Les  Molécules du vivant 

A- L’eau. Joëlle MasliahB- les ions du compartiment plasmatique Joëlle Masliah

D- les lipides Joëlle MasliahC- les protéines Dominique Rainteau

E- les glucides Jean Pierre TrescaF- l’oxygène Jean Pierre Tresca

8 septembre 2010 1

Première partie :  de l’atome à la molécule . Philippe Karoyan

Biologie fondamentale

Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin

A- L’eau. B- les ions du compartiment plasmatique

Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin

Pr Joëlle MasliahFaculté de Médecine Pierre et Marie Curie

Site Saint Antoine27, rue Chaligny, 75012 Paris

A‐ L’eau

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Cohésion de l’eau

A.2- rôle de solvant

A.1- cohésion

A.3- ionisation

A.4- distribution

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Eau solide (glace) Eau liquide

Liaisons hydrogène stables, rigides

Liaisons hydrogène labiles

s’établissent avec d’autres molécules polaires

Ca++

Na+

A.2- rôle de solvant

A.1- cohésion

A.3- ionisation

A.4- distribution

Cl-

Dissolution du chlorure de sodium ( NaCl)

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A.2- rôle de solvant A.2- rôle de solvant

A.1- cohésion

A.3- ionisation

A.4- distribution

Molécules d’eau Ion chlorure ( Cl-)

Chlorure de sodium non dissout

Ion sodium (Na+)

Cl- attire le pole positif de l’eau

Na+ attire le pole négatif de l’eau

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A.2- rôle de solvant

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fonctions acide, alcool, cétone

Fonctions amine,

Polymères : Protéines, acides nucléiques, polyosides

sucres

L’eau dans l’organisme contient un grand nombre de molécules minérales et organiques, solubilisées :

ionsCa++ Cl-

Na+

A.2- rôle de solvant

A.1- cohésion

A.3- ionisation

A.4- distribution

8 septembre 2010

A.3‐ Ionisation de l’eau : 

Dissociation de l’eau en deux ions

OH

H

H

H

8

OH- + H+

A.2- rôle de solvant

A.1- cohésion

A.3- ionisation

A.4- distribution

O-H

H++

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pH neutre

Échelle de pHConcentration en ions H+(mol/l)

basique O-H

acide H+

sangUrine, salive

estomac

(vinaigre)

(café)

(nettoyant four)

-Plus de 60% du poids corporel est constitué d’eau (cette proportion varie avec l’age)

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A.4‐ Distribution de l’eau chez l’homme

Répartition de l’eau entre les différents compartiments - Intracellulaire 2/3 (25l)- Extracellulaire 1/3 (18l) :

-liquide intersticiel (15l), -lymphe, plasma (3l)

Apports et pertes d’eau au quotidien‐apport

par aliments (1l) + boissons (1,2l) + métabolisme (0,3l) compense les pertes

dans l’urine (1,5l), la sueur (0,5l), la respiration (0,4l)

A.2- rôle de solvant

A.1- cohésion

A.3- ionisationA.4- distribution

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Le contenu en eau des organes est très variable

Le plus élevé :  dans les tissus mous : 80% du sang, du rein…..

Le moins élevé dans les tissus durs :  20% du tissu osseux…..

10‐ 30% du tissu adipeux  

A.4‐ Distribution de l’eau chez l’homme

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À l’intérieur des vaisseauxCellules (éléments figurés)

Globules blancs(leucocytes)

Plaquettes(thrombocytes)

B- les ions du compartiment plasmatiqueB.1- composition du sang circulant

B.1- compositionB.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

Transport d’oxygène

défense

coagulation

Globules rouges(hématies)

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Plasma obtenu après centrifugation du sang total prélevé avec un anti coagulant(sérum obtenu après centrigugation du sang total prélevé sans anti coagulant )

Avant Après

Hématocrite = A/B, environ 40% de cellules dans le sang total (38-52% du volume)

BA

les principales molécules contenues dans l’eau plasmatique :

B.1- compositionB.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

-Des macromolécules polaires ( protéines)

-Des petites molécules polaires (glucose, urée…..)

-des ions organiques (acides aminés, protéines…..)

Ca++ Cl-

HCO3--des ions minéraux

Composition des différents compartiments

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Plasmammol/l

Glucose, urée

K+

Mg2+

Ca 2+protéines

Cl-

HCO3-

Acides(SO42-,

PO43-)

Na+

K+

Ca2+Mg 2+

protéines

PO43-

HCO3-

Acides(SO42-

Compartiment intracellulaire

B.1- compositionB.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

Na+

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L’eau dans les différents compartiments de l’organise est isotonique, c’est-à-dire que le nombre d’électrolytes/volume d’eau est constant

Remarque importante sur la concentration ionique des différents compartiments aqueux

B.2- isotonie

H2O

Hématies dans un liquide isotonique

B.1- composition

B.2- isotonieB.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

Solution isotonique de NaCl = Solution physiologique :9g/l de NaCl = 150mmol

turgescence

Hématies dans un liquide hypotonique

Plasmolyse

Hématies dans un liquide hypertonique

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Moléculesapolaires

Moléculespolaires

ions

Membranecellulaire

Pour comprendre comment cette isotonie se maintient, 3 règles :- Les membranes cellulaires sont constituées de molécules non miscibles à l’eau , qui empéche le libre passage des molécules polaires

Eau -l’eau circule librement dans les différents compartiments, passe à travers les membranes cellulaires, en fonction du gradient de pression osmotique

-les molécules polaires ne traversent les membranes que par des systèmes de transport

Milieu intracellulaire( 40%)K+ = 150mmolNa+ = 10mmol

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la concentration plasmatique en ions est maintenue constante Par des transports actifs d’ions à travers les membranes cellulaires

Liquide intersticiel

Liquide extra cellulaire(20%)

plasma

K+ = 4mmolNa+ = 140mmol

Ces transports utilisent des « pompes » qui permettent de maintenir la concentration extracellulaire en sodium élevée..pompe Na/K ou ATPaseElles utilisent de l’énergie sous la forme de molécules d’ATP synthétisé dans les mitochondries

Osmolarité : détermine les mouvements  d’eau et d’ions à travers une membrane semi perméable, ce qui détermine  le volume intracellulaire

B.1- composition

B.2- isotonieB.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

K+

Na+

Composition des différents compartiments

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Plasmammol/l

Glucose, urée

K+

Mg2+

Ca 2+protéines

Cl-

HCO3-

Acides(SO42-,

PO43-

Na+

K+

Ca2+Mg 2+

protéines

PO43-

HCO3-

Acides(SO42-

Compartiment intracellulaire

B.1- compositionB.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

Na+

Liquide intersticiel

K+

Mg2+

Ca 2+protéines

Cl-

HCO3-

Acides(SO42-,

PO43-

Na+

B.3- les ions majoritaires : Na+, Cl-, HCO3-

Principal cation extracellulaire : 135- 145 mmol/L dans le plasmaConcentration intracellulaire très faible (10mmol)

Qq mots sur les unités: g/LMeq/l mmol ou mmol/L

Apport alimentaire : 1-4 g/j absorption digestive de NaCl (sel de table)Élimination rénale principalement >>sueur, larmesFiltré, puis réabsorbé très activement

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II. B : les ions du compartiment plasmatique

La concentration en sodium suit les mouvements de l’eau

Ion sodium : Na+ , natrémie

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritairesB.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

Non, car ne permet pas de comparer les ions entre eux

Oui, ancien, mais existe encor

Oui, système international

Ion chlorure Cl-, chlorémie

93-105 mmol/L

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Principal anion extracellulaireActivement sécrété par les cellules

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritairesB.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

Ion bicarbonate HCO3- ou réserve alcaline

En équilibre avec CO2 produit par le métabolisme cellulaire. Il passe ensuite dans le plasma puis entre dans les hématies ou il est hydraté pour former du bicarbonate

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CO2 + H2O

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritairesB.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

poumon

Respiration cellulaire

urine

HCO3- + H+

CO2 + H2O HCO3- + H+alcalose

acidose

Pouvoir tampon du plasma : permet de maintenir le pH constant

Ion potassium : K+, kaliémie3,5- 4,5 mmol/l dans le plasma

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Concentration extracellulaire très faible maintenue par des pompes qui font entrer le K+ dans les cellules (en échange de Na+)

B.4- les ions minoritaires : K+, Ca 2+, Mg 2+, PO43-

Role important dans la contraction du muscle cardiaque :Hyperkaliémie → arret cardiaque (effet toxique d’une injection de KCl)

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme

K+ K+

K+

Ion intracellulaire : En cas de valeur élevée, attention à l’hémolyse dans le tube

Ion Ca 2+, calcémie

Distribution dans l’organisme : 99% dans les osTrès peu dans le plasma où il existe sous deux formes :Calcium ionisé,calcium lié aux protéines

2,15- 2,55 mmol/l)

Apport alimentaire : produits laitiers, besoins augmentés pendant la croissance et la grossesse absorption intestinale sous l’influence de la vitamine DUtilisation par le tissu osseux

Élimination urinaire

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B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme

Rôles spécifiques du calcium - extracellulaires : coagulation sanguine

-Intracellulaire : concentration hétérogène, très faible dans le cytoplasme, très forte dans le réticulum et le milieu extracellulaire

cytoplasme

réticulum

Ca 2+ Ca 2+

Ca 2+

Ca 2+ Ca 2+

Augmentation de concentration transitoire dans le cytoplasme : déclenche la contraction musculaire, la libération de neuro médiateurs

Ca 2+

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme

Ions phosphates PO43-

Système tampon intracellulaire

Ionisation de l’acide phosphorique

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Constituants de molécules biologiques importantes :1-constituant de l’os : phosphate de calcium (85%)2- ATP (stockage de l’énergie) et acides nucléiques3- Constituant des lipides membranaires4- liaison covalente aux protéines : phosphorylation par des protéines kinases. Mécanisme intracellulaire dynamique de régulation des protéines et de transmission des signaux dans la cellule

Métabolisme lié au Ca++

H3PO4 H2PO4 - + H+ HPO4

2- + 2H+ PO4 3- + 3H+

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme

Magnésium : Ion Mg++

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Concentration faible dans le plasma << milieu intracellulaire

Role dans la contraction musculaire et la phosphorylation des protéines

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme

Augmentation anormale: troubles cardiaques et respiratoires

B.5 le ionogramme

Prescription très répandue

Iono simple : Na+, Cl-, K+ Cotation : B20 (= 6E)Iono complet Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines (B40)Iono étendu Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines + Ca2+, phosphates

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B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

Échantillons : plasma, prélèvement de sang veineux sur tube hépariné (ou artériel ou capillaire),puis centrifugation au laboratoireAttention à l’hémolyse

Na +: 136 - 145 meq/l ou 136 - 145 mmol/l K+ : 3,5 à 5,0 meq/l ou 3,5 à 5,0 mmol/l Cl- : 98 à 106 meq/l ou 98 à 106 mmol/l HCO3

- : 22 à 29 mmol/l Protéines (56- 81g/l) (=anions)

Le ionogramme sanguin normal

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Interêt du ionogramme

- augmentation du Na+, du Cl- ( des protéines) reflète une Déshydratation intracellulaire:Causesperte d’eau (digestive, sueur, faible apport hydrique), surcharge de NaCl

- diminution du Na+, du Cl- reflèteHyperhydratation intracellulaire : Causes : insuffisance cardiaque, rénale, hépatique

B.1- composition

B.2- isotonie

B.3- les ions majoritaires

B.4- les ions minoritaires

B.5 le ionogramme

- Dépister des déséquilibres hydro électrolytiques, surveiller les apports hydriques

ICEC ICH20

EC ICICH20Cas de K+ : surveillance de la fonction cardiaque

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Conclusions

- l’eau représente la majeure partie de notre organisme : role de solvant pour les molécules polaires

- Le plasma est le composant liquide du sang : de pH neutre, il contient de nombreuses molécules dont des ions (Na+, Cl-, HCO3-) à une concentration globale équivalente à celle des ions intracellulaire (K+, Mg++, PO4 3-) ce qui maintient constant le niveau d’hydratation des cellules.

- Le ionogramme sanguin est un examen biologique très répandu . Il se pratique sur sang veineux et comprend l’analyse des principaux ions du plasma. Il permet d’évaluer l’état de l’équilibre hydro électrolytique d’un sujet (Na+, Cl-), de son équilibre acido basique (HCO3-) et de surveiller la fonction cardiaque (K+)