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MACROMOLECULES PROTEINES ACIDES NUCLEIQUES. Molécules de PM > ou très largement > 1000 Structure complexe et précise à 3 ou 4 niveau dorganisation primaire,

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1 MACROMOLECULES PROTEINES ACIDES NUCLEIQUES

2 Molécules de PM > ou très largement > 1000 Structure complexe et précise à 3 ou 4 niveau dorganisation primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire* forme définitive et souvent « active » de la molécule Responsables des fonctions les plus caractéristiques de la cellule vivante : assemblage des constituants cellulaires catalyse des transformations chimiques production de mouvements hérédité

3 Les fonctions des macromolécules informations apportées par les macromolécules qui elles-mêmes de lenchaînement des sous-unités par liaisons covalentes de la structure tridimensionelle des interactions entre molécules ou entre différentes parties de la molécule par liaisons non covalentes (ioniques, hydrogènes ou de van der Waals) Constante de liaison ou daffinité

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7 Processus dinteractions moléculaires Diffusion due à lagitation thermique Itinéraire aléatoire distance proportionnelle à la racine carrée du temps Mouvement constant Translocation : mvt dune molécule dun endroit à un autre Vibration : mvt rapide de va et vient datomes liés de façon covalente rotations Formation du complexe Immédiate : vitesse de formation limitée par diffusion Plus lente : nécessite des forces de liaison non covalentes Notion de constante déquilibre (v formation et dissociation sont égales) = constante daffinité

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9 PROTEINES

10 Liaison peptidique:permet la construction des protéines à partir des 20 acides aminés

11 Ex. le lysosyme : 129 acides aminés 1er acide aminé (Lysine) 129e acide aminé (Leucine) Structure primaire de la protéine = ordre dans lequel sont placés les acides aminés.

12 Les protéines sont des molécules très variées: On peut imaginer: 3,6 millions de protéines différentes de 10 acides aminés chacune, 1,3 milliards de 15 acides aminés, 15,5 milliards de 25 acides aminés. Si on assemblait au hasard 129 acides aminés piqués au hasard parmi les 20, il y aurait une chance sur d'obtenir du lysosyme.

13 Les protéines sont des molécules très variées: On peut imaginer: 3,6 millions de protéines différentes de 10 acides aminés chacune, 1,3 milliards de 15 acides aminés, 15,5 milliards de 25 acides aminés. Si on assemblait au hasard 129 acides aminés piqués au hasard parmi les 20, il y aurait une chance sur d'obtenir du lysosyme.

14 La protéine assemblée se replie pour former une structure tridimensionnelle précise:

15 Lysosyme Insuline Hexokinase

16 Certaines parties de la protéine peuvent adopter une forme régulière = structure secondaire: Feuillet bêta Hélice alpha Pas de conformation régulière Forme finale = structure tertiaire Figure 2.17 p. 50

17 Acétylcholinestérase Hélices alpha Feuillets bêta

18 Feuillets bêta en jaune Hélices alpha en violet

19 Beaucoup de protéines sont formées de plusieurs chaînes d'acides aminés qui s'imbriquent les unes dans les autres = structure quaternaire Ex. Hémoglobine : 2 chaînes alpha et 2 chaînes bêta 2 chaînes

20 Protéines globulaires et fibreuses (p. 51) La plupart des protéines ont une forme compacte (comme un petit nuage) = protéines globulaires Certaines sont longues et filiformes (formées d'une seule hélice alpha). Elles peuvent s'associer entre elles pour former des fibres résistantes = protéines fibreuses

21 chromatographie

22 Électrophorèse principe méthodes

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25 Méthodes physiques danalyse des protéines

26 Principales fonctions des protéines 1. Structure, support mécanique 2. Régulation du métabolisme 3. Mouvement 4.Transport de molécules 5. Défense de l'organisme 6. Transport membranaire 7. Métabolisme (les enzymes)

27 Les protéines fibreuses forment des fibres résistantes. Ex. le collagène et la kératine 1. Structure et support mécanique 2. Régulation 3. Mouvement 4.Transport 5. Immunité 6. Transport membranaire 7. Métabolisme

28 Collagène : formé de trois chaînes d'acides aminés imbriquées

29 Collagène forme la peau (derme), les tendons, les ligaments, l'armature des os, etc. Collagène = protéine la plus abondante de l'organisme.

30 Kératine : forme les ongles, la couche cornée de la peau, les plumes, les écailles, les sabots, etc.

31 La plupart des hormones sont des protéines Ex. L'insuline : 2 chaînes pour un total de 51 ac. Aminés La vasopressine : 1 chaîne courte de 9 ac. aminés 1. Structure 2. Régulation du métabolisme : les hormones 3. Mouvement 4.Transport 5. Immunité 6. Transport membranaire 7. Métabolisme N.B. Certaines hormones sont des stéroïdes

32 Mouvements dus à 2 protéines : l'actine et la myosine. Les cellules formant les muscles sont remplies de ces protéines. 1. Structure 2. Régulation 3. Mouvement 4. Transport 5. Immunité 6. Transport membranaire 7. Métabolisme L'hémoglobine : transporte l'oxygène La myoglobine : transporte l'oxygène dans les muscles L'albumine sérique : transporte le gras dans le sang

33 Les anticorps (ou immunoglobulines) sont faits de protéines 1. Structure 2. Régulation 3. Mouvement 4. Transport 5. Immunité 6. Transport membranaire 7. Métabolisme Beaucoup de substances chimiques traversent la membrane des cellules en passant par des canaux formés par des protéines. Anticorps IGE

34 Canal responsable de l'expulsion du chlore hors des cellules. Certaines protéines forment un canal pouvant s'ouvrir ou se fermer.

35 Catalyseur = substance qui active une réaction chimique qui, sans le catalyseur, serait très lente ou impossible. Ex. Pourquoi le sucrose ne se défait-il pas en glucose et fructose dans votre café alors qu'il le fait rapidement dans votre intestin? 1. Structure 2. Régulation du métabolisme 3. Mouvement 4.Transport 5. Immunité 6. Transport membranaire 7. Métabolisme : les enzymes La plupart des réactions chimiques qui se déroulent dans la cellule sont catalysées par des protéines spéciales: les enzymes. Enzyme = catalyseur

36 Mode d'action d'une enzyme L'enzyme peut resservir à faire à nouveau la réaction Figure 2.20, p. 54

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38 Quelques centaines des milliers de réactions qui se déroulent dans la cellule. Chaque point représente une substance chimique. Les traits entre les points représentent la transformation chimique d'une substance en une autre. Chacune de ces réactions est catalysée par une enzyme spécifique. La cellule ne peut vivre qu'en effectuant des milliers de réactions chimiques différentes. Chaque réaction est catalysée par une enzyme spécifique.

39 L'enzyme ne peut fonctionner que si elle possède une forme parfaitement adaptée à la ou aux molécules qu'elle catalyse. Les enzymes, comme toutes les protéines globulaires, peuvent se déformer = dénaturation de l'enzyme Enzymes sensibles: aux températures élevées au pH trop élevé ou trop faible Une protéine dénaturée ne peut plus remplir sa fonction.

40 Les enzymes peuvent servir à assembler de petites molécules en plus grosses = anabolisme OU à défaire de grosses molécules en plus petites = catabolisme OU à modifier des molécules en d'autres molécules semblables (changer un glucose en fructose, par exemple) Une enzyme donnée ne peut catalyser qu'une réaction bien précise. Il y a donc autant d'enzymes différentes que de réactions différentes.

41 Protéine des aliments Digestion Acides aminés Circulation Les cellules synthétisent leurs protéines à partir des acides aminés provenant de la digestion Notre alimentation doit contenir des protéines

42 ACIDES NUCLEIQUES ADN - ARN

43 Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides Présents chez tous les êtres vivants * *Cas particulier des virus chez lesquels peut se trouver un seul acide nucléique ADN = acide desoxyribonucléique molécule de lhérédité ARN = acide ribonucléique molécule de la synthèse des protéines

44 Nucléosides et nucléotides

45 Structure dune chaîne dacide nucléique

46 ADN Contient sous forme codée toutes les informations relatives à la vie d'un organisme vivant, du plus simple au plus complexe, viral, procaryote ou eucaryote (bactérien, végétal, animal). Un organisme eucaryote est constitué de plusieurs milliers de milliards de cellules. Ces cellules ont toutes un rôle particulier, et forment les organes, les muscles, la peau... Dans chaque cellule on retrouve un noyau, et dans ce noyau, de l'ADN, le même ADN, quelle que soit la cellule. Sous forme de pelotes, l'ADN est aggloméré en chromosomes. L'homme en porte 23 paires dans ses cellules. Si le contenu de l'ADN humain était mis sous forme d'une encyclopédie, il faudrait à peu près 500 volumes de 800 pages chacun.

47 Une molécule d'ADN se présente sous la forme d'une double hélice enroulée. Cette double hélice est une macromolécule composée de 150 milliards d'atomes. C'est en fait un motif identique tout le temps répété caractéristique de la composition des nucléotides : groupement phosphate, sucre (désoxyribose) base azotée, C'est d'ailleurs le sucre qui donne son nom à l'ADN, tout comme pour l'ARN l'acide ribonucléique.. Dans l'ensemble des 23 paires de chromosomes, on décompte approximativement trois milliards de bases azotées. ADN

48 ADN structure Ce qui différencie un motif d'un autre est la nature de la base azotée. Le sucre et le phosphate sont identiques.

49 La forme en double hélice est due à l'existence de nombreuses interactions dans la molécule. - à lintérieur dune simple chaîne repliement en hélice. -entre chaque hélice : deux à deux, les bases azotées sont associées par liaisons hydrogènes. Ceci assure la stabilité de l'ensemble. Cette capacité dattraction spécifique a des conséquences importante dans les fonctions des acides nucléiques. On parle dappariement des bases Il existe une interaction à deux liaisons hydrogènes entre Adénine et Thymine Il existe une interaction à trois liaisons hydrogènes entre Guanine et Cytosine Les trois structures classiques sont les formes A et B (la plus courante) composées d'hélices droites emmêlées en torsade, tandis que la forme Z est composée d'hélices gauches. La forme B contient 10 bases par tour, un tour d'hélice correspond à 34Å.

50 Réplication de lADN LADN sert de matrice à sa propre duplication. La réplication seffectue par polymérisation dune nouvelle chaîne complémentaire sur chacune des chaînes parentales Comme le nucléotide A ne pourra réussir à sapparier quavec T et G avec C, chaque brin dADN peut déterminer la séquence de nucléotides de son brin complémentaire. De cette façon, la double hélice dADN peut être copiée avec précision

51 Reconnaissance ADN - protéines Dans lorganisation des hélices, il apparaît deux sillons, à peu près également creusés mais plus (grand sillon) ou moins (petit sillon) larges. Les chaînes de phosphodiesters sont proéminentes dans la structure. Le fond des sillons est composé d'atomes appartenant aux bases ; chaque paire de base est apparente dans le petit comme dans le grand sillon. Les sillons sont tapissés d'atomes différents pour chaque paire de bases GC ou AT qui peuvent interagir avec des composants extérieurs aux acides nucléiques, comme les nucléases, les enzymes de restriction, les facteurs de transcription, les polymérases... Ces protéines interagissent donc avec des atomes qui peuvent donner ou accepter des liaisons hydrogènes, ou d'autres qui sont plus (méthyle) ou moins (hydrogène) encombrants, orientés dans la suite de la séquence et reconnaissent donc spécifiquement une séquence nucléique et sa séquence complémentaire. En fait des torsions de la molécule d'ADN (qui font que l'axe de l'hélice devient courbe) ou des tensions entre spires (qui éloignent certaines et en rapprochent d'autres) jouent tout autant sur la reconnaissance ADN-protéines

52 Une molécule d'ARN se présente sous la forme d'une hélice simple Cette hélice utilise le même motif de construction que lADN, soit la succession de nucléotides formés de phosphate, de sucre (ribose) et de bases azotées, C'est également le sucre qui donne son nom à l'ARN : acide ribonucléique.. ARN Dans ce cas, les bases sont également au nombre de 4 liées par liaisons H comme dans lhélice de lADN: cytosine et guanine, adénine et uracile.

53 Structure de la molécule dARN

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55 SYNTHESE DES PROTEINES

56 Une fonction de la cellule est de se reproduire quand on le lui de demande (facteurs de croissances). Lorsqu'elle doit se reproduire, elle se dédouble en se dupliquant. L'ADN de la cellule mère est reproduit à l'identique pour former l'ADN de la cellule fille. Une autre fonction de la cellule est de produire les protéines nécessaires à sa structure et à son fonctionnement. Linformation sur la construction des protéines est incluse dans le code génétique porté par les nucléotides de lADN. LADN est traduit en protéines par lintermédiaire de lARN qui joue le rôle de traducteur du message génétique Pour traduire cet ADN en protéine, les quatre lettres A, C, G et T s'associent en mot de trois lettres (GGA, CTA...) pour former un codon.

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58 Dans lADN eucaryote, la plupart des gènes sont découpés en un certain nombre de régions codantes plus petites (exons) interrompues par des régions non codantes (introns). Quand un gène eucaryote est transcrit de lADN en ARN, les exons et introns sont copiés pour produire le transcrit primaire dARN Les introns sont éliminés par épissage (introns excisés et exons liés entre eux) dans une réaction catalysée par des complexes ribonucléoprotéiques snRNP ARNm migre alors vers le cytoplasme

59 Lexpression de linformation génétique stockée dans lADN implique que la séquence linéaire des nucléotides soit traduite en une séquence colinéaire dacides aminés. 1) segment limité dADN copié en chaîne complémentaire dARN. 2) transcrit primaire dARN épissé pour supprimer les séquences dintrons ARNm. 3) traduction en protéines par un ensemble de réactions complexes qui se déroulent sur un ribosome (ARNt et ARNr).

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61 Chaque ARNt porteur dun anticodon donné est spécifique dun acide aminé donné Site anticodon

62 Ribosome Structure microscopie électronique

63 Synthèse des protéines sur les ribosomes

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65 Hypothèse sur lévolution Cellules initiales : ARN = fonctions génétiques, structurales, catalytiques Actuellement : ADN = génétique Protéines = structure et catalyse ARN = messager dans la synthèse protéique et catalyseur de réactions cruciales (ribozymes)

66 Le code génétique Conséquence : toute modification de nucléotide protéine anormale ou absente

67 La synthèse des protéines est régulée à différents niveaux ADN : inhibiteurs, inducteurs, promoteurs… ARN : épissage Protéine : modifications post traductionnelles catabolisme


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