Biochimie Past Paper 2024-2025 - Chapitre 3 - Biomolécules - PDF

Chapitre 3 - Les biomolécules - STAUDT C. 176  3. Les biomolécules Objectifs spécifiques Au terme de ce chapitre, l’étudiant sera capable de : Décrire la structure et les rôles biologiques des glucides, lipides, prot...

Chapitre 3 - Les biomolécules - STAUDT C. 176  3. Les biomolécules Objectifs spécifiques Au terme de ce chapitre, l’étudiant sera capable de : Décrire la structure et les rôles biologiques des glucides, lipides, protides et des acides nucléiques vus au cours; Définir ce que sont les enzymes et quelles sont leurs propriétés; citer les facteurs influençant leur activité; Prédire les conséquences de l’inhibition/activation d’une enzyme agissant dans une voie métabolique donnée; Expliquer à l’aide d’un exemple l’importance des enzymes en clinique; Expliquer les étapes de la digestion et l’absorption des glucides, lipides et protéines; Expliquer l’origine de l’intolérance au lactose Différencier les différents types de lipoprotéines (chylomicrons, VLDL, LDL et HDL) au regard de leur composition, de leur fonction STAUDT C. 177 1. Introduction STAUDT C. 178 1. Introduction Biomolécules Composés inorganiques Composés organiques Ne contiennent pas de carbone Contiennent du carbone CO CO2 La plupart des biomolécules sont des composés organiques Glucides Lipides Protides Nucléotides et acides nucléiques STAUDT C. 179 1. Introduction Polymères = molécules formées d’une chaîne (ramifiée ou non) d’unités similaires ou identiques, appelées monomères Monomères = unités de construction = Polymères = Monomères = Monomères exemple = Polymère exemple STAUDT C. 180 1. Introduction STAUDT C. 181  Lien vers le questionnaire FORMS : https://forms.office.com/r/T7csC5nKNk STAUDT C. 182 2. Les glucides STAUDT C. 183 2. Les glucides Autrefois appelés hydrates de carbone : Formule générale Cn(H2O)m Contiennent de nombreuses fonctions alcool (- OH) : à Les glucides sont des molécules hydrophobes/hydrophiles Classification : 1. Monosaccharides (« un sucre ») 2. Disaccharides (« deux sucres ») 3. Oligosaccharides 4. Polysaccharides (« nombreux sucres ») … … monomère Polysaccharide = polymère Monosaccharide STAUDT C. = monomère 184 2. Les glucides 1. Monosaccharides ou ……. ……………. Classification selon le nombre d’atomes de carbone: o … o pentoses (5C) adoptent une forme cyclique dans l’organisme o hexoses (6C) o …. Pour illustration STAUDT C. 185 2. Les glucides 1. Monosaccharides a. Pentoses Groupement –OH Groupement –H sur le C-2 sur le C-2 « faux sucre » Ribose 2-Désoxyribose Ne pas connaître les structures Ne pas connaître les structures Fonctions dans l’organisme: entrent dans la composition de… Acide ribonucléique (= ARN) Acide désoxyribonucléique (= ADN) … … STAUDT C. 186 2. Les glucides 1. Monosaccharides b. Hexoses Monosaccharides à 6 atomes de carbone: C…. H… O…. 3 monosaccharides se rencontrent habituellement dans notre alimentation: = sucre physiologique Ne pas connaître les structures Glucose, fructose et galactose sont des isomères: à même formule chimique brute mais une structure différente, ce qui leur donne des propriétés chimiques différentes. STAUDT C. 187 2. Les glucides 1. Monosaccharides b. Hexoses Fonctions biologiques fonction énergétique c’est-à-dire que leur dégradation libère de l’énergie sous forme d’ATP. Respiration cellulaire Fructose Galactose Glucose ATP Foie (cf. Chp 4) STAUDT C. 188 2. Les glucides 2. Disaccharides Sucrose (= saccharose): Maltose: Lactose: Glucose + fructose Glucose + glucose Glucose + galactose Sucre de betterave, Sucre de malt Sucre du lait de canne, de table STAUDT C. 189 Ne pas retenir les formules chimiques 2. Les glucides 2. Disaccharides Fonctions biologiques : fonction énergétique après transformation en monosaccharides! (digestion dans le TD) Saccharase Saccharose + H 2O Glucose + Fructose Lactase Lactose + H 2O Glucose + Galactose Maltase Maltose + H 2O Glucose + Glucose STAUDT C. 190 2. Les glucides 3. Oligosaccharides 3 à 10 monosaccharides Souvent liés à des protéines ou des lipides: Oligosaccharide + protéine = glycoprotéine Oligosaccharide + lipide = glycolipide Milieu extérieur glycoprotéine Cytoplasme STAUDT C. Fonction biologique: reconnaissance cellulaire 191 2. Les glucides … … 4. Polysaccharides ……. …………………. Chaines contenant plus de 10 monosaccharides Classification: 1. Glycogène 2. Amidon (Glucose)n 3. Cellulose 4. Héparine 5. Peptidoglycanes STAUDT C. 192 2. Les glucides 4. Polysaccharides a. Le glycogène = polysaccharide de réserve chez les animaux Polymère de glucose ramifié Rôle biologique: Réserve énergétique à long terme (dans …………………………………………….. et ……………………….) = polymère En général, plus la molécule de glucide est grosse, = monomères moins elle est soluble dans l’eau STAUDT C. 193 2. Les glucides 4. Polysaccharides b. L’amidon = polysaccharide de réserve chez les végétaux Polymère de glucose Fonction biologique: - polysaccharide de réserve chez les végétaux; - Combustible énergétique issu de l’alimentation Les êtres humains hydrolysent l’amidon provenant de l’alimentation (pommes de terre, céréales) et libèrent du glucose qui servira de combustible énergétique pour les cellules STAUDT C. 194 2. Les glucides 4. Polysaccharides c. La cellulose Polymère de glucose Fonction biologique : constituant de la paroi des cellules végétales Fibres « insolubles »* STAUDT C. 195 * Les fibres insolubles incluent également la lignine (≠ glucide), présente dans la paroi des cellules végétales 2. Les glucides 4. Polysaccharides d. L’héparine Chaine linéaire de formée d’un enchaînement de différents disaccharides Molécule d’héparine: … … Fonction biologique : Anticoagulant (principalement foie, poumons, muscles) STAUDT C. 196 2. Les glucides 4. Polysaccharides e. Les peptidoglycanes Polymères composés d’une alternance de monosaccharides modifiés (NAM et NAG) reliés transversalement par de courts peptides Rôle biologique: composant de la paroi des bactéries NAG NAM (NAM= acide N-Acétyl-Muramique) (NAG = N-Acétyl-Glucosamine ) peptide STAUDT C. 197 Pour illustration 2. Les glucides 4. Polysaccharides e. Les peptidoglycanes Pénicillines (Amoxicilline, Ampicilline, …) Bactérie GRAM (+) Bactérie GRAM (-) beaucoup de peptidoglycanes peu de peptidoglycanes dans la paroi dans la paroi Membrane externe Peptidoglycane paroi paroi Peptidoglycane Membrane STAUDT C. 198 2. Les glucides 5. Digestion et absorption intestinale des glucides monosaccharides provenant de l’alimentation à absorbés par les cellules de l’intestin grêle sans transformation poly- , oligo- , et disaccharides à d’abord transformés en monosaccharides (DIGESTION) à absorbés par les cellules épithéliales de l’intestin (ABSORPTION) STAUDT C. 199 2. Les glucides 5. Digestion et absorption intestinale des glucides Digestion Lactose Amidon Saccharose Bouche Amylase salivaire Intestin grêle Amylase pancréatique Oligosaccharides Intestin grêle Oligosaccharidases Lactose Maltose Saccharose Disaccharidases: lactase, maltase, saccharase Galactose Glucose Fructose Monosaccharides pouvant être absorbés STAUDT C. 200 par les entérocytes 2. Les glucides 5. Digestion et absorption intestinale des glucides Absorption lumière intestinale Absorption des monosaccharides au Glucose Fructose Galactose niveau de l’épithélium intestinal Epithélium intestinal Glucose Fructose Glucose Galactose Capillaires Foie sanguins STAUDT C. 201 2. Les glucides 6. L’intolérance au lactose liée à un déficit en ……………………………….. ( = enzyme responsable de la digestion du lactose) 1. gradient osmotique à diarrhée 2. métabolisme bactérien : production de gaz à ballonnements, flatulences 1 et crampes 2 Intolérance au lactose ≠ allergie aux protéines de lait de vache STAUDT C. 202  Lien vers le questionnaire FORMS : https://forms.office.com/r/1kD2UV6UXS STAUDT C. 203 3. Les lipides STAUDT C. 204 3. Les lipides Caractéristiques générales Macromolécules mais pas des polymères Groupe de molécules très diversifiées à rôles multiples Composition: – Tous les lipides contiennent les atomes C, H, O, mais la proportion d’O est beaucoup plus faible que pour les glucides Caractéristique commune importante: hydrophobes en totalité ou en grande partie – Insolubles dans l’eau – Très solubles dans d’autres lipides (= liposolubles) STAUDT C. 205 3. Les lipides 1. Acides gras Chaine constituée uniquement de C et de H Acide de longueur variable carboxylique Hydrophobe/ hydrophile/ amphiphile? Fonctions biologiques: - Combustible énergétique: leur oxydation libère de l’ATP - Constituant des triglycérides et des lipides membranaires STAUDT C. 206 3. Les lipides 1. Acides gras Acides gras saturés = Pas de double liaison dans la chaine hydrocarbonée Ex. Acide palmitique (18 C) Acides gras insaturés = 1 ou plusieurs doubles liaisons dans la chaine hydrocarbonée Mono-insaturés: une seule double liaison Ex. Acide oléique (18 C) Poly-insaturés: plusieurs doubles liaisons Ex. acide α-linolénique (18 C) STAUDT C. 207 Ne pas retenir les exemples 3. Les lipides 1. Acides gras Acides gras insaturés : Nomenclature « ω » Ex: A. α-linolénique (18 C) ω-3 Ex: A. arachidonique (20 C) ω-6 Position de la double liaison la plus proche de l’extrémité ω STAUDT C. 208 Ne pas retenir les exemples 3. Les lipides 1. Acides gras Acides gras insaturés : Nomenclature « ω » Les isomères cis créent un coude dans la chaine hydrocarbonée Les formes naturelles les plus abondantes sont les formes cis H H H H STAUDT C. 209 3. Les Leslipides lipides 2. Triglycérides = « graisses » et « huiles » Formés d’1 glycérol + 3 acides gras (identiques ou différents) CH2 – a. gras 1 glycérol CH – a. gras 2 a. gras 3 CH2 – Molécules hydrophobes à forment des gouttelettes lipidiques STAUDT C. 210 3. Les Leslipides lipides 2. Triglycérides Ø Triglycérides saturés « graisses » Comprennent 3 acides gras saturés La plupart des graisses animales sont des triglycérides saturés Communément appelés « graisses » Solides à température ambiante (ex. beurre, gras de la viande) Une consommation importante de triglycérides saturés augmente le risque de maladies cardio-vasculaires (athérosclérose) STAUDT C. 211 3. Les Leslipides lipides 2. Triglycérides Ø Triglycérides insaturés « huiles » Comportent au moins un acide gras insaturé Triglycérides végétaux et des poissons Double liaison cis Communément appelés « huiles » Généralement liquides à température ambiante (ex. huile d’olive, huile de foie de morue) STAUDT C. 212 3. Les Leslipides lipides 2. Triglycérides Fonctions biologiques 1. Stockage d’énergie (9kcal/g vs 4,5 kcal/g pour le glycogène) 2. Amortisseur: protection des organes vitaux tq les reins 3. Isolation thermique: particulièrement épais chez les baleines et autres mammifères marins d’eau froide STAUDT C. 213 3. Les Leslipides lipides 2. Triglycérides Digestion Emulsion des agrégats Acide gras 1 de graisse par les sels Glycérol biliaires (duodénum) Acide gras Acide gras Triglycéride Acide gras Dégradation des Glycérol 2 triglycérides (Lipase OH Acide gras pancréatique) OH + 2 Acide gras Monoglycéride 2 acides gras Micelles contenant monoglycérides et acides gras, entourés STAUDT C. de 214 sels biliaires 3. Les Leslipides lipides 2. Triglycérides Lumière intestinale Entrée dans les entérocytes des Absorption 3 monoglycérides, acides gras, cholestérol Reconversion en triglycérides 4 des acides gras à longue chaine Entérocyte Entrée des triglycérides dans les 5 chylomicrons (= lipoprotéines) Capillaires lymphatiques 6 Circulation sanguine STAUDT C. 215 3. Les Leslipides lipides 3. Phospholipides 1 glycérol + 2 acides gras + 1 groupement phosphate auquel est liée une petite molécule organique chargée a. gras 1 CH2 – glycérol a. gras 2 CH – X P O || X – O – P – O – CH2 | O- Tête hydrophile 2 queues hydrophobes Partie Squelette Partie hydrophile de glycérol hydrophobe Molécule hydrophile/hydrophobe/amphiphile ? 216 STAUDT C. 3. Les Leslipides lipides 3. Phospholipides Fonction biologique : Conséquence du caractère amphiphile: formation de micelles ou bicouches en solution aqueuse (>< gouttelettes formées par les triglycérides) Bicouche lipidique Micelle MEMBRANES BIOLOGIQUES STAUDT C. 217 3. Les Leslipides lipides 4. Stéroïdes (ou isoprénoïdes) Molécules plates formées de 4 cycles hydrocarbonés accolés + un groupement –OH Composés liposolubles Le stéroïde le plus important pour l’être humain est le cholestérol Molécule amphiphile Ne pas retenir les formules STAUDT C. 218 3. Les Leslipides lipides 4. Stéroïdes (ou isoprénoïdes) Fonctions biologiques du cholestérol : 1. Constituant des membranes cellulaires animales 2. Précurseur de: Sels biliaires: synthétisés par le foie et accumulés dans la bile à émulsion des lipides alimentaires Vitamine D: action sur le métabolisme du Ca Hormones stéroïdes STAUDT C. 219 3. Les Leslipides lipides 4. Stéroïdes (ou isoprénoïdes) Glucocorticoïdes: Métabolisme des protides, glucides, lipides; système immunitaire, inflammation Minéralocorticoïdes: Hormones sexuelles: Équilibre hydrique Caractères sexuels, 220 Ne pas retenir les formules STAUDT C. reproduction 3. Les Leslipides lipides 5. Transport des lipides dans l’organisme Lipoprotéines : permettent le transport de cholestérol et de triglycérides (molécules hydrophobes) dans le sang. Composition: Phospholipides (monocouche) + cholestérol Protéines Cholestérol estérifié + triglycérides STAUDT C. 221 3. Les Leslipides lipides 5. Transport des lipides dans l’organisme : 4 types de lipoprotéines Qui se différencient par leur composition et leur fonction : Chylomicron VLDL LDL HDL STAUDT C. Densité 222 3. Les Leslipides lipides 5. Transport des lipides dans l’organisme : 4 types de lipoprotéines Et leur fonction… Chylomicrons sont sécrétés par l’intestin et servent au transport du cholestérol et triglycérides d’origine alimentaire VLDL (Very Low Density Lipoprotein) sont produites surtout par le foie et servent au transport du cholestérol et triglycérides synthétisés par le foie LDL (Low Density Lipoprotein), également appelées « Mauvais cholestérol », sont produites à partir des VLDL et servent au transport du cholestérol vers les tissus périphériques HDL (High Density Lipoprotein), également appelées « Bon cholestérol », servent au transport du cholestérol des tissus périphériques vers le foie STAUDT C. 223 3. Les Leslipides lipides 5. Transport des lipides dans l’organisme : 4 types de lipoprotéines Et leur fonction… Chylomicrons sont sécrétés par l’intestin et servent au transport du cholestérol et triglycérides d’origine alimentaire VLDL (Very Low Density Lipoprotein) sont produites surtout par le foie et servent au transport du cholestérol et triglycérides synthétisés par le foie LDL (Low Density Lipoprotein), également appelées « Mauvais cholestérol », sont produites à partir des VLDL et servent au transport du cholestérol vers les tissus périphériques HDL (High Density Lipoprotein), également appelées « Bon cholestérol », servent au transport du cholestérol des tissus périphériques vers le foie STAUDT C. 224  Formule permettantd'estimerle taux 3. Les Leslipides lipides la créatininémie, du sexe et de l'âge' Elle ne nécessite put O" recueil diurines ni de connaître < 60 mllmiIl"Jù,Ë *â i"rte probabilté le poids du.patient' d'insuffisance rénale chronique' Une valeur 70 - 110 Glycémie 85 81 mg/dl LIPIDES Lipides mg/dL 135 - 240 Cholestérol total 169 zone défavorable > 250 i ntermédi ai re 190 - 250 oPti ma1 e < 190 mg/dL 30 - 100 HDL Cholestérol 70 zone défavorable 55 mg/dL < 115 LDL Cholestérol 88 zone défavorable > 160 i ntermédi ai re 11-5 - 160 opti mal e < 115 mg/dL 60 - 140 Triglycérides ÿ54 zone défavorable > 250 i ntermédi ai re 1_50 - 250 opti mal e < l-50 < 4.0 Rapport d'athérogénicité 2.4 zone défavorable : >5 intermédiai re : 4-5 Il est fréquent de mesurer le taux de HDL et de LDL cholestérol lors d’un bilan optimale : 100 aa Extrémité N-terminale STAUDT C. 233 Extrémité C-terminale 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Les niveaux d’organisation des protéines : La fonction d’une protéine dépend de sa structure STAUDT C. 234 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Application clinique : anémie falciforme ou drépanocytose Maladie liée à une mutation dans la séquence de l’Hémoglobine. Hb β β α α β β α α Hb mutée STAUDT C. 235 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Application clinique : anémie falciforme ou drépanocytose Nécrose 2 conséquences: 1) Vaso-occlusion Hypoxie 2) destruction des GR déformés Vaso-occlusion GR déformés STAUDT C. 236 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Ø Les protéines fibreuses Longues et filiformes Protéines structurales: matériau de construction du corps humain à support mécanique et résistance à l’étirement (Ex. Collagène, kératine, actine, myosine) Ø Les protéines globulaires Compactes et sphériques Protéines fonctionnelles: rôle essentiel dans quasi tous les processus biologiques (Ex. Enzymes, transporteurs, Hb, hormones peptidiques…) STAUDT C. 237 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Enzyme= protéine capable d’accélérer la vitesse d’une réaction biochimique = catalyseur = « -ase » Exemple : Les enzymes digestives catalysent l’hydrolyse des liaisons dans les aliments. « donépézil, galantamine et rivastigmine : inhibiteurs de l’acétylcholinestérase »… « amylase salivaire » « glycogène synthase » STAUDT C. 238 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Caractéristiques des enzymes : Les enzymes sont spécifiques Exemple : Lactase = enzyme digestive permettant la digestion du lactose (= substrat de la lactase) « Un déficit en lactase intestinale est responsable de l’intolérance au lactose » Lactase Lactose + H2O Galactose + Glucose STAUDT C. 239 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Caractéristiques des enzymes : Les enzymes sont spécifiques Exemple : Saccharase (ou invertase) = enzyme digestive permettant la digestion du sucrose (disaccharidase) (Saccharose) STAUDT C. 240 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Caractéristiques des enzymes : L’activité des enzymes peut être modulée (activée ou inhibée) Concentration de l’enzyme et/ou du substrat Inhibiteurs enzymatiques Température, pH,... Blessure récente : Vielle douleur : STAUDT C. 241 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Caractéristiques des enzymes : L’activité des enzymes peut être modulée (activée ou inhibée) Exemple : La goutte = accumulation d’acide urique dans le sang, provoquant un dépôt de cristaux d’acide urique dans les articulations. Traitement: Allopurinol = inhibiteur de la xanthine oxydase STAUDT C. 242 4. Les protides 4.2. Peptides et protéines Métabolisme des glucides, des lipides et des protéines Page2l3 (0001105316) Notre Réf: MA 1903 4040 STAUDT, CATHERINE STAUDT, CATHERINE Détoxification de substances ROY, RUE DEexogènes GRUSONE 57(ex. médicaments) 8-6900 RoY Née le 12t}gt1g87 (F) Age : 31 ans Adresse ROY, RUE DE GRUSONE 57 … 6900 RoY à Bilan hépatique Prélèvement reçu Ie 17lo1t1g à 08:06 Edition du 05/09/19 à 13148 Service: LABO Duplicata Antérieurs Unités Normes Analyses Résultats Enzlrmes (AST) 19 33 17 ul/L 5-34 GOT 16 78 16 ul/L 0-55 cPT (ALT) 9-36 Gamma-GT 21 85 Ul/L Métabolisme 28 22 22 mg/dl 15-45 Urée 0 86 0.57 - 1.15 0.91 0 84 mg/dl Créatinine >65 >65 ml/min >60 Estimation DFG (MDRD) '65 glomérulaire à partir de Formule permettantd'estimerle taux de filtration la créatininémie, du sexe et de l'âge' le poids du.patient' Elle ne nécessite put O" recueil diurines ni de connaître rénale chronique' Une valeur < 60 mllmiIl"Jù,Ë *â i"rte probabilté d'insuffisance 81 mg/dl 70 - 110 Glycémie 85 STAUDT C. 243 LIPIDES 4. Les protides 4.3. Digestion et absorption des protides Epithélium intestinal STAUDT C. 244  Lien vers le questionnaire FORMS : https://forms.office.com/r/V3ZgFyLRXr STAUDT C. 245 5. Nucléotides et acides nucléiques STAUDT C. 246 5. Nucléotides et acides nucléiques Acides nucléiques = polymères de nucléotides Liaison phosphodiester Nucléotide (= monomère) Acide nucléique (= polymère) STAUDT C. 247 5. Nucléotides et acides nucléiques Structure d’un nucléotide : Pentose: Phosphate Base 5 O 4 Pentose 1 3 2 Bases azotées: Formules pour illustration purines pyrimidines Formules pour illustration STAUDT C. 248 5. Nucléotides et acides nucléiques STAUDT C. 249  Lien vers le questionnaire FORMS : https://forms.office.com/r/1r22bHF1mw STAUDT C. 250 6. Equilibre acido-basique de l’organisme En résumé Glucides - Monosaccharides (glucose, fructose, galactose) > rôle énergétique - Disaccharides (sucrose, maltose, lactose) > rôle énergétique - Oligosaccharides - Polysaccharides (glycogène, amidon) > stockage Digestion : monosaccharides Lipides - Acides gras > rôle énergétique - Triglycérides saturés/insaturés > stockage Digestion : acides gras + monoglycérides - Phospholipides - Cholestérol Protides - Protéines (ex. enzymes), peptides, acides aminés Nucléotides et acides nucléiquesSTAUDT C. 251