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire I. Définition Les oses sont : Des molécules organiques abondantes polyhydroxylées ; De formule brute CnH2nOn ; Chainon carboné avec : plusieurs groupements hydroxyles -OH (alcool) et 1 groupement carbonyle C=O. II. Importance en biologie Les glucides sont des composés naturels très répandus chez tous les êtres vivants, on va les retrouver : Dans les éléments de structure : cellulose (végétaux), chitine (invertébrés), parois bactériennes ; Comme source énergétique : glucides alimentaires, glycogène (réserve au niveau du foie et du muscle) ; Dans les composants de métabolites fondamentaux : rôle dans la synthèse des nucléotides, précurseurs des acides nucléiques (ADN et ARN), coenzymes nucléotidiques (NAD, FAD). III. Classification des glucides On distingue : Les oses : glucides simples non hydrolysables = monosaccharides ; Les osides : glucides complexes, association de plusieurs oses, hydrolysable = polysaccharides. Les oses combinent ces 2 critères : Nombre de C : les plus abondants vont de 3 à 7 carbones : trioses (3C), tétroses, pentoses, hexoses (6C) = les plus fréquents dans la nature Nature de la fonction carbonylique : o Fonction aldéhyde = aldose (oxydation d’un alcool primaire sur le OH terminal) ; o Fonction cétone = cétose (oxydation d’un alcool secondaire sur le OH du milieu dans un triose). Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 38 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Exemple : Prenons l’exemple d’un ose à 6C : Il contient n-1 fonctions alcools, soit ici 5 OH L’aldose correspondant est le glucose et le cétose le fructose => Par définition, un ose comprend n-1 fonctions alcools avec n le nombre de carbones. IV. Structure linéaire des oses Pour la nomenclature, on numérote les atomes de C croissante de haut en bas : le carbone oxydé possède l’indice le plus faible Exemple : ose avec 5C et une fonction aldéhydique Le ribose est présent dans l’ARN. Projection de Fischer : souvent utilisée en biochimie : exemple du glycéraldéhyde, un aldotriose Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 39 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Les trois carbones formant le squelette sont représentés dans une ligne verticale brisée. Le carbone numéro 1 (le plus oxydé) est en haut, le carbone numéro 2, au sommet de l’angle est dirigé vers l’observateur. On peut ainsi représenté par des liaisons horizontales en rouge (schéma du bas) ce qui est en avant du plan (en jaune schéma du haut) et par des liaisons verticales en noir (bas) ce qui est en arrière du plan (gris clair en haut) On représente ce qui est en avant du plan (en jaune) par des liaisons horizontales et ce qui est en arrière du plan (en gris clair) par des liaisons verticales Deux formes sont possible : si le OH porté par le carbone asymétrique le plus éloigné de la fonction carbonyle est à droite = série D, si le OH est à gauche = série L Ce qui donne : La plupart des oses naturels sont de la série D On voit ici que le carbone n°2 du glycéraldéhyde possède 4 substituants différents, c’est un carbone asymétrique : C*. C’est donc un centre de chiralité. Une molécule chirale n’est pas superposable à son image dans un miroir. Tous les oses sont chiraux sauf le dihydroxyacétone, car on peut faire passer un plan de symétrie par le carbone numéro 2. Pour le glycéraldéhyde : 2 composés possibles avec des propriétés chimiques et physiques identiques SAUF leur action sur la lumière polarisée ! Un composé qui dévie le plan de polarisation vers la droite est dextrogyre, avec un pouvoir rotatoire noté (+) S’il le dévie vers la gauche il est levrogyre avec un pouvoir rotatoire noté (-) Ces composés ont des pouvoirs rotatoires égaux mais de sens opposé. Ce sont des isomères optiques et sont appelés énantiomères l’un de l’autre. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 40 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Attention : l’appartenance d’un ose à la série D ou L ne présume pas du sens du pouvoir rotatoire. D et L sont l’indication de série. Exemple : D-glucose et D-fructose : groupement OH sur le C(n-1) est à droite sur la représentation de Fischer. Elles ont cependant des pouvoirs rotatoires opposés. V. Filiation des oses Le principe de la filiation des oses est le fait qu’on puisse passer par synthèse expérimentale d’un ose n-1 C à un ose nC par action sur le carbonyle -> augmentation du nombre de C de la chaine  Apparition d’un nouveau C* : nouvelle possibilité d’isomérie du C2 Exemple : Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 41 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire A partir du D-Glycéraldéhyde, on peut obtenir le D-Erythrose (les OH des carbones 2 et 3 sont du même côté) ou le D-Thréose (les OH sont de part et d’autre). /!\ la série D ou L est toujours donnée par le même carbone : le C n-1 Par voie identique le L-glycéraldéhyde donnera naissance aux L-Erythrose et L-Thréose. Schéma général de la filiation des D-Aldoses à partir du D-glycéraldéhyde : On s’intéresse à la série D, car ce sont les oses les plus courants dans la nature. Les OH des C(n- 1) sont donc toujours à droite (en rouge) L’ajout d’un carbone entraine un OH soit du même côté (en vert) soit du côté opposé (en orange). En jaune se sont les aldoses les plus fréquemment rencontrés. Ceux entourés sont à connaître. /!\ apprendre ceux encadrés Petit moyen pour retenir plus facilement : Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 42 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Filiation des D-cétoses : / !\ Apprendre ceux encadrés. Le nombre d’isomères est inférieur à celui des aldoses car il y a un C* en moins, le C2 portant la fonction cétone n’est pas asymétrique. Il y a deux cétopentoses isomères de la série D alors qu’il y a 4 aldopentoses. Dihydroxyacétone ; D-fructose (+ bien savoir que c’est un cétose) Il existe la même série de filiation pour la série L. Epimérisation des oses : = différence de configuration spatiale d’1 seul centre d’asymétrie dans une molécule qui en compte plusieurs Exemple 1 : le D-érythrose et le D-thréose sont épimères Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 43 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Passage d’un épimère à l’autre par les épimérases (enzymes) cette réaction est importante pour le métabolisme intermédiaire chez l’humain Exemple 2 : D-galactose et D-glucose sont épimères en C4 -> déficience de cette épimérase => galactosémie congénitale caractérisée par la présence anormale de galactose dans le sang Interconversion des oses : = passage d’un aldose (à nC) à un cétose (à nC) et inversement Par des isomérases Important pour le métabolisme intermédiaire des glucides Exemple : l’interconversion du glucose entraine un mélange de glucose, fructose et mannose. VI. Structure cyclique des oses La formule linéaire des oses est incomplète car elle ne permet pas d’expliquer toutes les propriétés des oses. On ne retrouve pas certaines des réactions chimiques classiques pour les aldoses et les cétoses. On a pu démontrer un centre d’asymétrie supplémentaire au niveau du groupement carbonylique, ce nouveau centre d’asymétrie est permis par la formation d’un pont oxydique. Exemple de cyclisation du D-Glucose : un pont oxydique est créé entre le C1 et le C5 Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 44 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Le OH porté par le C5 pivote et entraîne une rotation du CH2OH. Pour passer le tout en représentation de Haworth (= vue oblique dans O) : Les OH à droite (rouge) dans la représentation de Fischer : en dessous du plan horizontal dans Haworth ; Les OH à gauche (vert) dans la représentation de Fischer : au-dessus du plan horizontal dans Haworth ; Le pont oxydique est dans le plan ; Le CH2OH est au-dessus du plan pour la série D. Cas de la cyclisation du D-glucose : Forme pyranose : Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 45 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Forme furanose : La stabilité des cycles est différentes en fonction de l’ose considéré. ➔ Aldohexoses : plus stables en cycle pyranique ➔ Cétohexoses : plus stables en cycle furanique Conséquence de la structure cyclique des oses : Formation d’un centre d’asymétrie supplémentaire, au niveau du groupement carbonylique (C*1 pour les aldoses, C*2 pour les cétoses). On obtient ainsi deux formes possibles = les anomères α et β Ces anomères ne diffèrent que par la configuration des carbones impliqués dans le pont osidiques, c’est-à-dire C1 pour les aldoses et C2 pour les cétoses. L’anomère α possède le pouvoir rotatoire le plus élevé en valeur absolue + le OH du C1 est en position trans par rapport au CH 2OH du C5 (en opposé) La cyclisation est un phénomène réversible, ainsi la dissolution du glucose dans de l’eau donne les formes α et β. A l’équilibre on a trois formes : la linéaire du D-Glucose et les deux formes cycliques α et β Cependant pour les polyosides la configuration devient fixe. C’est important d’un point de vue biochimique : il existe des enzymes spécifiques pour la dégradation des polyosides associant des anomères α ou β. L’humain possède les enzymes nécessaires à la dégradation des polyosides résultant de l’association d’anomères α : dégradation possible de l’amidon et du glycogène (formés d’anomères α de D-glucopyranose) mais pas de la cellulose (formée d’anomères β de D-glucopyranose). Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 46 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Conformation spatiale des oses : Les cycles n’ont pas une conformation plane mais une configuration spatiale repliée avec 2 possibilités : chaise ou bateau. La configuration la plus probable est celle ou l’énergie potentielle est la plus faible -> les hexoses naturels ont la configuration chaise à l’état libre. VII. Propriétés biochimiques des oses Les oses sont des structures polaires grâce à leur fonctions hydroxyles (-OH) qui vont pouvoir créer des liaisons hydrogènes, ils vont être ainsi très solubles dans l’eau et pouvoir se lier avec d’autres oses et des protéines. Les oses possèdent de nombreux dérivés notamment obtenus par différentes modifications biochimiques : Oxydation de la fonction aldéhydique des aldoses C1 oxydé = acides aldoniques (formation d’un groupement carboxylique) Exemple du glucose -> acide gluconique (jus de fruit et miel) En solution aqueuse on a un équilibre avec le lactone correspondant sous forme cyclique, ici, le D-gluconolactone. La transformation du glucose par la glucose oxydase est la base du dosage de la glycémie capillaire par lecteur. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 47 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire C6 oxydé = acides uroniques L’acide D-glucuronique est couplé dans le foie à des produits à éliminer de l’organisme comme des toxines ou des médicaments. On parle de glucuronoconjugaison qui permet d’éliminer ces déchets par voie urinaire. Réduction Des groupements carbonyles des oses : formation de polyalcools/polyols (goût sucré/édulcorants : glucose-> sorbitol, …) Des fonctions hydroxyles : formation de désoxy-oses, ex 1 : L-Fucose présent dans les glycoprotéines, réduction du OH du C6 du L-galactose, ex 2 : désoxy-ribose (ADN) Estérification des fonctions alcools Par des sulfates (formation d’esters sulfuriques présent dans les chaînes polysacharides des protéoglycanes) Par des phosphates (formation d’esters phosphoriques, important dans le métabolisme intermédiaire) Substitution par fonction amine (NH 2) : hexosamines, N-acétyl-hexosamines (abondant dans les protéoglycanes) -> ex du glucose : glucosamine et N-acétylglucosamine VIII. Les osides Les osides sont des glucides complexes résultants de l’association de plusieurs oses reliés entre eux par des liaisons glycosidiques, ils sont hydrolysables. A. Les holosides : QUE de molécules d’oses 2 à 10 oses = oligosides Disaccharides : relie les OH des 2 oses par liaison O-glycosidique -> liaison α ou β en fonction de la position du OH du C1 du 1e sucre Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 48 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Exemple de disaccharides : Le saccharose : un glucose et un fructose en liaison alpha 1,2 Le lactose : galactose et glucose en liaison béta 1,4 Le maltose : deux glucoses en liaison alpha 1,4 (il faut les connaître) Lors de la digestion : intervention d’α ou β glycosidases pour leur hydrolyse, ces enzymes clivent spécifiquement les liaisons O-glycosidiques > 10 oses = polyosides, structure en fonction de la nature des oses, du mode de liaison et de la configuration anomérique des oses (liaison α ou β) Polyosides homogènes si l’hydrolyse libère 1 seul type d’ose (ex glucosanes, fructosanes, galactanes, …) Polyosides hétérogènes si l’hydrolyse libère plusieurs types d’oses (ex parois des bactéries, les grandes chaînes polysaccharidiques : glycosaminoglycanes comme l’acide hyaluronique (dans les tissus conjonctifs), elles contiennent de façon importante des dérivés d’oses, hexoseamines, N-acétyhexosaminel) Exemple des glucosanes = enchainement de molécules de glucose La cellulose : polyoside de structure linéaire, chez les végétaux, avec des liaisons béta- osidiques, rôle structurel L’humain n’est pas capable de digéré la cellulose car il n’a pas d’enzymes béta-glucosidases, elle a donc un rôle de lest. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 49 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire L’amidon : polyoside de réserve ramifié, chez les végétaux ; Le glycogène, polyoside de réserve ramifié, chez les animaux plus ramifié que l’amidon. L’enchaînement des molécules de glucose est ramifiés pour l’amidon et plus encore pour le glycogène. Ce sont des réserves de glucose pour les végétaux (amidon) et pour les animaux dont l’humain (glycogène). Le nombre élevé de ramifications permet à plus d’enzymes d’hydrolyser simultanément. Le temps de réponse sera plus court pour libéré du glucose en cas de besoin par l’organisme. L’amidon possèdent deux constituants différents : o amylose 20-30%, chaine linéraire avec des unités de glucose avec des liaisons de types α-1,4, configuration spatiale en hélice o amylopectine : polyosides ramifiés, avec une chaine de plusieurs glucoses en α- 1,4 et liaison dessus d’autres chaînes en alpha 1,6 formant les ramifications L’amilose est hydrolysé par des α-glucosidase intestinales. Le glycogène est fortement ramifié, avec en moyenne une ramification toutes les 10 unités de glucose par des liaisons α-1,6 sur des chaines de glucose liées en α-1,4, le tout a une configuration spatiale hélicoïdale. B. Les hétérosides : Ils sont : Très répandus Résultent de la combinaison de la fonction carbonylique libre d’ose avec une fraction non glucidique = « aglycone » et qui lui confère des propriétés particulières (pharmacodynamiques, physiologiques) Ex : ➔ Association du ribose ou du 2-désoxy-ribose avec une base purique ou pyrimidique dans l’ARN ou l’ADN ➔ Les protéoglycanes (PG) : association d’une partie peptidique avec des glycosaminoglycanes (longues chaînes de polyosides) ➔ Les glycoconjugués : greffe d’ose sur des protéines ou des lipides leur donnant des propriétés de solubilité ou de reconnaissance par d’autres molécules Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 50 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire NOTES/REMARQUES SUR LE CHAPITRE ……………………………………………………………………………………………………………………………………….……… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …….………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………….…………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………….……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………….………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………….…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………….……………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………….………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………….…… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……….……………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………….……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….……………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………….………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….…………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………….… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………….…………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………….……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………….………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….…………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………….……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………….……………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………….…………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………….………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………….…………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………….……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………….………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………….…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….……………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………….………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………….…………………………………… Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 51 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 52 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Lipides Cours du professeur A. GAUTHIER Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 53 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Les lipides se définissent par leur très faible solubilité dans l’eau et leur grande solubilité dans les solvants organiques peu polaires comme le chloroforme ou le benzène. Cette propriété est la conséquence d'une composition riche en chaîne aliphatique et non hydroxylée. Les constitutions lipidiques les plus simples et les plus fréquentes sont les acides gras souvent estérifiés à des alcools comme le glycérol formant alors les triglycérides et les phospholipides. Les molécules lipidiques possèdent les caractéristiques suivantes : - Source d'énergie et de vitamines - Constituants majeurs des membranes cellulaire - Vecteur d'information comme hormones, messagers intracellulaires… I. Acides Gras et dérivés Les acides gras se définissent comme des acides carboxylique R - COOH dont le radical R est une chaîne carbonée de longueur variable qui donne à la molécule son caractère hydrophobe. A. Acides Gras saturés À l'inverse des acides-gras insaturés, les acides gras saturés ne possèdent pas de double liaison. Ici il s'agit de l'acide stéarique qui possède 18 carbones. L’extrémité à droite correspond au carboxyle COOH et au premier carbone. En nomenclature, le nom systématique s'écrit « acide N-nc-anoïque » « N » indique que l’acide gras est normal, c’est-à-dire qu'il s’agit d’une chaîne linéaire non ramifiée « nc » désigne le nombre de carbones « an » indique que la chaine est saturée Ainsi dans l'exemple ci-dessus nous avons l'acide n-octadécanoïque qui s'écrit aussi C18:0. C18 correspond au nombre de carbones. Indique que la chaîne est saturée donc sans double liaison. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 54 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire B. Les acides gras insaturés Dans les acides-gras insaturés, la position de la première double liaison peut s'exprimer Soit en partant du carboxyle, premier carbone : le symbole est alors le delta (Δ) Soit en partant du méthyl, le dernier carbone : le symbole est alors oméga (ω) En médecine clinique et en biologie la désignation des acides-gras insaturés la plus courante et celle qui fait appel à la notation oméga. La présence d'une double liaison dans un acides-gras implique une isomérie Cis/Trans. Les préfixes cis/trans servent à préciser la configuration géométrique du lipide en précisant si par rapport à la chaîne principale les principaux groupes fonctionnels sont situés - Du même côté : configuration cis - De part et d’autre : configuration trans Les acides gras naturels sont cis. L'acide cis-9-octadécénoïque, encore appelé acide oléique, est un acide-gras mono insaturé car il ne possède qu’une seule double liaison. Il a 18 carbones et une double liaison en Δ 9 ce qui s'écrit aussi « C18:1 Δ9 ». C'est un acides-gras très abondant dans les graisses végétales et animales L’acide cis, cis-9,12-octadécadiénoïque est encore appelé acide linoléique. C'est un acide gras poly insaturé puisqu’il possède plusieurs doubles liaisons. Il a 18 carbones et 2 doubles liaisons en Δ9 et 12 ce qui s'écrit aussi « C18:2 Δ9, Δ12 » ou encore « C18:2 ω6 » (oméga 6 car en partant de la fin on trouve la dernière double liaison à 6 carbones de la fin) Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 55 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire C. Les acides gras indispensables L’acide linoléique C18:2 ω6 est un acide gras (AG) indispensable. Les besoins quotidiens sont de 3 à 4g par jour. C'est un acide gras de 18 carbones avec 2 double liaisons en ω6 et ω9. L'acide linoléique donne naissance dans l'organisme à l'acide arachidonique à 20 carbones et 4 doubles liaisons. En l'absence d'acide linoléique dans l'alimentation, l'acide arachidonique devient alors indispensable. L’acide α-linolénique C18 :3 ω3 est également un AG indispensable. Il possède 3 doubles liaisons en ω 3, 6, 9. Certaines graines et donc les huiles tirées de ces graines sont riches en cet acide, en particulier la graine de chia de lin de colza de chanvre de soja et de noix. D. Les sources des AG poly insaturés Il existe 4 familles d'acides gras insaturés dont la position de la première double liaison définit la série : ω3, ω6, ω7, ω9. Tutorats Mineure Santé ▪ 2023-2024 Page 56 sur 118 Biochimie & Biologie moléculaire Les séries 3 et 6 entrent en compétition au niveau des Δ6 et Δ5 désaturases. La balance est en faveur de la voie métabolique dont le précurseur est le plus disponible. Comme dit précédemment, l'acide linoléique et α-linolénique sont les 2 acides-gras essentiels précurseurs des autres acides gras. II. Conclusion sur les Acides Gras Les lipides représentent environ 20% du poids du corps. Ils sont une réserve énergétique : 1g de lipides correspond à 9 kilo calories. Ils ont un rôle structurel et de précurseur. En effet, les membranes cellulaires ont une structure lipidique Leur rôle de précurseur intervient dans la for