Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions...
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Les molécules constitutives du vivant et
leurs fonctions dans les équilibres ou les
déséquilibres biologiques
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Atome : Constituant fondamental de la matière
Plus petite partie d’un corps simple pouvant se combiner
chimiquement à un autre
Généralement constitué d’un noyau composé de protons et de
neutrons atour desquels gravitent des électrons
Défini par son numéro atomique Z (nombre de protons)
Nuage d’électrons confère à l’atome ses principales propriétés
Electron
Neutron
Proton
Classification périodique des éléments
( protons + neutrons ) A nombre de masse ( nombre de protons ) Z numéro atomique
Assemblages d’atomes par une mise en commun ou une
cession d’électrons
Plus grande stabilité que l’atome
Liaison covalente
Molécules
La liaison covalente
Obtenue après mise en commun d’une paire d’électrons
Liaison stable dite de forte énergie
Ex : Liaison amide entre AA; ponts disulfures
Notion de valence : Nombre de liaisons chimiques engagées
par un atome dans une combinaison avec un autre atome
Le nombre de liaisons dépend du nombre d’électrons les plus
périohériques
Les ions
Particule chimique résultant de la perte ou du gain d’un électron
On distingue les anions (chargés négativement) et les cations (chargés positivement)
Cations : Na+; K+; Ag+; Mg2+; Ca2+; Fe2+; Cu2+
Anions : Cl-; SO42-
Ionisation Na Na+ + e-
Eléments chimiques constituant le vivant
Carbone (C) :
Valence (4)
Élément clé de la matière vivante : nombreuses
molécules ont un squelette carboné
S’associe à lui même pour former des chaînes linéaires
Liaison C—C très stable
Liaison possible avec O, H, N…
Oxygène (O) :
Valence (2)
Association avec hydrogène dans la composition de la
molécule d’eau
Retrouvé dans les fonctions aldéhydes
cétone
acide
alcool -OH
Hydrogène (H)
Valence (1)
Très souvent associé au carbone pour la constitution de
la chaîne carbonée
Azote (N)
Valence (3)
Élément fondamental dans la constitution des protéines,
acides nucléiques (ADN, ARN)
Soufre (S)
Valence (2)
Élément participant à la formation de pont di-sulfure
(liaison covalente de forte énergie)
Rentre dans la composition de l’insuline
Phosphore (P)
Valence (3/5)
Impliqué dans la constitution de molécules à fort
potentiel énergétique telle que l’ATP
CONSTITUTION DES ORGANISMES VIVANTS :
eau (65%)
Composés minéraux (5%)
Composés organiques (30%) dont
protéines (18%)
lipides (10%)
glucides (2%)
Les protéines (1)
Ce sont les composés organiques les plus abondants dans
les cellules: ils constituent plus de 50% de leur masse sèche.
Les protéines jouent un rôle prédominant dans le
fonctionnement cellulaire :
Ex : liaison (oxygène/myoglobine pour oxygénation tissulaire)
structure (actine et cytosquelette)
catalyse (enzymes)
L’élément de base qui constitue les protéines est l’acide
aminé
Les protéines (2)
Les acides aminés
Molécules amphotères avec une fonction carboxyle
acide et une fonction amine basique
R CH COO-
NH3+
Chaîne latérale variable (modulation
activité)
Fonction acide
Fonction amine
Notions d’acides aminés essentiels
Les protéines (3)
Les acides aminés – Rôles biologiques
Rôle de structure
Rôle métabolique
Rôle de médiateurs chimiques et de neurotransmetteurs
Les protéines (4)
Les acides aminés – Rôle de structure
Il existe plusieurs dizaines d’acides aminés (AA) différents
Cependant seule une vingtaine sont codés génétiquement
On les classes en 5 catégories :
- AA sans chaîne latérale
- AA dont la chaîne latérale peut être chargée positivement
- AA dont la chaîne latérale peut être chargée négativement
- AA dont la chaîne latérale est neutre
- AA dont la chaîne latérale est hydrophobe
Les protéines (5)
AA sans chaîne latérale
Glycine (ou glycocolle): pas de chaîne latérale, pas de c*
Les protéines (6)
AA dont la chaîne latérale peut être chargée positivement
Lysine Arginine Histidine
(Lys, K) (Arg, R) (His, H)
Les protéines (7)
AA dont la chaîne latérale peut être chargée négativement
Cystéine (Cys, C) Tyrosine
(Tyr, Y)
Acide glutamique (Glu, E)
Acide aspartique (Asp, D)
( ponts disulfures)
( précurseur DOPA)
( précurseur GABA)
Les protéines (8)
AA dont la chaîne latérale est neutre
Sérine (Ser, S)
Thréonine (Thr, T)
Glutamine (Gln, Q)
Asparagine (Asn, N)
Les protéines (9)
AA dont la chaîne latérale est hydrophobe
Alanine (Ala, A)
Valine* (Val, V)
Proline (Pro, P)
Méthionine (Met, M)
Les protéines (10)
leucine* (Leu, L)
isoleucine* (Ile, I) tryptophane
(Trp, W)
phénylalanine (Phe, F)
( phénylcétonurie; défaut d’hydrolyse)
Les protéines (11)
Les acides aminés – Rôle métabolique
R CH COO-
NH3+
Chaîne latérale Fonction acide
Fonction amine
Métabolisme azoté (transport de l’ammoniaque), métabolisme énergétique (cycle de Krebs, néoglucogenèse)
Les protéines (12)
Les acides aminés – Rôle de médiateurs chimiques et de neurotransmetteurs
Acide glutamique et acide aspartique : Neurotransmetteurs
excitateurs, stimulant la transmission de l’influx nerveux
Acide g-aminobutyrique (GABA) dérivé du glutamate :
Neuromédiateur inhibiteur présent dans le cerveau;
Glycine : Neuromédiateur inhibiteur présent dans la moëlle
épinière
«Amines biogènes» (Histamine, sérotonine, adrénaline,
dopamine): Obtenus par décarboxylation de neurotransmetteurs
ou de neuromédiateurs
Les protéines (13)
Les peptides
Enchaînement d’acides aminés
Chaque acide aminé est aussi appelé un résidu
2 résidus = dipeptide, 3 résidus = tripeptide
12-20 résidus = oligopeptide
20-100 résidus = polypeptide
au-delà de 100 = protéine
Les protéines (14)
On distingue plusieurs niveaux d’organisation des protéines.
On les classe par ordre de complexité croissante:
- structure primaire
- structure secondaire
- structure tertiaire
- structure quaternaire
Structure Fonction
Les protéines (15)
Structure primaire :
Ordre d’enchaînement des AA qui constituent la protéine.
Les AA sont numérotés en partant du N-terminal en allant vers le
C-terminal.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
M V H L T P E E K S A V T A L …
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Met Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Ser Ala Val Thr Ala Leu …
N C
Enchaînement possible via la liaison peptidique
Les protéines (16)
Liaison peptidique
Les protéines (17)
Structure primaire : Applications biologiques
ADH = VASOPRESSINE = ANTI-DIURETIQUE
Cys – Tyr – Phe – Gln – Asn – Cys – Pro – Arg – Gly
Les protéines (17)
Structure primaire: Applications biologiques
ADH Cys – Tyr – Phe – Gln – Asn – Cys – Pro – Arg – Gly
Cys – Tyr – Ile – Gln – Asn – Cys – Pro – Leu – Gly
Les protéines (17)
ADH Cys – Tyr – Phe – Gln – Asn – Cys – Pro – Arg – Gly
Cys – Tyr – Ile – Gln – Asn – Cys – Pro – Leu – Gly Ocytocine
Les protéines (18)
Structure secondaire :
C’est le premier stade de l’organisation dans l’espace d’une
chaîne peptidique. Elle concerne l’organisation tridimensionnelle
locale de la chaîne peptidique.
Ce sont des structures qui sont stabilisées par la présence de nombreuses
liaisons hydrogènes entre les groupements C=O et NH du squelette
(indépendamment des chaînes latérales).
On distingue:
- les hélices α
- les feuillets ß
Les protéines (19)
Structure tertiaire :
C’est l’arrangement dans l’espace des différentes
structures secondaires.
Cet arrangement va se faire en fonction des interactions
entre les chaînes latérales des différents résidus ainsi qu’en
fonction des interactions avec les molécules du milieu.
La structure tertiaire va être principalement dictée par des
interactions de faible énergie (liaison ionique,
hydrogène,…).
Exemple d’application: Exposition de régions ou domaines de protéines globulaires dédiées à des fonctions précises
Les protéines (20)
Structure quaternaire :
C’est l’association de plusieurs chaînes peptidiques pour
donner un complexe stable et actif.
Les chaînes qui constituent ce complexe sont des protomères ou sous-
unités, chacune ayant une structure tertiaire définie.
L’association des différentes chaînes se fait via des liaisons fortes et
parfois aussi via des ponts disulfures.
Les protéines (21)
Une protéine peut être monomérique (une seule chaîne peptidique) ou
multimérique (plusieurs chaînes peptidiques).
On peut trouver des homomultimères (plusieurs chaînes peptidiques identiques)
et des hétéromultimères (plusieurs chaînes peptidiques différentes).
Les protéines peuvent être covalement liées à d’autres molécules:
- si c’est à un lipide on parle de lipoprotéine
- si c’est à un glucide on parle de glycoprotéine
- si c’est à un métal on parle de métalloprotéine
Les protéines (22)
Classification des protéines:
En fonction de leur structure : globulaires ou fibreuses
carboxypeptidase kératine
Les protéines (23)
En fonction de leur fonction : transporteur, défense immunitaire, catalyseur
hémoglobine immunoglobuline
Les protéines (24)
En fonction de leur fonction :
Elles participent à la communication entre les différents organes d’un animal
hormones
(insuline, EPO, leptine, enképhalines…)
récepteurs aux hormones et autres médiateurs (acétylcholine,
sérotonine, adrénaline…)
Elles ont un rôle dans la génétique cellulaire :
facteurs de transcription (HIF-1, p53, Sp1…)
répresseurs géniques
Les protéines (25)
Classification des protéines:
Elles ont des rôles structuraux : - cytosquelette (tubuline, actine…). - contraction musculaire (myosine…) - forme des vacuoles (clathrine…) - organisation de l’ADN (histones)
Elles interviennent dans l’immunité : - anticorps (immunoglobulines…) - protéines du système du complément - protéines de la cicatrisation (fibrine…) - protéines du CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité)
- canaux ioniques - transporteurs de sucres, acides aminés… - transporteurs de lipides entre organes (albumine, apolipoprotéines) - transport inverse, élimination des toxiques
Elles jouent le rôle de transporteurs :
Les protéines (26)
Quelques exemples de peptides d’intérêt
Enképhalines
Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu
Neuropeptides endogènes qui agissent sur les mêmes récepteurs que les opiacés (morphine et dérivés)
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met
b endorphine
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-Thr-Ser-Glu-Lys-Ser-Gln-Thr-Pro-Leu-Val-Thr-Leu-Phe-Lys-Asn-Ala-Ile-Val-Lys-Asn-Ala-His-Lys-Lys-Gly-Gln
Elle se lie aux récepteurs aux opioïdes µ et d.
Les protéines (27)
Quelques exemples de peptides d’intérêt Vasopressine Hormone peptidique post-hypophysaire
Agit sur le rein en provoquant la rétention d’eau (vasoconstricteur).
Tyr
Phe-Gln
Asn
Cys Cys-Pro-Arg-Gly-NH2
S-S N-term.
C-term.
Ocytocine
Tyr
Ile-Gln
Asn
Cys Cys-Pro-Leu-Gly-NH2
S-S N-term.
C-term.
Agit sur la contraction des muscles lisses en particulier l’utérus lors de l’accouchement (Syntocinon®, Sanofi Aventis)
A retenir
- Assemblage d’AA reliés entre eux par des liaisons covalentes;
- Diversité de structure et de propriétés dépend de la composition en AA;
- Hélice a et feuillet b sont les principaux types de structure secondaire;
- Liaisons covalentes et ponts disulfures facilite la cohésion de la structure tertiaire;
- Nombreuses liaisons chimiques facilitent l’organisation tridimensionnelle des protéines;
- Présence de structures distinctes de structure tertiaire responsable de fonctions particulières.
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les protéines
Les enzymes (1)
Les enzymes sont des catalyseurs de réaction biologiques. Elles permettent d’augmenter la vitesse d’une réaction.
Substrat Enzyme
Enzyme – Substrat (ES)
Produit
Les enzymes qui catalysent des réactions présentent une très grande spécificité vis-à-vis de leur substrat.
La partie de l’enzyme qui interagit avec le substrat est appelée le site actif.
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les protéines
Les enzymes (2)
Le site actif d’une enzyme ne représente qu’une petite partie de sa structure globale. Il peut être subdivisé en deux parties:
- le site de reconnaissance et de fixation: c’est son organisation dans l’espace qui va définir la spécificité du substrat. L’interaction avec le substrat se fait uniquement par des liaisons faibles. Ceci permet d’orienter correctement le substrat pour que la réaction chimique puisse être catalysée par l’enzyme.
- le site catalytique: il est constitué par les acides aminés qui sont directement impliqués dans la réaction qui permet de transformer le substrat en produit.
La réaction enzyme-substrat est un processus dynamique, l’enzyme peut légèrement changer de conformation afin d’optimiser les interactions avec le substrat.
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les protéines
Les enzymes (3)
Classification des enzymes:
- classe 1: oxydo-réductase (échanges d’e- ou de H-)
- classe 2: transférase (ajout d’un groupement)
- classe 3: hydrolase (coupent par addition d’eau)
- classe 4: lyases (coupent avec apparition d’une double liaison ou au contraire ajoutent un groupement à une double liaison)
- classe 5: isomérases (isomérisent le substrat)
- classe 6: ligases ou synthases (lient une autre molécule au substrat. Souvent en liaison avec l’hydrolyse d’ATP, ce qui fournit de l’énergie)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les protéines
Les enzymes (4)
Classification des enzymes:
- les protéases: Enzymes qui hydrolysent les liaisons peptidiques (élastase, trypsine, chymotrypsine…);
- les lipases qui hydrolysent les lipides
- les glycosidases qui hydrolysent les glucides
- les DNAses qui clivent les brins d’ADN
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les protéines
Les enzymes (4)
Applications pratiques
Coagulation sanguine
Médicaments (Aspirine – Inhibiteur cyclooxygénase) (AZT: azidothymidine – transcriptase inverse) (Pénicillines – blactamases)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
A retenir
- Catalyseurs de réactions chimiques, accélère la réaction;
- Spécificité d’action des enzymes expliquant leur grande diversité: identification précise de la structure moléculaire du substrat;
- Intérêts en thérapeutique.
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Les lipides (1)
Groupe de molécules hétérogènes qui exercent des rôles multiples. Ils sont définis par: • leur structure chimique: contenant essentiellement des acides gras (AG); • leurs propriétés physico-chimiques: insolubles dans l’eau mais solubles dans les solvants organiques (chloroforme, éther…)
Principaux rôles:
- stockage d’énergie ou de vitamines liposolubles dans les graisses
- rôle structural dans les membranes biologiques
- transport de l’information (hormones)
- vitamines impliquées dans la catalyse de réactions enzymatiques
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les lipides (2)
La structure des lipides est très variée. On définit 3 catégories:
- les lipides contenant des acides gras: lipides simples
- les stérols: lipides complexes
- les lipides isopréniques
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les lipides (3)
La structure des lipides est très variée. On définit 3 catégories:
- les lipides contenant des acides gras
- les stérols
- les lipides isopréniques
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les lipides (4)
Les lipides contenant des acides gras:
Ce sont les lipides majoritaires. Comme leur nom l’indique ils sont composés d’acides gras.
Les acides gras sont des acides organiques à longue chaîne hydrocarbonée (4 à 24 C)
chaîne hydrocarbonée (ou aliphatique)
fonction acide
partie hydrophobe partie hydrophile
molécule amphiphile
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Les lipides (5)
Les Acides Gras
Les acides gras comportent en général un nombre pair de carbones (le plus souvent 16 ou 18).
Si un acide gras ne présente pas de double liaison on dit qu’il est saturé.
Si il présente une ou plusieurs double liaisons il est insaturé.
Acide palmitique (margarines, savons, huile
de palme)
Acide oléïque (huiles végétales, savons,
beurre doux)
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Les lipides (6)
Les Glycérides (Ester d’AG et de glycérol)
Les TRIGLYCERIDES (TG): - Constituants essentiels des huiles et des graisses végétales et animales (90% de l’apport en lipides de notre alimentation) - Réserve énergétique majeure chez l’homme - Stockage dans le cytoplasme, adipocytes, cellules tissus graisseux
Devenir des TG: Ingestion dégradation enzymatique intestinale et pancréatique
AG libres + glycérol
Muscle, foie: Dégradation oxydative
Adipocytes, foie,
glande mammaire: Synthèse de TG
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les lipides (7)
La structure des lipides est très variée. On définit 3 catégories:
- les lipides contenant des acides gras
- les stérols
- les lipides isopréniques
Les lipides (8)
Les stérols
Composés hydrophobes, polycycliques, dont la structure de base est dérivé du phénanthrène
Le cholestérol: - Synthèse complexe cytosolique mobilisant de nombreux enzymes - Précurseur de composés vitaux tels que stéroïdes hormonaux et sels biliaires (détergents favorisant la digestion) - Constituant essentiel des membranes biologiques
Les lipides (9)
Les stérols
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Devenir du cholestérol:
Les lipides (10)
Les stérols
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Cholestérol et physiopathologie:
- Diverses pathologies liées au cholestérol sont connues;
- Hypercholestérolémie
LDL-cholestérol HDL-cholestérol
Maladies CV
Athérosclérose
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les lipides (11)
La structure des lipides est très variée. On définit 3 catégories:
- les lipides contenant des acides gras
- les stérols
- les lipides isopréniques
Les lipides (12)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les dérivés de stérols – Les Terpénoïdes
Unité moléculaire de base est l’isoprène Condensation de 4 unités donne les
précurseurs de plusieurs vitamines liposolubles (A; D; E; K)
Les lipides (13)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Nom
Rôles
Besoin/jour
Sources
Conseils
Vitamine A (Rétinol)
Elle prévient différents
troubles de la vue et
permet une bonne
vision nocturne
Elle intervient :
-dans le processus de
la croissance ;
- dans la reproduction.
- dans le système
immunitaire
- de 800 à 1000
µg voire 1300 µg
pour les femmes enceintes
Aliments d'origine
animale:
huile de foie de
poisson, abats
(foie), beurre,
jaune d'œuf, lait
et produits laitiers
non écrémés,
poissons gras, viandes
La carence en
vitamine A se
traduit par des
troubles cutanés,
une sécheresse
de la peau,
une chute des cheveux
Vitamine A
Les lipides (14)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Vitamine E
Vitamine E
(Tocophérol)
Propriétés anti-oxydantes
permettant de stopper les
effets délétères des
radicaux libres
Elle serait la vitamine
retardant les effets du
vieillissement.
3 à 12 mg
Huiles de germe de
blé, de maïs, de
pépins de raisins, de
tournesol, de colza,
d'olive, d'arachide
Les médications à
forte concentration de
vitamine E (500 mg
par comprimé) sont
déconseillées en
dehors de toute
indication médicale
Nom
Rôles
Besoin/jour
Sources
Conseils
Les lipides (15)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Vitamine K
Nom
Rôles
Besoin/jour
Sources
Conseils
Vitamine K
Elle intervient dans le
mécanisme de la
coagulation sanguine.
10-50 µg
Légumes verts
(chou, brocolis,
épinards...)
foie, jaune d'œuf,
céréales, huile de
soja
La flore intestinale
fabrique une partie de
la vitamine K
Les lipides (17)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Le dérivés du cholestérol: - Les vitamines D: (Précurseur :vitamine D3) Stock dépendant de l’alimentation et de l’énergie solaire
UV Cholécalciférol (Vitamine D3)
absorption intestinale du calcium
mobilisation calcium osseux
Maintien de la calcémie
Peau: 7-déshydrocholestérol
Dérivés de vitamine D3 stimule la croissance osseuse par effet sur la stabilisation des ostéoblastes
Les lipides (16)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les dérivés du cholestérol : Les stéroïdes hormonaux • Androgènes et oestrogènes Hormones sexuelles responsables des caractères sexuels externes Indispensable à la reproduction; Représentants: Testostérone, oestradiol • Progestagènes Indispensable à la maturation de la muqueuse utérine (nidification, équilibre des effets des oestrogènes); Représentant: Progestérone • Glucocorticoïdes Rôle dans le métabolisme, la réponse au stress, le tonus vasculaire (Ex: Cortisol) • Minéralocorticoïdes Rôle capital dans la réabsorption rénale du Na+ (Maintien du volume des fluides extracellulaires) Ex: Aldostérone
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
A retenir
- Groupe de molécules hétérogènes à rôles multiples;
- Les TG sont des constituants majeurs des graisses et des huiles et jouent un rôle de stockage et de réserve;
- Le cholestérol participe à la constitution des membranes cellulaires et joue un rôle en physio-pathologie;
- Les stéroïdes sont des dérivés du cholestérol qui exercent un rôle hormonal.
Les glucides
Molécules présentes dans toutes les cellules du monde vivant.
Jusqu’à 70% du poids sec des végétaux.
Rôle structural ou source d’énergie.
Formule : Cn(H2O)n. On les appelle parfois aussi hydrates de carbone.
On distingue deux catégories:
1/ les molécules élémentaires non hydrolysables :
les oses = Sucres simples
2/ les composés hydrolysables :
les osides = Sucres complexes (Disaccharides et Polysaccharides)
Catégorie 1 : Les oses - Structure
Carbone / hydrogène / oxygène
Majoritairement 5 ou 6 carbones (resp. pentoses ou hexoses)
Un groupement carboxyle (aldéhyde ou cétone)
D-glycéraldéhyde
Fonction aldéhyde
Fonction cétone
Hexose
Métabolisable
facilement
Les oses – Exemple de molécules d’intérêt
Pentose Hexose
Rôle structural pour
les acides nucléiques Rôle
énergétique
Constituant des
glycolipides et
glycoprotéines
Rôles
1. Rôle énergétique
• 40 à 50 % des calories apportées par l’alimentation humaine sont des
glucides
• Rôle de réserve énergétique dans le foie et les muscles (glycogène)
• Eléments de réserve des végétaux et animaux (glycogène, amidon)
2. Rôle structural
• Eléments de soutien (cellulose), de protection et de reconnaissance
dans la cellule
• Constituants de molécules fondamentales : acides nucléiques,
coenzymes, …
Rôle du glucose
Principal réserve énergétique des tissus • Rôle fondamental car tous les glucides alimentaires sont absorbés sons forme de glucose ou convertis en glucose dans le foie. • Tous les glucides sont synthétisés à partir du glucose dans l’organisme.
Glucose et diabète sucré (type 1)
Destruction des cellules b des îlots de Langerhans, diminution de la production d’insuline AUGMENTATION DE LA GLYCÉMIE
Les glucides (10)
Liaison de deux oses simples, jouant un rôle important dans l’alimentation
SACCHAROSE
Glucose Fructose
Fort pouvoir sucrant
LACTOSE
Galactose Glucose
Faible pouvoir sucrant Lait
MALTOSE
Glucose Glucose
Bon pouvoir sucrant Origine végétale
Catégorie 2 : Les oses complexes – les disaccharides
Les oses complexes – les disaccharides Intérêt en pathologie
Lactose
Lactase (b-galactosidase)
Diminution de l’activité lactase au niveau de la muqueuse
intestinale
Difficulté à digérer de lactose du lait
INTOLÉRANCE AU LACTOSE
Holosides
Poly-holosides (>10 oses)
Assemblage de nombreux glucose
Amidon, glycogène
+/- ramifications
Catégorie 2 : Les oses complexes – les Polysaccharides
Héterosides + protéines: Glycoprotéines
+ lipides: Glycolipides
+ Molécules non glucidiques
PROPRIETES : Réserve
Structure
Oligo-holosides (<10 oses)
Sucrose, saccharose,
maltose, lactose
HYDROLYSABLES
Les glucides complexes - Exemples de molécules d’intérêt
Poly-holosides
Amidon Glycogène
100 à 20 000 glucoses par molécule
Réserve de glucose chez les plantes
Graines, racines, fruits
Réserve de glucose chez les
animaux
Muscle et foie
Transformation surplus de glucose
en glycogène par le foie
diminution glycémie
Les molécules constitutives du vivant
et leurs fonctions dans les équilibres
ou les déséquilibres biologiques
2ème partie
Les principaux éléments de la vie
- Molécules organiques contenant au moins un atome de carbone:
Les protéines
Les lipides
Les glucides
- Molécules inorganiques ou minérales ne contenant pas d’atome de carbone:
Les sels minéraux
Les oligo-éléments
1ère partie du cours
Les minéraux et leurs fonctions
Minéraux:
Ensemble d’atomes indispensables à la vie
Interviennent dans de nombreuses voies métaboliques et
différentes activités physiologiques (mouvement de l’eau, conduction
nerveuse, contraction musculaire, conduction cardiaque…)
Représentent 5% de la composition chimique de la cellule
Exemples: Na+; K+; Ca2+; Mg2+; Cl-; HPO42-; HCO3
-; SO42-
L’EAU
Eau totale 60% du poids corporel , répartie dans
– Compartiment intra-cellulaire
40% du poids du corps
– Compartiment extra-cellulaire
20% du poids du corps • eau plasmatique 5%
(eau contenue à l’intérieur des vaisseaux)
• eau interstitielle 15%
(au contact des membranes cellulaires,
séparée de l’eau plasmatique
par un endothélium)
Teneur variable suivant âge, sexe, morphologie, masse graisseuse
Le bilan hydrique
ENTRÉES SORTIES
- Eau alimentaire: Qté variable selon les apports quotidiens et la nature des aliments ingérés
- Eau d’oxydation endogène: Obtenue à l’issue de diverses réactions enzymatiques
- Pertes cutanées: 300 mL
- Pertes pulmonaires: 400 à 500 mL
- Pertes fécales: 40 à 200 mL
- Pertes urinaires: 1 à 1,5L
TOTAL: 2,3 à 2,5L/24h TOTAL: 2,3 à 2,5L/24h
Variabilité suivant âge, sexe, morphologie, masse graisseuse
Le bilan hydrique
Secteur intracellulaire
40%
Secteur
interstitiel (LCR,
lymphe,
bile…)
15%
Secteur
plasma
5%
Secteur extracellulaire
Rein
Boissons, perfusions…
La régulation de l’eau
• La régulation de l’eau se fait principalement au niveau des tubules du rein:
- Tube contourné proximal
- Anse de Henlé
- Tube contourné distal
- Tube collecteur corticale
- Tube collecteur médullaire
Les mouvements d’eau
• L’eau diffuse librement entre les compartiments extra- et intra-cellulaires selon la loi de l’osmose = transfert passif du compartiment à faible concentration vers celui à forte concentration
• La pression osmotique est principalement assurée
– par le potassium (K+) en intra-cellulaire
– par le sodium (Na+) en extra-cellulaire
K+
Le sodium (Na+)
Consommation journalière recommandée: 1 à 2g/jour
Localisé principalement dans le compartiment extracellulaire
Rôles: Hydratation cellulaire, maintien de l’osmolarité et la pression
osmotique du milieu extracellulaire
Principales sources alimentaires: Sel, charcuterie, fromages,
légumes
Le sodium (Na+)
Situations physiologiques
Augmenta
Secteur extracellulaire
Rein
Secteur intracellulaire
[K+]
Secteur
interstitiel
Secteur
plasma
[Na+]
Le potassium (K+)
• Cation intracellulaire majoritaire déterminant du pouvoir osmotique intra-cellulaire et donc du volume intra-cellulaire (= règle la teneur en eau des cellules);
• Nombreuses fonctions biologiques (augmente l’excitabilité neuromusculaire (potentiel de membrane), active certains systèmes enzymatiques,…)
• Répartition :
- 98 % intracellulaire (muscle +++, foie, hématies)
- 2% extra-cellulaire : liquides interstitiels et plasma Kaliémie = 3,5 – 5 mmol/l
• Dyskaliémie importante (hypo- ou hyperkaliémie)
= Urgence vitale +++
Le chlore (Cl-)
Localisé principalement dans le compartiment extracellulaire
Accompagne les flux de sodium
Constituant des différentes secrétions digestives
Principales sources alimentaires: Sel, eaux, légumes…
Le magnésium (Mg2+)
• Organisme en contient 30g et la consommation journalière recommandée: 0,3 à
0,4g/jour; besoins importants chez enfant et femme enceinte;
• Localisé principalement dans le compartiment intracellulaire
([K+]>[Mg2+]);
• Retrouvé au niveau osseux (phosphates ou bicarbonates de Mg) et musculaire;
• Rôles: Régulation de l’excitabilité neuromusculaire (jonction neuromusculaire)
Stabilisateur de membranes rythme cardiaque)
Cofacteur des enzymes utilisant l’ATP (Ex: NaK ATPase)
• Principales sources alimentaires: Eaux minérales, chocolat, fruits secs,
céréales, thé…
• Carences: Secondaires à des diarrhées avec atteintes neuromusculaires
importantes
Le calcium (Ca2+)
Sous forme de sels complexes (99%)
Fonctions mécaniques Constitution du tissu osseux (cristaux d’hydroxyapatite)
Sous forme ionisée
Actions métaboliques: Transmission des influx nerveux
Contraction muscles cardiaque, lisse et squelettique
Perméabilité membranes cellulaires
Processus de sécrétion cellules endocrines
Médiation action hormones
Coagulation sanguine
Localisation au niveau des os et des dents
Le phosphore
Constitution du tissu osseux (85%) avec Ca2+
Métabolisme cellulaire Rôle tampon intracellulaire et urinaire des phosphates
Composition des acides nucléiques, phospholipides membranes
Source d’énergie chimique (ATP, GTP) Stockage et libération d’énergie
Activation enzymes (kinases)
Régulation de la glycolyse
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Régulation du métabolisme phospho-calcique
Ingestion
Intestin
Ca P
SANG Urines
Excrétion
Accrétion osseuse
Résorption osseuse Excrétion urinaire
Absorption intestinale Sécrétion intestinale
Réabsorption tubulaire
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Le fer (Fe2+)
• Localisé principalement au niveau sanguin et des globules rouges
• Rôles: Synthèse de l’hème de l’hémoglobine
Entre dans la composition de la myoglobine
Indirectement impliqué dans le transport d’oxygène
• Principales sources alimentaires: viandes rouges, foie, œufs, céréales,
fruits secs, légumes verts, lentilles…
• Déséquilibres: Anémies, asthénie
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Les oligo-éléments
Substances à l’état de traces dans l’organisme
indispensables à la régulation de diverses voies
métaboliques
Beaucoup des rôles présentés ci-après non jamais été confirmés par
de véritables études scientifiques
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Le cuivre
Teneur dans l’organisme: 80 à 120mg mais répartition inégale tissulaire
Rôles: Cofacteur de certaines enzymes (oxydases)
Impliqué dans les processus de détoxification cellulaire
Indirectement impliqué dans l’érythropoïèse en favorisant l’absorption du fer
Carences:
Rares chez l’adulte
Fréquentes chez l’enfant prématuré (malformation hépatique)
héréditaire: Maladie de Wilson (syndrômes neurologiques, hépatiques)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Le fluor
Élément apporté uniquement par l’alimentation
Rôles: Equilibre dans la croissance osseuse et dentaire
Protection contre les caries dentaires
Carences:
Retard dentaire et caries, notamment chez les enfants
Excès:
Teneur > 1mg/jour: Fluorose dentaire (taches blanches à brunes sur les dents)
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
L’iode
L’organisme contient de 15 à 20mg d’iode et besoins journaliers d’environ
0,15mg
Trouvé dans les poissons, fruits de mer et certaines huiles
Rôles: Entre dans la composition des hormones thyroïdiennes
indispensables au développement cérébral et intervient dans la régulation du
métabolisme cellulaire
Carences:
Retard mental chez le nourrisson, hypothyroïdie
Excès:
Inhibition de la synthèse des hormones thyroïdiennes (hypothyroïdie)
ou inversement hyperthyroïdie
Les molécules constitutives du vivant et leurs fonctions dans les équilibres ou déséquilibres biologiques
Ouvrages
Biochimie 1er cycle (G. Hennen)
Soins infirmiers en médecine et en chirurgie 4ème édition (S. Smeltzer
et B. Bare)
Biochimie et biologie moléculaire (Bernard Sablonnière)
Anatomie, Physiologie, Pharmacologie générale 6ème édition (François
Pebret)