Biologie I – SLA : Organisation Chimique de la Vie – PDF

BIOLOGIE I – SLA LA PLUPART DES FIGURES DE CE DOCUMENT SONT TIRÉES DES FIGURES DU MANUEL CAMPBELL REECE, 2020 Cegep de...

BIOLOGIE I – SLA LA PLUPART DES FIGURES DE CE DOCUMENT SONT TIRÉES DES FIGURES DU MANUEL CAMPBELL REECE, 2020 Cegep de l’Outaouais Enseignant: Komi Jacques Egle 1 1 Module 1 Biologie cellulaire: Composition moléculaire et cellulaire de la vie Chapitres: 1. Exploration du monde du vivant 2. Introduction à l’organisation chimique de la vie 3 & 4. Eau et la vie – les molécules inorganiques 5. Molécules organiques complexes 6. Étude de la cellule 7. Structure et fonction membranaire 2 2 Introduction à l’organisation chimique de la vie 3 3 1  Lien entre la biologie et la chimie Question: Quelle arme ces fourmis rousses projettent-elles dans les airs? Lecture : p. 29 Jaillir avec force de l’acide formique de leur abdomen contre les oiseaux affamés (moyen de défense) D’autres insectes utilisent cet acide comme désinfectants antimicrobiens 4 4 Les molécules de la vie La vie utilise environ 25 des 92 éléments chimiques présents à l'état naturel Les éléments essentiels pour la vie sont semblables parmi les organismes… MAIS, il existe certaines variations: Exp. Besoins des humains : 25 éléments Plantes : 17 5 5 6 Web 1 (dunod.com) 6 2  Les molécules de la vie Les atomes de carbone sont les éléments De ces 25, quatre sont particulièrement constitutifs les plus polyvalents importants : (citez –les) La vie utilise environ 25 Carbone (C) : peut des 92 éléments chimiques former 4 liaisons chimiques présents à l'état naturel. Hydrogène (H) : ne forme qu'une liaison Oxygène (O) : peut former 2 liaisons Azote (N) : peut former 3 liaisons 7 7 Les molécules du vivant Chaque être vivant contient des milliers de molécules différentes. On peut regrouper la plupart de ces molécules en 4 grandes familles:  Glucides  Lipides (gras, huiles et stéroïdes)  Protéines  Acides nucléiques 8 8 À quoi servent ces molécules?  Ces molécules s’obtiennent grâce à l’alimentation.  Elles sont essentielles : – Comme source d’énergie pour réaliser les fonctions cellulaires et comme constituants cellulaires pour composer la structure des cellules.  Exemples de fonctions cellulaires : Assemblage; Sécrétion; Absorption; Rejet des déchets à l’extérieur; Mouvement. 9 9 3  Éléments chimiques de la vie Les molécules inorganiques (chap.3) Les molécules organiques (chap.5) 10 10 Éléments chimiques de la vie 1. Les molécules inorganiques Molécules inorganiques 1.1 Eau 1.3 Acides 1.2 Ions (chap. 3) et bases La plus importante !!! 11 11 La singularité vitale de l’eau La vie a débuté dans l'eau et y a évolué pendant 3 milliards d'années avant de s'étendre sur la terre ferme. Actuellement, elle demeure tributaire de l’eau. Les cellules contiennent env. 70 à 90% d'eau. Les 3/4 de la surface terrestre sont recouverts d’eau. 12 12 4  Éléments chimiques de la vie 1. Les molécules inorganiques : l’eau 1. son pouvoir de cohésion 2. sa chaleur spécifique élevée 3. sa chaleur de vaporisation élevée 4. sa dilatation à l’état solide 5. son pouvoir de solvant 13 13 La cohésion de l’eau (pouvoir de cohésion) Animation: voir Monlab. Campbell 2020 - Chap.3&36 Les liaisons hydrogènes font en sorte que les molécules d’eau adhèrent les unes aux autres 14 Transport de l’eau dans la plante 14 Tension superficielle de l’eau (pouvoir de cohésion) Araignée radeau (Dolomedes fimbriatus) Les Gerris peuvent se déplacer à la surface La tension superficielle permet à d'une mare. un pengő hongrois en Al de ne pas couler au fond du verre d'eau (bien que l’Al soit plus dense que l'eau)… En quoi consiste cette force superficielle? 15 15 5  Tension superficielle de l’eau Fig. 1.9 Page 20 Manuel du cours 16 16 L’eau stabilise les températures (La chaleur spécifique élevée de l'eau)  La chaleur spécifique* élevée de l’eau provient des liaisons hydrogènes;  de la chaleur doit être absorbée pour que celles-ci (liaisons H) se brisent La chaleur spécifique d’une substance est la quantité de * chaleur absorbée ou perdue par 1 g de cette substance pour changer sa température de 1°C (pour l’eau elle est: 4,184J/g/°C) comparée à celle du fer (0,44)  La capacité de l’eau à stabiliser la température ambiante découle de sa chaleur spécifique relativement élevée.  Eau = réservoir thermique: un léger changement dans sa propre t° s’accompagne de l’absorption ou de la libération d’une quantité 17 relativement grande de chaleur 17 Importance de cette chaleur spécifique élevée pour la vie sur la Terre  Cette capacité thermique lui permet également de jouer un rôle  En effet, cette propriété lui permet régulateur favorable au d'absorber ou de dégager plus développement de la vie. d'énergie que d'autres substances.  Du fait de son inertie thermique,  Les océans et autres grands l'eau stabilise les réactions réservoirs d’eau sont donc un biochimiques qui dépendent toutes immense réservoir de chaleur: ils de la température. absorbent une grande quantité de chaleur solaire durant le jour et au  Cette chaleur spécifique élevée cours de l’été. explique le rôle thermorégulateur de l’eau (les molécules les plus « chaudes »  Ceci permet d’avoir et de maintenir quittent un système, un les t° compatibles à la vie organisme en s’échappant) 18 18 6  Refroidissement par évaporation (vaporisation est utilisée lorsque l’évaporation est associée à une ébullition) Chaleur d’évaporation = la quantité de chaleur que 1 g de liquide doit absorber, à une température constante, pour passer de l’état liquide à l’état gazeux. La chaleur d’évaporation élevée de l’eau provient des liaisons hydrogène, qui doivent être rompues avant que les molécules quittent le liquide. Applications à la vie : Répartition de la chaleur sur la Terre (évaporation aux tropiques, transport de la vapeur d’eau et de son énergie dans l’atmosphère vers les pôles) et utilisation pour éviter la surchauffe des organismes terrestres (grâce à la transpiration). 19 19 Dilatation de l’eau à l’état solide L’eau possède une masse volumique plus petite à l’état solide qu’à l’état liquide; elle se dilate en se solidifiant (pourquoi?) parce que les liaisons H sont plus stables et tiennent les molécules éloignées les unes des autres. Flottabilité de la glace: Les océans et lacs ne gèlent pas20 complètement parce que la glace flotte 20 Effet du changement climatique sur l’Arctique 21 21 7  L’eau un solvant incomparable L’eau est le fondamental solvant des êtres vivants De nombreux composés polaires se dissolvent en même temps que les ions dans l’eau contenue dans le sang, la sève ou le liquide intracellulaire. Eau = principal agent de transport entre les différents parties Solution (soluté + solvant) d’un organisme 22 22 Un composé n’a pas besoin d’être ionique pour se dissoudre dans l’eau:  Beaucoup de molécules polaires comme les glucides sont hydrosolubles 23 23 Un composé n’a pas besoin d’être ionique pour se dissoudre dans l’eau:  Aussi, de grosses molécules comme certaines protéines qui possèdent des régions ioniques et polaires peuvent se dissoudre dans l’eau. 24 24 8  Quelques questions de réflexion Décrivez comment les propriétés de l’eau contribuent à la faire monter dans un arbre Expliquez comment la roche peut se casser sous l’action du gel 25 25 1.2 Ions Marieb, 2010, Page 30 Aperçu des éléments présents dans le corps humain Voir aussi p. 31, Campbell 2020 26 26 Acides et bases, notion de pH (référence au cours de chimie) Influence des acides et bases sur les organismes vivants Fig. 3. 9: Campbell 2007 27 27 9  Acidification: une menace pour la qualité de l’eau https://fr.euronews.c om/green/2022/04/29 /disparition-des- coraux-en-video-a- 360-des-enjeux-et- une-urgence 28 28 Acidification: Activité d’apprentissage une menace Page 58 : Interprétation d’un diagramme de dispersion à l’aide d’une droite de régression pour la qualité Démarche scientifique de l’eau Habileté scientifique lecture: p. 57, 58 Campbell 2020 Acidification de l’océan Acidification de l'océan avec l'augmentation du CO2 29 29 Page 58 30 30 10 31 Chap. 5 du manuel Lecture : p. 73 - 95 32 32 Éléments chimiques de la vie 2. Les molécules organiques Elles se distinguent par le fait qu’elles possèdent toutes du C, de l’H et de l’O Molécules organiques 2.1 2.2 2.3 2.4 Acides Glucides Lipides Protéines nucléiques Glucides, protéines et acides nucléiques sont de grosses molécules considérés comme des macromolécules. Les lipides sont des molécules biologiques plus ou moins complexes, ne sont pas assez grosses pour être considérées comme des macromolécules. 33 33 11  Les molécules de la vie La vie utilise environ 25 des 92 éléments chimiques présents à l'état naturel.  De ces 25, quatre sont particulièrement importants : (citez –les) Carbone (C) : peut former 4 liaisons chimiques Hydrogène (H) : ne forme qu'une liaison Oxygène (O) : peut former 2 liaisons Azote (N) : peut former 3 liaisons  Les atomes de carbone sont les éléments constitutifs les plus polyvalents 34 34 Les molécules du vivant Chaque être vivant contient des milliers de molécules différentes. On peut regrouper la plupart de ces molécules en 4 grandes familles:  Glucides  Lipides (gras, huiles et stéroïdes)  Protéines  Acides nucléiques 35 35 La plupart de des macromolécules sont des polymères synthétisés à partir de monomères Synthèse Réaction de condensation ou de déshydratation Dégradation Réaction d’hydrolyse ou d’hydratation Voir exemple à la page 78 Campbell 36 2012 36 12  La plupart de ces macromolécules sont des polymères synthétisés à partir de monomères Réaction de condensation ou de déshydratation 37 Voir exemple à la page 78 Campbell 2012 37 1. Les glucides On divise les glucides en: Monosaccharides (sucres simples) Disaccharides (sucres doubles) Polysaccharides (sucres complexes) 38 38 1.1 Monosaccharides La plupart des Formule générale = CnH2nOn monosaccharides ont 5 carbones (pentoses) ou Ex. le glucose = C6H12O6 6 carbones (hexoses) 39 p. 76, Campbell 2020 39 13  Sucres à 5 carbones (pentoses) Désoxyribose Ribose (C5H10O4) (C5H10O5) 40 40 Sucres à 6 carbones (hexoses) Glucose Fructose tous(C6H12O6) Galactose 41 41 Disaccharides Les monosaccharides peuvent se lier deux à deux : Saccharose (ou sucrose) : glucose + fructose glucose-fructose + H2O = réaction de condensation (ou synthèse par déshydratation) : une molécule d'eau est libérée 42 42 14  Molécule de saccharose (gluc – fruct) Saccharose : glucose - fructose  Le sucre acheté à l’épicerie est du…. saccharose extrait de la canne à Maltose : glucose - glucose sucre ou de la betterave à sucre. Lactose : glucose - galactose  Le sucre d’érable est également fait de saccharose.  Le goût sucré de la plupart des fruits43vient surtout du saccharose qu’ils contiennent. 43 Un faux glucide que notre organisme ne peut pas utiliser (ni même digérer) : le sucralose Voyez-vous la différence avec le saccharose ? Le sucralose goûte 600 fois plus sucré que le saccharose 44 44 Pouvoir sucrant des glucides Saccharose : 100 (référence) Fructose : 140 - 170 Glucose : 70 - 80 Galactose : ~ 35 Maltose : ~ 40 Lactose : ~ 20 Le miel est formé d'un mélange d'eau (25%) et de glucides Le sirop de maïs est un sirop (75%): glucose (25 à 35%), de glucose (extrait de fructose (35 à 45%) et l’amidon) pouvant aussi saccharose (5%). contenir du fructose. 45 45 15  Polysaccharides = polymères de glucoses (glu-glu-glu-glu….glu)  Amidon  Glycogène  Cellulose 46 46 Amidon = forme sous laquelle les plantes emmagasinent leurs surplus de glucose Glycogène Cellulose Abondant dans les féculents (céréales: riz, blé, maïs), pomme de terre) Digestion de l'amidon = transformation de l'amidon en glucose dans l’intestin 47 47 Amidon Petits sacs remplis Grain d'amidon d'amidon dans les cellules d'une pomme de terre. L'amidon a ici été coloré en bleu par l'iode. Cellule de pomme de terre La fécule est faite http://www.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/pascal/fya/chimcell/notesmolecules/glucides_3.htm de grains d’amidon Voyez-vous comment on peut transformer de l’amidon (farine de maïs, par exemple) en sirop de maïs (sirop de glucose) ? 48 48 16  Amidon Amylose (chaine linéaire) Amylopectine (chaine ramifiée) 49 49 Amidon Amylose (chaine linéaire) Amylopectine (chaine ramifiée) 50 50 Amidon Glycogène = forme de réserves de glucose chez les animaux (dans le foie et les muscles) Cellulose S'il y a des surplus de glucose dans le sang : glu + glu + glu +…+ glu glycogène Le glycogène s'accumule dans le foie et les muscles S'il y a carence de glucose : glycogène glu + glu + glu +…+glu 51 51 17  Glycogène 52 Le glycogène est plus ramifié que l’amidon 52 Amidon Cellulose Glycogène = chaînes linéaires de glucose Cellulose Liaisons  (plutôt que α dans la cas de l’amidon) P.79 Campbell 2020 P. 80, Campbell 2012 Amidon (liaisons alpha 1-4) Cellulose (liaisons bêta 1-4) 53 53 Cellulose Donne la rigidité aux plantes Ne peut pas être digérée par la plupart des animaux (les liaisons bêta 1-4 ne peuvent pas être brisées par les sucs digestifs de la plupart des animaux) Les herbivores abritent des bactéries capables de digérer la cellulose P.78 Campbell 2020 54 54 18  Résumé des polysaccharides de réserves des végétaux et animaux P.78 Campbell 2020 55 55 Chaque cellule végétale est entourée d'une paroi riche en cellulose. Papier, bois, coton = cellulose La cellulose est la molécule organique la plus abondante sur Terre. Cellulose = composante importante des fibres alimentaires56 56 Cas particulier de la chitine (prononcé « kitine ») = polymère de glucoses aminés et imprégné de CaCO3  Forme la carapace extérieure (exosquelette) des Arthropodes (crustacés, insectes, araignées, etc.).  Forme aussi la paroi rigide des cellules des Mycètes (champignons). Video: http://www.dailymotion.com/video/xatpwl_mue-d-une- cigale_animals Mue : cliquer ici 57 57 19  Rôles des glucides Structure: cellulose (plantes) et chitine (insectes, crustacés) Énergie (tous les glucides) Le glucose est le carburant de la respiration cellulaire. 1 glucose + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Énergie ATP Au cours de cette réaction, le glucide est dégradé en gaz carbonique et en eau, ce qui libère de l’énergie utilisable par la cellule. Dans les mitochondries 58 58 2. Les lipides Groupe de molécules hydrophobes variées: Triacylglycérols Phosphoglycérolipides Stéroïdes 59 59 2.1 Triacylglycérols (ou triglycérides) = molécules formées de 1 glycérol lié à 3 acides gras 60 60 20  = graisse 61 p. 81, Campbell 2020 61 Cellule adipeuse humaine Triglycéride saturé Fig. 4.6, p. 66 62 62 = Huile Notez la courbure Acide oléique dans la (monoinsaturé) chaîne d’acide gras causée par la double liaison 63 63 21  Gras saturés et gras insaturés : leurs caractéristiques On ne peut pas ajouter d'hydrogène Ici, on pourrait ajouter 2 hydrogènes en transformant la liaison double en liaison simple. deux doubles liaisons. 64 64 Gras saturés Gras animal en général Solide à la température ambiante Un régime alimentaire riche en AG saturés est un des facteurs d’une maladie cardiovasculaire Lire à la p. 80 à partir du 3ème (athérosclérose) paragraphe jusqu’à la p. 81; Campbell 2020 Athérosclérose 65 65 Gras saturés Gras insaturés: Gras végétal en général et des poissons ex. : huile d’olive, huile de foie de morue… Liquide à la température de la pièce (double liaison empêchant l’agglomération des molécules) 66 66 22  Hydrogénation d'une huile insaturée : un procédé industriel Buts de rendre les huiles plus stables (plus  L’hydrogénation permet…. résistantes à la dégradation par la lumière ou la chaleur). de rendre solide certaines huiles à la t°  Elle permet aussi…. ambiante (permet de fabriquer la margarine, du 67 beurre d’arachide …) 67 Notion de gras cis et de gras trans (isomères cis-trans) Les huiles gras trans naturelles insaturées sont plutôt de type gras cis cis. 68 68 68  Les huiles trans sont souvent solides à température de la pièce (chaînes rectilignes, comme celles des saturés).  Elles sont avantageuses pour l’industrie alimentaire (prolongent la durée de conservation sur les tablettes et améliorent la texture de nombreux produits).  Mais elles sont aussi dommageables pour la santé que les gras saturés (plus même, selon certains). Ces dernières années, des études ont démontré que la consommation de gras trans augmentait encore plus les risques de maladies cardio-vasculaires que la consommation de gras saturés cis trans 69 69 23  Nécessité des corps gras et danger des excès  Les corps gras contribuent à notre bonne santé et donnent souvent bon goût et saveur à ce que nous mangeons. Certains sont absolument essentiels et ne peuvent être synthétisés par l’organisme.  Cependant l’excès d’acides gras, qu’ils soient saturés ou insaturés, et surtout insaturés trans (AGT) doit être limité dans la mesure du possible  Ces lipides ont des propriétés très différentes, selon ces caractéristiques : insaturés cis plutôt bénéfiques à notre santé, versus saturés ou insaturés trans qui sont 70 néfastes. 70 Les effets néfastes des gras trans À cause de leur effet néfaste, Santé Canada limite: à 2% de gras trans total de la teneur total en graisses pour les huiles végétales et les margarines molles et tartinables et à 5% de la teneur en graisses totales pour tous les autres aliments Quelques villes aux États Unies et le Danemark ont banni complétement leur utilisation dans les restaurants 71 71 Gras trans Les effets néfastes des gras trans contenus dans les gras hydrogénés sont attribuables:  à une augmentation marquée du taux de LDL (Low density lipoprotein, le « mauvais cholestérol ») dans le sang  et à la réduction du HDL (High density lipoprotein, le « bon cholestérol »). 72 72 24  La consommation d’oméga 3 ferait diminuer le LDL et augmenter le HDL. Poisson gras d’eau douce: saumon, truite, hareng, maquereau Sources marines: Poissons gras : hareng, maquereau, sardines, saumon, thon rouge ou blanc (et non à chair pâle qui correspond à la principale variété utilisée pour le thon en conserve), truite Sources végétales : Huiles (lin, canola, noix, soya), graines de lin , soya 73 73 Huile d’olive Huile d’avocat 74 74 75 75 25  Rôle des triglycérides : Réserve d’énergie Surplus en lipides, glucides ou protéines alimentaires peuvent se transformer en gras. 1 g graisse = 2 fois plus d'énergie que 1 g de glucide Protection mécanique (amortisseur) Isolant thermique 76 76 77 Réserves d’énergie et isolant chez un moufflon 77 78 78 26  2.2 Phosphoglycérolipides (phospholipides) Formé de : 1 groupement phosphate (peut aussi contenir du N) 1 glycérol 2 acides gras 79 Forment les membranes des cellules 79 Comportement des phosphoglycérolipides face à l'eau : Groupement phosphate hydrophile Acides gras hydrophobes 80 80 Les phosphoglycérolipides dans l'eau peuvent s'assembler en une double couche : 81 81 27  Les phosphoglycérolipides dans l'eau peuvent s'assembler en une double couche : Mélangés à l’eau, les phospholipides peuvent former de petites sphères : les liposomes Un liposome est une vésicule artificielle formée par des bicouches lipidiques concentriques, emprisonnant entre elles des compartiments aqueux 82 82 La membrane des cellules est formée d'une double couche de phosphoglycérolipides associés à d'autres molécules. 83 83 2.3 Stéroïdes = molécules formées d'un squelette de 4 cycles de carbone (noyau stérol). Le plus connu = cholestérol (animaux seulement) Rôle Entre dans la composition des membranes cellulaires - Aide à maintenir la fluidité des membranes Sert à fabriquer certaines hormones (hormones stéroïdes, testostérone et oestrogènes, par exemple). 84 84 28  85 85 Facteurs qui accroissent les risques de souffrir d’une maladie cardiovasculaire: Tabagisme Le manque d’exercices Régime riche en matières grasses animales [ cholestérol ] trop élevé dans le sang 86 86 3. Les protéines  Les protéines sont les molécules les plus complexes et les plus variées des êtres vivants. Elles remplissent la quasi-totalité des fonctions dynamiques  Un être humain fabriquerait au total environ 100 000 sortes différentes de protéines. Chaque cellule en fabrique en moyenne 15 000 sortes différentes. 87 87 29  Rôles des protéines P. 83, Campbell 2020 88 88 Rôles des protéines P. 83, Campbell 2020 89 89 Rôles des protéines 1. Structure : les fibres protéiques 2. Mouvement (dans les muscles) 3.1 Transport de substances dans le sang 3.2 Transport de substances à travers la membrane des cellules 4. Hormones (ex. : insuline) 5. Identification des cellules, Protéines réceptrices 6. Défense : les anticorps 7. Enzymes (catalyseurs métaboliques) 8. Protéines de réserves 90 Voir tableau 5.13 page 83 Campbell, 2020 90 30  Les protéines  50% du poids sec de la plupart des cellules = protéines  Remplissent de nombreuses fonctions  Molécules les plus variées Protéines = polymère (chaîne) d'acides aminés formule générale d’un acide aminé Groupement Groupement 91 amine carboxyle 91 =R Il y a 20 sortes différentes d'acides aminés (p. 85, Campbell 922020) Les 20 acides aminés 92 Chaînes latérales non polaires : hydrophobes Les 20 acides aminés pour fabriquer des milliers de protéines différentes Chaînes latérales polaires : hydrophiles Chaînes latérales ionisées : hydrophiles 93 93 31  Liaison peptidique : Thyrosine Méthionine Cystéine Formation d’une liaison peptidique par déshydratation L'union de plusieurs acides aminés forme un polypeptide. Les protéines sont donc des polypeptides. 94 94 Liaison peptidique : L'union de plusieurs acides aminés forme un polypeptide. Les protéines sont donc des polypeptides. 95 95 Les protéines La plupart des protéines comportent entre 100 et 200 acides aminés. On connaît cependant de petits peptides de moins de 10 acides aminés et des protéines géantes en comportant plus de 600. 96 96 32  Exemple : le lysozyme LYS VAL PHE GLU ARG CYS GLU LEU ALA ARG THR LEU LYS ARG LEU GLY MET ASP GLY TYR ARG GLY ILE SER LEU ALA ASN TRP MET CYS LEU ALA LYS TRP GLU SER GLY TYR ASN THR ARG ALA THR ASN TYR ASN ALA GLY ASP ARG SER THR ASP TYR GLY ILE PHE GLN ILE ASN SER ARG TYR TRP CYS ASN ASP GLY LYS THR PRO GLY ALA VAL ASN ALA CYS HIS LEU SER CYS SER ALA LEU LEU GLN ASP ASN ILE ALA ASP ALA VAL ALA CYS ALA LYS ARG VAL VAL ARG ASP PRO GLN GLY ILE ARG ALA TRP VAL ALA TRP ARG ASN ARG CYS GLN ASN ARG ASP VAL ARG GLN TYR VAL GLN GLY CYS GLY VAL Le lysozyme est une protéine formée de l'assemblage, dans un ordre bien précis, de 130 acides aminés. Chacun des mots de trois lettres de cette liste représente un acide aminé. On retrouve du lysozyme dans le sang, les larmes et les sécrétions des voies respiratoires. Cette protéine a des propriétés antiseptiques et défend l'organisme contre les 97 bactéries 97 Conformation des protéines La séquence des acides aminés d'une protéine (quel acide aminé est le premier, second, troisième,... , dernier) constitue ce qu'on appelle la… Structure primaire de la protéine = ordre dans lequel sont placés les acides aminés. Cette séquence est codée par le génome. 98 98 Conformation des protéines Lecture des pages 88-89, Campbell 2020 Certaines parties de la protéine peuvent adopter une forme régulière = structure secondaire: Feuillet beta Hélice alpha 99 99 33  Structure tertiaire 100 100 Feuillets beta en jaune Hélices alpha en violet 101 101 Les radicaux des acides aminés (R, la partie qui varie d'un acide aminé à l'autre) ont des propriétés chimiques différentes. Certains sont hydrophobes, d'autres hydrophiles, certains s'ionisent négativement et d'autres positivement. Certains radicaux forment des liens chimiques avec d'autres radicaux, etc. 102 102 34  Principales forces responsables du repliement de la chaîne d’acides aminés 103 103 Structure quaternaire Certains acides aminés (pas tous) jouent un rôle important dans la façon dont la chaîne se replie en trois dimensions. La chaîne d'acides aminés aura donc tendance à se replier sur elle-même pour adopter une structure tridimensionnelle précise, la structure quaternaire Si on change un de ces acides aminés par un autre, la protéine 104 risque d'adopter une autre forme. 104 Structure quaternaire Hémoglobine Voir page 89, Campbell 2020 et donner des exemples de protéines à structure quaternaire Collagène 105 105 35  Beaucoup de protéines sont formées de plusieurs chaînes d'acides aminés qui s'imbriquent les unes dans les autres = structure quaternaire 2 chaînes  2 chaînes  Ex. l’hémoglobine : 2 chaînes alpha et 2 chaînes bêta 106 106 Quel est l’effet du changement de la structure primaire dans le fonctionnement de la protéine quaternaire? Un changement dans la structure primaire d’une protéine: anémie à hématie falciforme 107 107 Dénaturation d'une protéine La forme finale qu'adopte la protéine, sa structure tertiaire (ou quaternaire pour celles formées de plusieurs chaînes), dépend des forces responsables des liens reliant entre eux les radicaux des acides aminés constituant sa structure primaire Dans certaines conditions, ces liens peuvent se défaire. La protéine peut alors changer de forme. la fonction biologique d'une protéine est intimement liée à sa forme La protéine modifiée ne peut donc généralement plus assurer sa fonction. Elle est alors dite dénaturée. 108 108 36  Dénaturation des protéines Les liaisons intramoléculaires qui maintiennent la structure tridimensionnelle de l’enzyme sont rompues, la molécule devient linéaire Fig. 2.17, Page 49 Marieb 2008 et les atomes qui constituaient le site actif se trouvent très éloignés les uns des autres. Conséquence: impossibilité de liaison entre l’enzyme et le substrat 109 109 Dénaturation des protéines 110 110 Dénaturation des enzymes Protéine Protéine inactive inactive Protéine 111 inactive 111 37  Dénaturation d'une protéine Facteurs pouvant dénaturer une protéine : La chaleur : L'agitation thermique a pour effet de briser les faibles liaisons hydrogène reliant les radicaux de la chaîne.  Un pH extrême: La plupart des protéines se dénaturent en milieu trop acide ou trop alcalin.  Un milieu très concentré en électrolytes (ions)  Solvant organique 112 112 4. Les acides nucléiques Bases moléculaires de l’information génétique Biomolécules composés de chaînes de nucléotides : Sucre à cinq atome de C Cycle contenant N Un groupement phosphate 113 113 114 38  115 115 Les acides nucléiques: ADN et ARN Ribo Il y a 5 sortes de bases azotées dans les nucléotides: A, T, C, G et U T se retrouve dans l’ADN seulement et Voir p. 92 et116 U se retrouve dans l’ARN seulement définissez les lettres 116 Les acides nucléiques: ADN et ARN Permettent aux organismes de reproduire leurs composantes complexes d’une génération à l’autre. L’ADN dirige la synthèse de l’ARN et celui-ci assure la synthèse des protéines L’ARN, quant à lui, sert d’intermédiaire et d’instrument pour assister l’ADN dans cette synthèse des protéines. ADN ARN Protéine Extérieur du Noyau 117 noyau 117 39  5 3sortes sous-unités de nucléotides: moléculaires: A, T, C, G et U : Pentose (un pentose, dans ce cas-ci, le désoxyribose) 118 118 Pentose: Pentose Ribose: ARN 119 Désoxyribose: ADN 119 Composantes des nucléosides (sucre + base azotée) Bases azotées Pyrimidines Dans l’ADN: il y a 4 sortes de bases azotées (A, C, T, G) et Thymine Uracile Cytosine (C) le sucre est le Purines désoxyribose Adénine (A) Guanine (G) Dans l’ARN: il Monosaccharides y a 4 sortes de bases azotées (A, C, U, G) et le sucre est le ribose 120 120 40  Bases azotées Pyrimidines Cytosine Thymine Uracile (C) Purines Adénine (A) Guanine (G) Nucléotide Monosaccharides Polynucléotide ou acide nucléique Quelle est la différence entre un nucléotide et un nucléoside? 121 Composantes des nucléosides 121 Bases azotées Pyrimidines Cytosine Thymine Uracile (C) Purines Adénine (A) Guanine (G) Nucléotide Monosaccharides Polynucléotide ou acide nucléique 122 Composantes des nucléosides Quelle est la différence entre un nucléotide et un nucléoside? 122 (ou uracile) 123 123 41 Si on sépare une molécule d’ADN en nucléotides, on obtient toujours: A = T et C = G Il peut y avoir plus de AT que de CG ou l’inverse (ça varie selon les espèces), mais il y a toujours autant de A que de T et de C que de G. 124 124 A peut s’apparier avec T et C avec G A avec T : deux liaisons hydrogène (liaison faible) C avec G : trois liaisons hydrogène (liaison faible) 125 125 Donc: deux chaînes de nucléotides peuvent s’unir l’une à l’autre si leurs bases sont complémentaires (A face à T et C face à G). Pour que les bases azotées puissent s’apparier, il faut que les brins d’ADN soient antiparallèles: 5’ 3’ et 3’ 5’ ADN 126 Chaîne double de bases azotées. 126 42 127 ADN : ARN : deux brins de un brin de nucléotides nucléotides 128 128 Quelle serait la longueur de tout l’ADN d’un corps humain ? https://www.science-et-vie.com/article-magazine/longueur-adn-corps-humain Question de Pierre-Jean Bernard, Marignane (13) L’ADN d’Escherichia coli, bactérie intestinale La longueur de l’ADN du corps humain 70 milliards très commune chez l’être humain, mesure de kilomètres environ serait la taille estimée de tout approximativement 2 cm. “Dans l’absolu, on l’ADN d’un corps humain. Soit 180 000 fois la peut utiliser cette bactérie comme distance Terre-Lune (384 400 km), ou encore 16 moyenne”, soulève le chercheur. fois la distance Terre-Neptune (4,3 milliards de Et l’ADN des micro-organismes ? kilomètres) ! L’ADN contenu dans une seule de nos Et qu’en est-il des autres micro-organismes cellules mesure plus de 2 m ! tels que les virus, champignons, archées ou Pour arriver à ce chiffre impressionnant, il faut encore protozoaires ? Même s’ils peuplent estimer le nombre de cellules contenues dans un aussi le microbiome humain, les virus sont en corps humain. Un individu d’environ 70 kg moyenne un millième de fois plus petits que compterait à peu près 30 000 milliards de cellules. les bactéries. “Quand il est complètement déroulé, l’ADN Quant aux autres, leur proportion est génomique contenu dans le noyau d’une cellule négligeable. En prenant en compte notre humaine mesure 2,3 m”, précise Mohamed Jebbar, génome et celui de nos principales professeur de microbiologie à l’université de Brest. colocataires, nous aurions donc : (0,02 m x À cela s’ajoutent environ 38 000 milliards de 38 000 milliards) + (2,3 m x 30 000 bactéries (des micro-organismes unicellulaires) qui milliards). Soit 69 760 milliards de mètres élisent domicile dans notre corps et sur notre peau ! d’information génétique au total 129 129 43  La génomique et la protéomique ont transformé la recherche et ses applications en biologie 130 130 Exercice formatif – Molécules organiques 131 131 Activité d’apprentissage: Résolution du problème P. 98 Êtes-vous victimes de fraude alimentaire 132 132 44  Suite … 6. Étude de la cellule 7. Structure et fonction membranaire 133 133 45