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Licence Sciences pour la Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 Intro UE Biochimie Plan de l’UE pour la santé tronc commun u PARTIE 1: Biochimie analyti...

Licence Sciences pour la Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 Intro UE Biochimie Plan de l’UE pour la santé tronc commun u PARTIE 1: Biochimie analytique: u CM1/2: Les enjeux de la biochimie en santé u CM3/4: Les acides et les bases u TD1: analyses médicales Comprendre l’objectifs, les u PARTIE 2: Biochimie métabolique attentes et l’organisation de u CM5/6: Caractères généraux des enzymes, énergie d’activation cette UE. et rôles des catalyseurs u CM7/8: Cinétique enzymatique, mécanismes de régulation de l’activité enzymatique u TD2: Les enzymes u PARTIE 3: Application biochimique en santé u CM9/10: Biochimie de la nutrition u CM11/12: Biochimie de l’imagerie médicale u CM13/14: Biochimie et ingénierie tissulaire u TD3: Analyse de publication Licence Sciences pour la Santé 2ème année 2024-2025 Intro UE Biochimie – tronc commun Biochimie analytique CM1/2: Introduction à la biochimie médicale CM3/4: les acides et les bases Responsable d’UE: Audrey DER VARTANIAN (MCF) TEAM GEIC2O GENE-ENVIRONMENT INTERACTIONS IN COPD, CYSTIC FIBROSIS AND OTHER CHRONIC LUNG DISEASES Team leader: Sophie LANONE Institut Mondor de Recherche Biomédicale (IMRB) – INSERM U955 Faculté de Santé – 8 rue du Général Sarrail – 5ème étage CONTACT: [email protected] Introduction: les enjeux de la chimie en biologie de la santé Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Introduction Pourquoi la biochimie vous suivra toute votre vie: le fil rouge de l’UE Vous: Etudiant (para)-médical qui débute en stage… ATTENTION: Les patients relatés dans cette UE sont purement fictifs. Leurs tableaux cliniques et prises en charges ont été simplifiés pour la fluidité, l’attractivité pédagogique et la présentation de la biochimie pour la santé à un niveau L2. Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Introduction Pourquoi la biochimie vous suivra toute votre vie: le fil rouge de l’UE Vous: Etudiant (para)-médical qui débute en stage… Votre patient: Oscar PINTHIOLO-BEAUMIE Age : 6 mois Contexte clinique: enfant adopté à 4 mois sans connaissance des antécédents familiaux. Objet de la consultation: légère fièvre (38°C) sur J5, urines peu abondantes mais fréquentes, pleurs inexpliqués. Le médecin urgentiste vous demande de réaliser des tests au département de biochimie analytique de l’hôpital et de récupérer le matériel pour réaliser les prélèvements classiques. Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 La biochimie analytique C’est quoi au fait? Vous rentrez dans le département de biochimie analytique: En médecine, c’est la science qui consiste à analyser des échantillons humains afin d’explorer les réactions biochimiques qui permettent de u suivre l’état de santé d’un patient u dans le but de dépister, de diagnostiquer, u d’aider à l’ajustement thérapeutique d’une pathologie u ou de maintenir une surveillance médicamenteuse. è C’est quoi le matériel nécessaire? Et pour quel échantillonnage biologique?  Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les échantillons humains Quel matériel pour quel échantillon? Vous devrez aider à réaliser des tests classiques d’évaluation physiologique et infectieux: Avantages Limites Mécanismes Le matériel biologique d’étude utilisé physiopatho. en biochimie est en fonction de la Non invasif nature des prélèvements à réaliser: Invasif u de liquide biologique (sang, urine, Praticité liquide de ponction, autres) Coût u soit par des prélèvements tissulaires Simple Complexe (biopsies). è La balance avantages/limites oriente vers une analyse d’urine pour Oscar en 1ère intention. Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les échantillons humains Le prélèvement urinaire La réalisation d’un prélèvement urinaire : Avantages Limites Limites: Avantages: u Milieu moins tamponné Mécanisque le mes u Simple sang lié à la diurèse. physiopatho. u Pratique u Biomarqueurs limités Non invasif u Peu couteux aujourd’hui (+++ enIncours vasif de u Non invasif développement) Praticité è Il est très utilisé pour les tests è Mauvais biomarqueurs Coûpour t d’infectiologie et toxicologique. Spathologie imple plus complexe Complexe Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Protocoles La réalisation d’un prélèvement urinaire : Avantages Limites Mécanismes Le matériel biologique d’étude utilisé en biochimie physiopatho. est également en fonction du contexteNon/inpatient: vasif Invasif u Adulte u Patient alité, sondé Praticité u Nourrisson, unité néonatale ou pédiatrie Coût Simple Complexe è Comment réaliser le prélèvement chez un enfant de 6 mois? Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Protocoles Protocole commun à tous: u Désinfecter ses mains, la zone à prélever u 1er jet d’urine: l’étude du premier jet urinaire permet de mettre en évidence les germes responsables d’infections de l’urètre ou de la zone valvulaire chez la femme. u Milieu de jet: le milieu de jet, représentatif de l’urine vésicale, doit être recueilli de façon à éviter sa contamination par la flore commensale de l’urètre et, chez la femme, de la région génitale externe.  Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Protocoles Protocoles spécifiques: Nourrisson Adulte Patient sondé Solution#1 Couche + compresse de gaze u Cas des adultes u Cas des patients sondés: le recueil s’effectue par classique: par recueil ponction sur le site spécifique du dispositif de sonde, classique dans un pot après désinfection soignée et clampage de la tubulure. à canule stérile par jet d’urine. Solution#2 Pose d’une poche de recueil adhésive Solution#3 Sonde pédiatrique è Recueil final dans un tube identifié et spécifique de l’analyse à effectuer Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Protocoles Protocoles spécifiques: La procédure est également à adapter en fonction des analyses à réaliser: u Examen cytobactériologique ECBU? u Osmolarité* et composition urinaire? u Dosage toxicologique (drogues…)? u Recherche de biomarqueurs physiopathologiques? è L’urine est placée dans un tube spécifique sans additif ou avec acide borique. (* Le terme osmolarité (ou concentration osmotique) désigne la concentration globale de tous les solutés dans la solution). Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Protocoles Votre supérieur hiérarchique vous dit « bon ca vient ce tube?! dépêches-toi un peu » è Quels tubes collecteurs pré-analyses pour Oscar ? u Un tube beige : no additive Application: Chimie urinaire (protéinurie, glycosurie, microalbuminurie, etc.) u Un tube jaune/vert : acide borique, formate de sodium, borate de sodium Application: Bactériologie urinaire (ECBU) è Mais quel est le rôle de l’acide borique exactement? Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Importance de la conservation et du stockage ATTENTION AUX RISQUES Post-prélèvement urinaire, à température ambiante après une attente prolongé des échantillons: u Prolifération bactérienne u Augmentation du pH, production ammonium u Formation de cristaux, précipitation du calcium & phosphate. u Oxydation de la bilirubine et de l’urobilinogène u Dégradation des éléments cellulaires. u Perte des corps cétoniques volatiles*. u Diminution du glucose, de la glycolyse par les bactéries et cellules (* complément dans la partie « Biochimie métabolique ») Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Importance de la conservation et du stockage Rôles des conservateurs d’urines: u Réduire la croissance bactérienne u Diminuer la décomposition des composés chimiques u Maintenir en solution u Diminuer l’oxydation atmosphérique des composés instables. Réfrigération + Conservateurs: (4°C ou -20) propriétés physico- chimique différente Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Importance de la conservation et du stockage L’acide borique: Avantages: u Préserve les protéines u Préserve les éléments formés u Pas d’interférence avec les examens de routine (sauf pH) u Bactériostatique* (* complément dans l’ « UE Microbiologie » du 2eme semestre) Inconvénients: u Interfère avec les drogues et certaines hormones u Précipitation de cristaux à trop forte concentration è Utilisation courante: albumine, estrogène, acides aminés, HCG, citrate, cortisol, créatine, DHEA, FSH, glucose, phosphate, 17-kétostéroides, protéines, acide urique, zinc… Alternatives: Formaldéhyde, Phénol ou Sodium fluoride (NaF): Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Importance de la conservation et du stockage è Que ce produit-il biochimiquement dans l’urine si elle n’est pas correctement prélevée, stockée avec un circuit court jusqu’au laboratoire d’analyse? è Et puis d’ailleurs c’est quoi sa composition biochimique? è Que peut-on doser? Et comment? Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Quelle est la composition de l’urine? Formation de l’urine: barrière de filtration glomérulaire* Composition: Filtration: 180 litres de sang filtrés par jour u 95% d’eau 1 million de néphrons par rein u 2% d’urée Endothélium fenestré (70-100nm) Membrane basale glomérulaire u 0,6% ion chlorure Podocytes: diaphragme de fente (30-40nm) u 0,6% potassium u 0,18% sulfate u 0,12% phosphate u 0,1% Sodium u 0,1% créatinine u 0,05% ammoniac u 0,03% acide urique u 0,015% calcium u 0,01% magnésium u Moins de 2%: protéines, lipides, acides nucléiques, cétones, toxines, médicaments, drogues.. Sang Urine (* complément dans l’UE Physiologie des grands systèmes dans le cours « Systèmes Digestif et excréteur » ) Cummings et al., 2006 Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Quelle est la composition de l’urine? Ion urate = base Urée conjuguée de Créatinine l’acide urique Composition: u 95% d’eau u 2% d’urée u 0,6% ion chlorure u 0,6% potassium u 0,18% sulfate Forme céto de u 0,12% phosphate l’acide urique Ammoniac u 0,1% Sodium u 0,1% créatinine u 0,05% ammoniac u 0,03% acide urique u 0,015% calcium u 0,01% magnésium u Moins de 2%: protéines, lipides, acides nucléiques, cétones, toxines, médicaments, drogues.. Forme énol de l’acide urique Urine Cummings et al., 2006 Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Stabilité des composants? Composition: u Dans l’urine fraîche, la majeure partie de l’azote est présente sous forme d’urée. u Au cours du temps lors de l’hydrolyse, l'urée est transformée en ammoniac/ammonium, qui représente la majeure partie de l'azote présent dans l'urine stockée. u Presque tout le phosphore, calcium et magnésium présent dans l'urine fraîche est sous forme de phosphate, qui est soluble. u En revanche l’augmentation des carbonates dans l’urine conservée indique la présence de précipités. * Hydrolyse = (du grec hydro : eau et lysis : briser) est une réaction chimique et enzymatique dans laquelle une liaison covalente est rompue par action d'une molécule d'eau. è Que s’est-il passé biochimiquement parlant? Santoro et al., 2020 Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Réactions chimiques & santé humaine L'urine humaine a un pH initial qui varie entre 5,5 et 7. L'urine humaine provenant d'individus en bonne santé est assez stable et ne contient aucun micro-organisme. Réactions chimiques : u Cependant, lorsque l’urine est conservée dans des conditions non stériles, le contact avec des bactéries est inévitable. u Les uréases* provenant principalement de bactéries catalysent l’hydrolyse de l’urée présente dans l’urine stockée en ammoniac/ammonium et bicarbonate. u Lorsque l'hydrolyse de l'urée se produit, le pH évolue vers des valeurs plus alcalines comprises entre 8,5 et 9,5. u La réaction globale d’hydrolyse de l’urée peut s’écrire comme suit [Eq. (1)]: Urée Ammoniac Ammonium Bicarbonate Uréase: pH 5,5/7 enzyme qui pH 8,5/9,5 hydrolyse l’urée (* cf le CM5/6) Santoro et al., 2020 Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Le prélèvement urinaire Réactions chimiques & santé humaine Réactions chimiques en chaine: u En raison du dégagement d'ammonium (NH4+) et d’ammoniac (NH3), cette réaction (Eq(1)) fait augmenter le pH jusqu'à 9,5 et déclenche la précipitation du phosphore, du calcium et du magnésium pour former de la struvite (cristaux urinaires MgNH4PO4·6H2O ) hydroxyapatite (HAP, Ca5(PO4)3(OH)) et occasionnellement calcite (CaCO3). Santoro et al., 2020 Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les notions de biochimie à connaitre Chimie & santé humaine Acides-bases Réaction Solution tampon enzymatique (hydrolysation) pHmétrie Fonction chimique des Oxydation (Réaction d’oxydo-réduction) composés A partir du plus simple des prélèvements humain nous avons déjà montré l’importance de connaître en biochimie: u Les réactions acido-basiques u Les réactions d’oxydoréductions u Les réactions enzymatiques è La compréhension de la biochimie fondamentale est essentielle en santé. Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Introduction: les enjeux de la chimie en biologie de la santé PARTIE I: les acides et les bases Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les acides et bases Définition Définition: u Le pH (“potentiel hydrogène”) d’une solution, défini par Søren Sørensen en 1909, s’écrit : u où H3O+ est l’ion hydronium, ou oxonium, aussi appelé “proton hydraté” puisqu’il s’agit d’un proton (H+) attaché à une molécule d’eau. u La concentration [H3O+] est donnée en mol.L−1, u Le pH exprime l’acidité ou l’alcalinité d’un milieu, une solution aqueuse est dite : — neutre si son pH vaut 7, i.e. [H3O+] = 10−7 mol.L−1 (à 25◦C) ; — acide si son pH est inférieur à 7, i.e. [H3O+]> 10−7 mol.L−1 (à 25◦C); — basique si son pH est supérieur à 7, i.e. [H3O+] < 10−7 mol.L−1 (à 25◦C). è L’équilibre acido-basique est important dans notre organisme Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les acides et bases Définition Définition Une réac%on acido-basique est une réac,on chimique dans laquelle l’acide d’un couple réagit avec la base d’un autre couple. Exemple : Si l’acide du couple acide1/base1 réagit avec la base du couple acide2/base 2, alors la réac,on acido-basique s’écrit : acide1 + base2 → acide2 + base1 On dit généralement d'un composé qu'il est un acide en utilisant la définition basée sur la théorie de Johannes Brønsted (1923) : è Un acide est une espèce qui a tendance à perdre un proton. Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les acides et bases Définition Johannes Brønsted (1923) qui définit les acides et les bases : — un acide est une espèce chimique capable de libérer un proton (H+) — une base est une espèce chimique capable de capter un proton (H+). « Deux espèces chimiques AH et A– forment un couple acide/base si et seulement si elles vérifient la demi-équation »: Plus la valeur de pKa est faible, plus le Ka est grand, plus l’acide est fort. Hum… super et sinon à quoi ça me sert de savoir ça? Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les acides et bases Exemple en biologie L'acide borique: formule brute H3BO3 En résumé, l'acide borique (sa valeur pH est de 4,80–5,00) est essentiellement un acide faible monobasique (pKa = 9,2) : H2BO3−aqueux pour l'ion tétrahydroxyborate Il est possible d'écrire les équilibres acido-basiques : H3BO3 aqueux ⇌ H+aqueux + H2BO3- aqueux H2BO3−aqueux ⇌ H2O + BO2- aqueux è Mais quel est le rôle de l’acide borique exactement? Licence Santé 2ème année - UE Biochimie – tronc commun 2024-2025 CM1/2 Les acides et bases Exemple en biologie Le borate de sodium : formule brute Na2B4O7 10H2O. Il est aussi appelé tétraborate de sodium décahydraté ou borate hydraté de sodium Dans l'eau, tout se passe comme si l'ion tétraborate s'hydrolysait en acide borique et en anion borate H2BO3−, ce qui fait de la solution obtenue une solution tampon, appelé tampon borax. (pKa = 9,14) : è Or une acidification des fluides corporels peut induire une rupture des liaisons hydrogènes de certaines protéines et les dénaturées*. è Donc le rôle de l’acide borique (acide faible) est un rôle tampon de conservation (à la fois bastériostatique et pHmétrique) * Cf Liaisons hydrogènes vu dans l’UE1 de LSPS 1ere année  Merci de votre attention « Nous nous revoyons le 11/09 de 14h à 16h »