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Les molécules du vivant et les nutriments. Introduction Molécules du vivant (synthétisées par les cellules): Glucides, protéines, lipides Presque toujours.

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1 Les molécules du vivant et les nutriments

2 Introduction Molécules du vivant (synthétisées par les cellules): Glucides, protéines, lipides Presque toujours C, H, O et N Synthétisées par la cellule ou apportées par lalimentation (nutriments)

3 I. Les glucides

4 I. Les glucides 1. Structure

5 Goût sucré (sucres simples) C, H et O (la majorité avec C n H 2n O n ) Existe des isomères (même formule chimique, mais pas même structure spatiale)

6 I.Les glucides 1. Structure a) les monosaccharides

7 = oses, ou sucres simples Dans le monde vivant, la plupart sont des pentoses (5C) ou des hexoses (6C) Glucose (C 6 H 12 O 6 )Galactose (C 6 H 12 O 6 )Fructose (C 6 H 12 O 6 ) Ribose (C 5 H 10 O 5 )Désoxyribose (C 6 H 9 O 4 )

8 I.Les glucides 1. Structure b) les disaccharides

9 2 monosaccharides associés Ex: -Saccharose (formé dun glucose + un fructose) -Maltose (formé de 2 glucoses) -Lactose (formé dun glucose + un galactose)

10 I.Les glucides 1. Structure c) les polysaccharides

11 Polymères de monosaccharides (souvent glucoses) Ex: - Amidon (polymère de glucoses) (C6H10O5)n avec n compris entre 200 et Cellulose (polymère de glucoses) (C6H10O5)n avec n > Glycogène (polymère de glucoses) - Chitine (polymère de glucosamines) La différence porte sur le nombre doses polymérisés et la position des liaisons entre eux. De plus, les chaînes sont linéaires (amidon) ou ramifiées (glycogène), droites ou enroulées.

12 amidon cellulose

13 chitine glycogène

14 Mise en évidence Leau iodée donne une couleur bleu sombre en présence damidon. Leau iodée donne une couleur brun acajou en présence de glycogène. Les sucres réducteurs sont mis en évidence par la liqueur de Fehling à chaud (précipité rouge brique).

15 I. Les glucides 2. Rôle

16 Amidon : réserve des plantes quand surplus de glucose. surtout dans les racines, les graines et les fruits. particulièrement abondant dans les céréales (riz, blé, maïs, etc.) et les tubercules (pommes de terre). Coloration par le lugol d'un grain de Maïs.

17 Cellulose: s'assemblent les unes aux autres pour former des fibres. parties dures des tissus végétaux. parois cellulaires des cellules végétales (donne aux végétaux leur rigidité). Le bois est riche en cellulose. Le coton ou le papier sont fait presque entièrement de fibres de cellulose.

18 Glycogène: polymère de glucose, sucre de réserve des animaux dans les muscles (la viande) – doù les repas riches en sucres lents des sportifs - et le foie des animaux. Permet de réguler la glycémie : L'organisme est capable de stocker jusqu'à 600 g de glycogène. Ce stockage est sous le contrôle de linsuline. Le déstockage est sous le contrôle du glucagon.

19 Chitine : forme l'exosquelette (la "carapace") des Arthropodes (araignées, insectes, crustacés). La chitine est généralement durcie et rigidifiée par des dépôts de carbonates de calcium (CaCO3).

20 Rôle de construction (plastique): chez les plantes (cellulose) chez les arthropodes (squelette externe articulé fait de chitine) ex: les araignées, les crustacés et les insectes.

21 Rôle énergétique: Lors de la respiration cellulaire, dans les mitochondries: C6H12O6 + O26CO2 + 6H2O énergie

22 II. Les protéines

23 II. Les protéines 1. Structure

24 CHON polymère d'acides aminés (100 à 200 pour la majorité) Il existe 20 acides aminés différents. liés par liaison peptidique : entre le groupement acide (COOH) d'un acide aminé et le groupement amine (NH2) de l'autre. Les protéines sont des polypeptides. Ce qui change cest le nombre et lordre des acides aminés. terme peptide parfois utilisé quand moins de 50 acides aminés.

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29 structure primaire : séquence des acides aminés. structure secondaire interactions entre les liaisons peptidiques. La protéine se replie en hélice structure tertiaire interaction entre les différents radicaux. La protéine a une forme tridimensionnelle. structure quaternaire : interaction entre les différentes unités de la protéine, ce qui va lui donner une conformation définitive (globulaire, spiralée etc.) Rappel (enzymologie): Dénaturation (température, pH, ions), liée à destruction des liaisons entre acides aminés, doù changement des propriétés.

30 Structure primaire Liée à linformation génétique (1 gène / 1 protéine) Séquence des 21 premières bases de l'ADN codant pour l'hémoglobine A d'un sujet non atteint de drépanocytose et séquence des 7 premiers acides aminés de l'hémoglobine A Séquence des 21 premières bases de l'ADN codant pour l'hémoglobine S d'un sujet atteint de drépanocytose et séquence des 7 premiers acides aminés de l'hémoglobine S

31 Structure secondaire

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33 Structure tertiaire

34 Structure quaternaire Ex: hémoglobine insuline

35 Mise en évidence Coloration orangée avec la réaction xanthoprotéique (protéine + HNO3 + NH4OH) Coloration violette avec la réaction du biuret (protéine + NaOH + CuSO4)

36 électrophorèse : séparation par migration dans un gel sous linfluence dun champ électrique: la migration dépend de la taille de la protéine et de sa charge (Plus les protéines sont petites et chargées, plus elles migrent loin dans le gel)

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38 Electrophorèse bidimensionnelle: -Première séparation en fonction de la charge (point isoélectrique) -Deuxième séparation en fonction de la masse

39 Suivie éventuellement dune analyse au spectromètre de masse: Les peptides sont ionisés par un laser puis accélérés dans une colonne jusquà un détecteur. Le temps de trajet de chaque peptide dépend du rapport entre sa masse et sa charge. Les résultats sont confrontés à une banque de données qui contient toutes les masses théoriques de toutes les protéines telles que lon peut les prédire à partir des données du séquençage humain.

40 II. Les protéines 2. Rôle

41 -Les enzymes sont des protéines qui catalysent certaines réactions de lorganisme, -rôle de communication entre les cellules (hormones comme linsuline ou lhormone de croissance...), -défense de lorganisme (anticorps, protéines du CMH) -transport (protéines membranaires, hémoglobine...) -structure (fibres protéiques telles que le collagène ou la kératine) -mouvement (protéines musculaires).

42 III. Les lipides

43 III. Les lipides 1. Structure

44 a) Les triglycérides

45 Glycérol + 3 acides gras

46 suivant saturation en hydrogène des acides gras:

47 Acides gras saturés : - que des liaisons simples entre les carbones (pas de liaisons doubles). On ne peut pas ajouter d'hydrogène à la molécule; elle est saturée. - ex: L'acide palmitique dans le gras animal (20 à 30%) dans certains gras végétaux : 35 à 45% dans lhuile de palme, souvent utilisée dans l'industrie alimentaire (biscuits, gâteaux, margarine). L'huile de coco aussi est riche en acide palmitique.

48 Acide gras monoinsaturés : une double liaison carbone=carbone. Ex: acide linoléique Acides gras polyinsaturés : plusieurs liaisons doubles. Ex: Les oméga 3 et 6 (acide arachidonique par ex)

49 Les triglycérides d'origine animale sont généralement saturés alors que les triglycérides d'origine végétale sont, le plus souvent, mono ou polyinsaturés. Les acides gras saturés sont en principe solides à 20°C alors que les insaturés sont liquides. La consommation dacides gras saturés est à éviter. Il y aurait un lien entre la quantité de gras saturés dans lalimentation et un taux anormalement élevé de cholestérol sanguin. Or, un taux élevé de cholestérol augmente les risques de maladies cardiovasculaires…

50 Acide gras cis et trans Dans lindustrie alimentaire, on utilise souvent des huiles hydrogénées, car -plus stables (se conservent plus longtemps et résistent mieux à la chaleur) -propriétés recherchées en cuisine (pâtes ou biscuits plus croustillants; gâteaux plus moelleux, etc.). Quand hydrogénation incomplète (il reste une ou plusieurs doubles liaisons), on obtient des acides gras « trans ». Suivant la position des H liés aux deux carbones de la double liaison :

51 III. Les lipides 1. Structure b) Les phospholipides

52 glycérol + deux acides gras + groupement phosphate. diffèrent suivant les acides gras rattachés au glycérol et par différents groupements chimiques qui peuvent se rattacher au groupement phosphate Souvent, un des deux acides gras est saturé et l'autre ne l'est pas.

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55 LDL (Low Density Lipoprotein) Micelles permettant le transport du cholestérol dans le sang : constitués de cholestérol (orange) enrobé d'une couche de phospholipides (vert). Le côté hydrophile des phospholipides est dirigé vers l'extérieur (ce qui permet au micelle d'être soluble dans l'eau) alors que le côté hydrophobe est du côté du cholestérol. La portion jaune est une protéine qui permet au micelle de se fusionner à une cellule. Les LDL contiennent aussi des triglycérides et des acides gras mélangés au cholestérol.

56 III. Les lipides 1. Structure c) Les stérides

57 Noyau stérol + groupement différent suivant les stéroïdes Ex: cholestérol, hormones fabriquées à partir du cholestérol telles que la cortisone, les oestrogènes ou la testostérone.

58 Mise en évidence Colorés en rouge par le rouge soudan Colorés en noir par le tétroxyde dosmium Forment une tâche translucide sur le papier

59 III. Les lipides 2. Rôle

60 non solubles dans l'eau. peuvent se dissoudre dans l'eau du corps en s'associant à des phospholipides et à des protéines spéciales.

61 Rôle énergétique : triglycérides (issus de tous les surplus alimentaires en glucides, en lipides ou en protéines). Isolation thermique : chez certains animaux tels que les baleines ou les phoques.

62 La testostérone: - stimule la croissance des muscles. - est responsable du développement des organes génitaux et des caractères sexuels secondaires masculins. Le cholestérol: - s'associe aux phospholipides pour former les membranes des cellules animales (pas de cholestérol chez les végétaux). - sert à former différentes molécules essentielles comme les hormones stéroïdes, la vitamine D ou les sels biliaires (ces derniers sont contenus dans la bile; ils aident à la digestion des lipides dans l'intestin). - À un taux sanguin élevé, augmente les risques de maladies cardiaques, particulièrement l'athérosclérose (caractérisée par la formation de plaques d'athéromes, des accumulations de tissus et de lipides dans la paroi des artères). La présence de telles plaques d'athéromes au niveau des artères coronaires (les artères irriguant le coeur) augmente énormément les risques d'infarctus du myocarde.

63 Remarque: Le cholestérol se déplace dans le sang en association avec des protéines et des phospholipides. Ces structures sont appelées lipoprotéines. Plus la lipoprotéine contient de protéines, plus sa densité est élevée. On distingue deux types de lipoprotéines : - Les HDL (Hight Density Lipoprotein) qui constituent le « bon cholestérol » - Les LDL (Low Density Lipoprotein) qui constituent le « mauvais cholestérol »

64 IV. Les nutriments

65 Généralités - Issus de digestion (rôle des enzymes surtout) - Assimilables par lorganisme (intestin) - Autres molécules: vitamines, minéraux / oligo-éléments (non combustibles), EAU

66 Le métabolisme des glucides: Absorbés au niveau de lintestin sous forme de monosaccharides. Destruction des liaisons des sucres complexes par ajout d'une molécule d'eau (hydrolyse).

67 Action des enzymes: Ex: dans l'intestin: amylase amidon pancréatique maltosemaltase glucose glu-glu-glu-...-glu glu-glu glu Aussi action de la saccharase et la lactase. Monosaccharides autres que glucose transformés en glucose par le foie. Si glucide non transformé en monosaccharides : non absorbé par le corps (ex: cellulose).

68 Le métabolisme des protéines: -Les acides aminés issus de la digestion des protéines des aliments. Dans lestomac, puis lintestin: sucs digestifs, enzymes pancréatiques et intestinales Protéines acides aminés - Chaque cellule fabrique les protéines dont elle a besoin à partir de ces acides aminés (plus de différentes chez certaines cellules, dans tout lorganisme).

69 Le métabolisme des lipides: Dans l'intestin : l ipase pancréatique triglycéridesmonoglycérides + acides gras Une fois absorbés dans la paroi intestinale, la réaction inverse se produit afin que les triglycérides passent dans le sang pour être acheminés au foie et aux cellules.

70 Nutriment essentiel: doit être fourni par lalimentation Déf carence En eau: déshydratation Nutriments essentiels / carences

71 Protéines 8 acides aminés essentiels (valine, leucine, isoleucine, thréonine, tryptophane, phénylalanine, méthionine et lysine). Complémentarité de certains aliments (ex céréale [riz] et légumineuse [lentilles]) importante dans régime végétarien ou végétalien. Carence: Kwashiorkor La spiruline est une algue très riche en protéines (55 à 70%); elle est utilisée dans la lutte contre la malnutrition dans certains pays.

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73 Si lalimentation est trop pauvre en protéines : Si manque de certains acides aminés essentiels, l'organisme utilise ses propres protéines (protéines musculaires et protéines du sang surtout). Doù perte rapide de muscle (il y aurait aussi une baisse de protéines plasmatiques). Si lalimentation est trop riche en protéines : Utilisation des acides aminés en excès dans la respiration cellulaire ou transformation en graisse (et non en muscles !!!) : il nexiste pas de réserves de protéines ou d'acides aminés. Ces transformations libèrent de l'azote (le groupement amine des acides aminés) qui est converti en urée. L'urée, un déchet, est ensuite éliminée par les reins.

74 Acides gras essentiels: Dans les oméga 3 et 6 Constituants des membranes cellulaires

75 Glucides Carence en sucres: hypoglycémie Surpoids…. Obésité (en combinaison avec d'autres facteurs) caries Maladies métaboliques (diabète, intolérances au lactose, au galactose, etc.)

76 Vitamines -Vitamine C : dans les fruits et les légumes (agrumes, tomates, poivrons...) Carence : scorbut -Vitamines B : dans les céréales, fruits, légumes… Carence en B1 : béribéri (quand riz décortiqué…) B12 surtout dans les produits d'origine animale (de même que vitamine D) : lait, fromage, yaourt et œufs en contiennent en quantité suffisante puisque la quantité journalière requise est infime (1 microgramme) B12 stockée dans le foie représente une réserve pour une période allant de 3 à 6 ans Carence en B12 : graves conséquences (anémies…) chez végétaliens (peut n'apparaître qu'après plusieurs années) Carence en B9 : chez femme enceinte (spina bifida du fœtus)… Doù supplément alimentaire en folates -Vitamine A: la provitamine A (β-carotènes) - convertie en vitamine A dans l'organisme - dans les légumes (carottes, épinards, persil, cresson, etc.) -Vitamine D: Synthétisée par lorganisme exposé au soleil (même peu) indispensable à l'assimilation du calcium et est particulièrement importante au cours de la croissance Carence : rachitisme -Vitamine K: dans les légumes verts -Vitamines E et F: dans les graines oléagineusesetc…

77 Minéraux Fer : - Carence courante, surtout chez les enfants et adolescents en pleine croissance, les femmes enceintes ou pré-ménopausées. - Risque danémie Calcium : - nécessaire pour la formation et le maintien des os et pour l'équilibre nerveux. - Dans les produits laitiers, les végétaux (persil, brocolis…), mais très peu dans les viandes (de plus, leur consommation en accentue les besoins : leur richesse en phosphore augmente la perte de calcium dans les urines). - Un excès de protéines diminue son absorption et contribue pour beaucoup à l'apparition de lostéoporose (fragilité osseuse). - Régulé par la vitamine D Iode : goitre…


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