La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Chapitre 2 Biochimie et Biosynthèse. A Composition chimique des cellules 1.Les cellules sont composées dun petit nombre de types datomes 2.La couche externe.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Chapitre 2 Biochimie et Biosynthèse. A Composition chimique des cellules 1.Les cellules sont composées dun petit nombre de types datomes 2.La couche externe."— Transcription de la présentation:

1 Chapitre 2 Biochimie et Biosynthèse

2 A Composition chimique des cellules 1.Les cellules sont composées dun petit nombre de types datomes 2.La couche externe des atomes détermine les interactions de atomes 3.Les liaisons ioniques se forment par gain/perte déléctrons 4.Les liaisons covalentes se forment par partage déléctrons

3 Composition chimique des cellules 5.Leau est le principal composant des cellules 6.Certaines molécules polaires forment des acides ou des bases dans leau 7.4 types de liaisons non-covalentes lient les molécules 8.La cellule contient 4 variétés de petits composants organiques

4 Composition chimique des cellules 9.La cellule contient 4 variétés de petits composants organiques 10.La biochimie est dominée par des macromolécules aux propriétés remarquables 11.Les liaisons non-covalentes déterminent la forme des macromolécules et leur capacité à se lier à dautres molécules

5 1. Les cellules sont composées dun petit nombre de types datomes neutron électron proton atome de carboneatome dhydrogène nombre atomique = 1nombre atomique = 6

6 poids atomique (dun atome) ou poids moléculaire (dune molécule): masse relative par rapport à latome dhydrogène (= nombre de protons + nombre de neutrons nombre dAvogadro: Nombre datome dans 1 gramme dhydrogène = dalton: poids atomique de lhydrogène

7 isotopes: différentes formes physiques chimiquement équivalentes dun même élément (p ex 12 C et 14 C)

8 Mole (dun élément, dune substance): masse (en grammes) de atomes ou molécules de cette substance = X g de cet atome/molécule, avec X = poids moléculaire (p ex 1 mole de C = 12g, 1 mole de glucose = 180g, 1 mole de NaCl= 58g Solution molaire (dun élément, dune substance): solution qui contient 1 mole de cet atome/molécule par litre de liquide (p ex 1 solution molaire de glucose contient 180g de glucose/l).

9 1. Les cellules sont composées dun petit nombre de types datomes Il existe 92 éléments naturels (définis par leur nombre de protons et délectrons) 4 atomes constituent 96.5% du poids dun être vivant: H, C, O, N organismes croûte terrestre abondance relative (%)

10 nombre atomique couche électronique Nombre délectrons de la couche complète Gaz inertes Na+ K+ Ca++ Mg++

11 3. Les liaisons ioniques se forment par gain/perte délectrons liaison covalenteliaison ionique partage délectrontransfert délectron moléculeion positifion négatif atomes (souvent polarisée)

12 Valence: nombre délectrons quun atome doit gagner ou perdre pour avoir une couche électronique externe saturée

13 3. Les liaisons ioniques se forment par gain/perte délectrons Na (11) Cl (17) ion sodium (Na + ) cation ion chlorure (Cl - ) anion Chlorure de sodium (NaCl) NaCl: cristaux de sels soluble dans leau

14 4. Les liaisons covalentes se forment par partage délectrons Caractéristiques des liaisons covalentes –Longueur de la liaison: rayon dun atome –Energie de la liaison –Géométrie de la liaison –Liaison simples ou doubles –Liaison covalente polaire

15 4. Longueur des liaisons covalentes Distance séparant les noyaux de 2 atomes Force de Van der Waals à léquilibre à ce point, qui correspond à la longueur de la liaison covalente énergie répulsion attraction

16 La longueur dune liaison covalente est inférieure à la somme des rayons des atomes reliés Liaison covalente O-H distance 0.96 A rayon de H 1.2 A rayon de O 1.4 A

17 4. Énergie des liaisons covalentes Quantité dénergie qui doit être apportée pour rompre la liaison (en Kcal/mole) liaison non-covalente dans leau hydrolyse de lATP dans la cellules liaison C-C oxydation complète du glucose agitation thermique moyenne Échelle logarithmique!

18 Géométrie des liaison covalentes oxygène azote carbone propane eau

19 Il existe différentes formes de liaisons covalentes oxygène eau éthane éthène Liaison simple/doubleLiaison polaire formation dun dipôle partage de 2 électrons partage de 4 électrons

20 5. Leau est le principal composant des cellules La molécule deau est polarisée Les interactions entre les parties chargées positivement et négativement de 2 molécules deau voisines = liaison hydrogène Les molécules qui forment des liaisons hydrogène avec leau sont soluble dans leau (hydrophiles) Les liaison peu polarisées (C-C) interagissent peu avec leau et sont insolubles dans leau (hydrophobes)

21 6. Certaines molécules polaires forment des acides ou des bases dans leau acide acétique les protons se déplacent dune molécule deau à lautre ion hydronium ion hydroxyl ion acétate eau Leau pure a un pH de 7 ([H 3 O] = [OH - ]= M)

22 acide: substance qui libère des ions H+ (pour former des ions H hydronium) en se dissolvant dans leau. base: substance qui augmente la concentration en ion OH - en se dissolvant dans leau.

23 7. Quatre types de liaisons non-covalentes lient les molécules Type de liaisonlongueur (nm) énergie (K/cal/mole) dans le videdans leau covalente Non covalente -Ionique -Hydrogène -Van der Waals -hydrophobe

24 Les liaison ioniques sont réduites en milieux aqueux

25 atome donneuratome accepteur liaison covalente 0.1nmliaison hydrogène ~0.2 nm

26 Comment des interactions non-covalentes assurent la liaison de 2 molécules

27 8. La cellule contient 4 variétés de petits composés organiques 1: SUCRESPOLYSACCARIDES 2: ACIDES GRASGRAISSE, LIPIDES, MEMBRANES 3. ACIDE AMINESPROTÉINES 4. NUCLÉOTIDESACIDES NUCLÉIQUES Petits composés: poids moléculaire 100 à 1000 (<30 c)

28 Les sucres remplissent de multiples fonctions polymère de glucose –Stockage dénergie glycogène, amidon –Support mécanique: cellulose polymère de N-acetyl glucosamine: chitine Glycolipides Glycoprotéines

29 1 Les sucres sont des hydrates de carbones (CH 2 O) n H O C C C C C OH H H H aldose Hexoses C 6 H H COH C C C C C H H H H O H aldehyde cétone cétose glucosefructose CHOH H H

30 Les sucres sont des hydrates de carbones (CH 2 O) n Le glucose

31 O O CH 2 OH isomères: se dit de molécules qui ont la même composition chimique mais une structure différente isomères optiques: se dit de molécules isomères qui sont limage en miroir lune de lautre (isomères L et D)

32 Position ou de lhyrdoxyl lié au carbone qui porte le groupe cétone ou aldéhyde OH O O hydroxyl

33 Les sucres sont les sous-unités des polysaccharides condensationhydrolyse Liaison réactive glycosidique dans un dissacharide monosaccharide

34 Énorme variété des polysaccharides disaccharides de 2 D-glucose

35 Rôles des sucres Glucose –monomère: source centrale dénergie –polymère: glycogene = stockage dénergie Support mécanique –cellulose (glucose) –chitine (N-acetyl-glucosamine) Glycoprotéines, glycolipides

36 Les acides gras sont les principaux composants des membranes extrémité hydrophile: acide carboxylique queue hydrophobe hydrocarbonée acide palmitique = acide gras saturé

37 Fonctions des lipides Collection de molécules insolubles dans leau, solubles dans la graisse et dans les solvants organiques 1.Réserve dénergie: 6X par rapport aux sucres sous forme de triglycérides 2.Formation des membranes : couches bi- lipidiques de phospholipides

38 Triacyl-glycerol H2CH2C O H2CH2C O H2CH2C O H2CH2C OH H2CH2C H2CH2C C O C O C O glycéroltriacylglycerol

39 Structure des phospholipides CH 2 CHCH 2 O POO groupe hydrophile (alcohol) phosphate glycerol acides gras O

40 Organisation des membranes bi-lipidique phospholipide 2 queues hydrophobiques dacide gras tête hydrophile eau bi-couche phospholipidique

41 Les acides aminés sont les sous-unités des protéines Groupe amine Groupe carboxyle Forme non ionisée Forme ionisée Carbone chaîne latérale ALANINE

42 Les polypeptides ont une polarité structurelle Extrémité N-terminal Extrémité C-terminal

43 Les nucléotides anneau contenant 1 N = 1 base (en condition acide, lie 1H + ) PYRIMIDINE: cytosine, thymine, uracil PURINES: guanine, adénine lié à un pentose (sucre à 5 C) et un groupe phosphate sous-unités de lADN, de lARN forme de stockage transitoire de lénergie ribonucléotide adénosine triphosphate: ATP

44 Les nucléotides comportent 2 types de base N N N N PURINE Adenine Guanine N N PYRIMIDINE Thymine Cytosine Uracile

45 PURINESPYRIMIDINES Adénine (A) Uracile (U) Guanine (G) Thymine (T) Cytosine (C) A, G, T, C dans lADN A, G, U, C dans lARN

46 H H HOCH 2 H H O OH H D-2-désoxyribose H H HOCH 2 H H O OH D-Ribose les nucléotides comportent un pentose… ARNADN

47 BASESUCRE + = NUCLEOSIDE

48 PHOSPHATEBASESUCRE + + = NUCLEOTIDE

49 Les nucléotides sont les sous-unités des acides nucléiques CH2 OH O NH2 O O O O P O N SUCRE BASE PHOSPHATE

50 basenucléosideabréviationnucléotide ADENINEADENOSINE A AMP, dAMP GUANINEGUANOSINE G GTP CYTOSINECYTIDINE C THYMINETHYMIDINE T URACILEURIDINE U UDP PURINES PYRIMIDINES

51 Adénosine 5-monophosphate AMP Adénine Ribose Phosphate OH

52 2-désoxyadénosine 5-monophosphate dAMP Adénine 2-désoxyribose Phosphate H

53 chaîne dADN Séquence dADN Par convention lue de 5 vers 3 Groupe 5 phosphate libre Groupe 3OH libre Extrémité 3 Extrémité 5 Liaison phosphodiester 5-3

54 Structure de lATP (adenosine triphosphate)

55 LATP transporte lénergie dans la cellule Liaisons phosphoanhydriques riches en énergie Phosphate Inorganique (P i ) Énergie disponible pour les travaux de la cellule Énergie des aliments

56 10. Les liaisons non covalentes définissent la structure tridimensionnelle dune molécule Beaucoup de conformations instables Une conformation stable repliée

57 10 Rôles des liaisons covalentes et non-covalentes dans la formation des macromolécules MACROMOLECULES SOUS-UNITÉS ASSEMBLAGE MACROMOLECULAIRE protéine globulaire, ARN Liaisons covalentes sucres, acide aminés, nucléotides ribosome Liaisons non-covalentes 1. ioniques 2. hydrogène 3. van der Waals 4. hydrophobe

58 Biochimie et Biosynthèse A.Composition chimique des cellules B.Catalyse et utilisation de lénergie par les cellules 1.Il existe deux types de voies métaboliques couplées (anaboliques et cataboliques) 2.Lagencement ordonné dans la cellule est rendu possible par la production de chaleur par la cellule 3.Les cellules tirent leur énergie de loxydation des molécules organiques

59 Biochimie et Biosynthèse B.Catalyse et utilisation de lénergie par les cellules 4.Les oxydations et les réductions correspondent à des transferts délectrons 5.Les enzymes abaissent les barrières qui bloquent les réactions chimiques 6.La diffusion des substrat permet leur rencontre avec les enzymes 7.Les changements dénergie libre détermine si une réaction peut survenir ou non

60 Biochimie et Biosynthèse B.Catalyse et utilisation de lénergie par les cellules 8.Les transporteurs dénergie activés sont essentiels pour la biosynthèse 1.ATP: anénosine tri-phosphate 2.NADP: nicotinamide adenine dinucléotide 3.NADPH: nicotinamide adenine dinucléotide phosphate 4.Acéyl CoA: un transporteur dacétyle 9.La synthèse des polymères biologiques demande un apport dénergie 10.Les aliments sont dégradés en 3 étapes pour produire de lATP

61 Biochimie et Biosynthèse B.Catalyse et utilisation de lénergie par les cellules 11.Les organismes emmagasinent lénergie dans des réservoirs particuliers 12. Les acides aminés et les nucléotides font partie du cycle de lazote

62 Les réactions chimiques nécessaires à la vie sont accélérées (catalysées) par des protéines spéciales: les enzymes catalyse par lenzyme 1 catalyse par lenzyme 2 catalyse par lenzyme 3 catalyse par lenzyme 4 catalyse par lenzyme 5 Voie métabolique

63 Deux types de voies métaboliques fonctionnent en sens opposé dans les cellules VOIES CATABOLIQUES VOIES ANABOLIQUES (BIOSYNTHÈSE) énergie utilisable aliments molécules qui constituent la cellule sous-unités de biosynthèse

64 Les lois de la thermodynamique s appliquent aux vivants Seconde loi de la thermodynamique dans lunivers (ou dans un système isolé) le désordre (lentropie) ne peut que croître

65 Les lois de la thermodynamique s appliquent aux vivants Première loi de la thermodynamique lénergie peut se convertir dune forme à une autre, mais ne peut ni se créer, ni disparaître

66 locéan de matière cellule augmentation de désordre diminution du désordre CHALEUR

67 Respiration = oxydation des C et des H des molécules organiques PHOTOSYNTHÈSERESPIRATION PLANTES ALGUES BACTERIES LA PLUPARTDES ORGANISMES énergie solaire énergie libre chimique Sucres et autres matières organiques sucres

68 Les oxydations et les réductions correspondent à des transferts délectrons Oxydation dune molécule: –ajout datomes doxygène sur cette molécule –ou retrait délectrons (qui suppose laddition délectrons sur une autre molécule = sa réduction) –Ou retrait partiel délectron partagé Latome réduit gagne un (ou des) électrons (+/- proton = addition dun H = hydrogénation)

69 Oxydation et réduction atome 1atome 2 réduit formation dune liaison covalente polaire molécule + - atome 1 oxydé atome 2

70 A + e - + H = AH hydrogénation = réduction AH - e - - H + = A déshydrogénation = oxydation Oxydation et déshydrogénation

71 Lénergie dactivation Énergie dactivation pour aller de X à Y Réaction chimique Energie totale

72 Les enzymes diminuent lénergie dactivation des réactions chimiques

73 Caractéristiques des enzymes Catalyseur = accélérateur Affinité: vitesse de dissociation Sélectivité Site catalytique = site actif Ré-utlisable Site actif molécule A (substrat) molécule B (produit)

74 La diffusion rapide des substrats permet aux enzymes dêtre actifs Déplacement au hasard Mouvements moléculaires 1.Vibration 2.Rotation 3.Translation Petite molécule organique: 50 m /sec

75 La perte dénergie libre augmente lentropie G négatif G positif Réaction spontanée possible Réaction qui doit être couplée à une autre réaction énergétiquement favorable Niveau dénergie libre

76 La concentration des réactifs influence G MÊME CONCENTRATION DE DÉPART Molecules AMolécules B La conversion de A en B est énergétiquement favorable

77 La concentration des réactifs influence G Molécules AMolécules B A léquilibre, autant de molécules A se transforment en molécules B que linverse LEXCES DE MOLECULES B COMPENSE LA FAIBLE VITESSE DE CONVERSION B A

78 Le changement dénergie libre à 37°C Une partie de G est indépendante de la concentration des réactifs Une partie de G dépend de la concentration des réactifs G = G° ln [B] [A] = RT = constante des gaz X température absolue Exprimé en Kcal/mole

79 La constante déquilibre dune réaction dépend de la valeur de G° G° = ln [B] [A] À léquilibre G = O = e - G°/0.616 = K [B] [A]

80 Relation entre K et G° K= [B] [A] Constante déquilibreénergie libre de B – énergie libre de A (Kcal/mole) G°

81 Un enzyme accélère une réaction sans changer son point déquilibre Réaction non catalyséeRéaction catalysée

82 Dans des réactions séquentielles, les G sadditionnent Point déquilibre de la réaction Y Z Point déquilibre de la réaction X Y X Y Z X Y Point déquilibre de la réaction séquentielle X Z G°= +5Kcal/mole G°= -13 Kcal/mole G°= = -8 Kcal/mole Y Y

83 Les transporteurs dénergie activés sont essentiels pour la biosynthèse ANABOLISMECATABOLISME ENERGIE ALIMENTS molécules disponibles dans la cellule molécules nécessaires à la cellule Réaction énergétiquement favorable Réaction énergétiquement défavorable Transporteur activé ENERGIE ALIMENTS OXYDES

84 Lactivation dun transporteur dénergie est couplée à une réaction énergétiquement favorable G négatif G positif Réaction spontanée possible Réaction qui doit être couplée à une autre réaction énergétiquement favorable Niveau dénergie libre enzyme transporteur dénergie activé

85 LATP est le transporteur dénergie le plus universel Liaisons phosphoanhydres Phosphate Inorganique (Pi) G°= -11 à -13 Kcal/mole

86 Lénergie stockée dans lATP peut servir à joindre 2 molécules ETAPE DACTIVATION ETAPE DE CONDENSATION Intermédiaire de haute énergie Produits dhydrolyse de lATP glutamine acide glutamique ammonium Liaison phosphoester

87 Lhydrolyse complète de ATP peut fournir 13 kcal + 13 kCal = 26 kcal

88 NAD + et NADP + = 2 transporteurs délectrons à haute énergie essentiels Oxydation de la molécule 1 Réduction de la molécule 2 Transfert de 2 électrons à haute énergie + 1 proton Enlèvement de 2 H Le NADP fixe un ion hydride: 1 H + 1 électron Un proton est relargué dans le milieu Transfert dun ion hydride

89 Ce phosphate est absent dans le NAD + et le NADH anneau nicotinamide oxydéréduit

90 Les transporteurs dénergie sont associés à des voies métaboliques différentes NADNADP voies cataboliques voies anaboliques NAD + /NADH élévé Receveur dénergie NADP + /NADPH bas Source dénergie

91 Acéyl CoA: un transporteur dacétyle groupe acétyle CoAgroupe acétyle Liaison de haute énergie

92 La synthèse des polymères biologiques demande un apport dénergie énergie provenant de lhydrolyse dun nucléoside triphosphate glycogène liaison glycosidique

93 La synthèse des polynucléotides se déroulent en plusieurs étapes, avec hydrolyse complète de lATP polynucléotide à 2 nucléotides polynucléotide à 3 nucléotides Produit de lhydrolyse complète de lATP nucléoside monophosphate Intermédiaire de haute énergie = polynucléotide tri-phosphate

94 Il existe 2 orientations de polymérisation des polymères biologiques polymérisation apicale polymérisation caudale p.ex. proteines acides gras p.ex. polysaccharides polynucléotides Chaque monomère apporte une liaison énergétique pour lier le suivant Chaque monomère apporte une liaison énérgétique pour se lier lui-même

95 La cellule oxyde les aliments par étapes Oxydation par étapes des sucres dans les cellules Combustion directe des sucres petites énergie dactivation fournies par la température de la cellules forte énergie dactivation (chaleur du feu) transporteurs activés Dissipation totale de lénergie en chaleur sucre O2O2 + O2O2 +

96 1. Digestion enzymatique des aliments protéinespolysaccharidesgraisses acides gras glycérol sucres simplesacides aminés glucose ÉTAPE 1 DIGESTION DES MACROMOLÉCULES EN SOUS-UNITÉS SIMPLES HORS DE LA CELLULE

97 2. Glycolyse acides gras glycérol sucres simplesacides aminés glucose ETAPE 2 GLYCOLYSE DECOMPOSITION DES SOUS-UNITÉS EN ACÉTYL CoA ACCOMPAGNEE DUNE PRODUCTION LIMITEE DATP ET DE NADH DEBUTE DANS LE CYTOSOL SACHEVE DANS LA MITOCHONDRIE glycolyse

98 ETAPE 3 OXYDATION COMPLETE DE ACÉTYL CoA EN CO2 ET H2O ACCOMPAGNEE DUNE FORTE PRODUCTION DATP ET DE NADH DANS LA MITOCHONDRIE membranes mitochondriales membrane plasmatique déchets Phosphorylation oxidative acides gras glycérol sucres simples acides aminés pyruvate NADH réducteurs 3. Phosphorylation oxydative cycle de Krebs

99 La glycolyse produit de lATP sans dépendre d0 2 une molécule de glucose fructose 1,6-biphosphate 2 molécules de glyceraldéhyde 3-phosphate 2 molécules de pyruvate apport dénergie rupture dun sucre à 6C en 2 sucres à 3C production dénergie

100 La fermentation permet la production soutenue dATP en labsence d 0 2 glycolyse CYTOSOL lactate

101 La phosphorylation oxydative permet de récupérer lénergie des sucres et des graisses sucres poly- saccharides graisses sucresglucosepyruvate acides gras acetyl coA MITOCHONDRIE CYTOSOL pyruvate acides gras PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Membrane plasmique NADH 30 ATP H+H+ GLYCOLYSE 1 glucose2 ATP

102 La chaîne de transport des électrons de la mitochondrie protéine membranaire électron de forte énergie électron de faible énergie Création dun gradient Transmembranaire de H + INTERIEUR DE LA MITOCHONDRIE CYTOSOL

103 glucose GLYCOLYSE

104 Les cellules emmagasinent lénergie dans des réservoirs particuliers liaison 1,4 glycosidique du squelette liaison 1,6 glycosidique de branchement Le glycogène

105 Les cellules emmagasinent lénergie dans des réservoirs particuliers Les graisses

106 Biochimie et Biosynthèse B.Catalyse et utilisation de lénergie par les cellules 11.Les organismes emmagasinent lénergie dans des réservoirs particuliers 12. Les acides aminés et les nucléotides font partie du cycle de lazote

107 Les acides aminés et les nucléotides font partie du cycle de lazote ACIDES AMINES ESSENTIELS

108 Chapitre 2 Biochimie et biosynthèse FIN


Télécharger ppt "Chapitre 2 Biochimie et Biosynthèse. A Composition chimique des cellules 1.Les cellules sont composées dun petit nombre de types datomes 2.La couche externe."

Présentations similaires


Annonces Google