Module Biologie fondamentale Institut de Formation en Soins Infirmiers Module Biologie fondamentale  Intervenante : Catherine Sautereau, diététicienne, enseignante en nutrition

1. L’EAU L’eau est le constituant quantitativement le plus important de l’organisme. Elle représente 58 à 85% du corps soit 50 litres chez l’homme.

1. L’EAU Sa répartition dépend des tissus: 10% dans le tissu adipeux 22% dans les os 75% dans les muscles - 97% dans les liquides corporels

1. L’EAU La quantité totale d’eau de l’organisme dépend: de l’âge: elle diminue avec l’âge du sexe: l’homme a une masse grasse moins importante que la femme et la quantité d’eau varie en conséquence de 10% - de l’adiposité: le sujet obèse retient moins d’eau que le sujet maigre

1. L’EAU Dans le corps l’eau est distribuée entre 2 compartiments un compartiment extracellulaire: 20% du poids du corps dont 5% sont canalisés dans les vaisseaux et 15% répartis entre les cellules un compartiment intracellulaire: 40% du poids du corps.

1. L’EAU Les tissus les plus hydratés (cerveau, muscle, peau, sang) sont les plus sensibles à la déshydratation. L’eau de l’organisme provient des boissons, des aliments et du métabolisme.

2. Les minéraux CLASSIFICATION Les éléments minéraux de l’organisme peuvent être classés selon différents critères: Aspect qualitatif Aspect fonctionnel.

2. Les minéraux 1.1 Aspect qualitatif Les éléments minéraux sont sous différentes formes: des cristaux solides, non ionisés (ex: squelette, dents) En solution sous forme ionisée Leur concentration s’exprime en mEq/L

2. Les minéraux Certains éléments sont liés à des molécules organiques et forment des composés stables dans lesquels l’élément acquiert des propriétés spécifiques. Ex: Le phosphore entre dans la composition des acides nucléiques, de l’ATP, des phospholipides… Le soufre est présent dans les acides aminés soufrés L’iode se fixe sur les hormones thyroïdiennes

2. Les minéraux 1.2 Aspect physiologique: Les sels minéraux cristallisés ont un rôle plastique (os, dent). Les sels minéraux ionisés sont responsables de la polarisation des membranes et de l’excitabilité neuromusculaire. Ce sont K+, Ca2+, Na+ et Mg2+.

2. Les minéraux

2. Les minéraux Les ions alcalins Na+ et K+ retiennent l’eau dans les compartiments où ils sont concentrés: Na+ retient l’eau extracellulaire, K+ l’eau intracellulaire. Les ions métalliques (zinc, fer, manganèse) jouent un rôle comme cofacteur enzymatique ou comme constituant des métalloenzymes.

2. Les minéraux: le sodium 2. Principaux éléments minéraux 2.1 Le sodium: C’est le cation majeur du milieu extracellulaire, plasmatique et interstitiel. Il maintient la molarité et la pression osmotique de ce secteur. Par conséquence Na+ retient l’eau dans l’organisme. Toute répercussion du bilan sodé se répercute sur le bilan hydrique.

2. Les minéraux: le sodium Bilan du sodium: le bilan entre les entrées et les sorties est réglé par l’ajustage de l’élimination rénale contrôlée par l’aldostérone. Les entrées: Les apports sont excédentaires par rapport aux besoins réels; spontanément nous absorbons 10g de sel (soit 4g de sodium)

2. Les minéraux: le sodium Les sorties: Les pertes intestinales sont faibles mais peuvent devenir importantes en cas de diarrhées Les pertes sudorales sont majorées dans les circonstances particulières Les pertes rénales sont contrôlées par l’aldostérone, responsable de la rétention du sodium (et de l’élimination du potassium).

2. Les minéraux: le potassium 2.2 Le potassium: C’est le cation majeur du milieu intracellulaire. Les entrées: les apports habituels couvrent les besoins. L’excès de K+ est dangereux voir mortel chez les malades rénaux. Les sorties: Les pertes fécales sont faibles mais peuvent devenir importantes en cas de diarrhées, les sorties urinaires sont réglées par l’aldostérone.

2. Les minéraux: le calcium 2.3 Le calcium: C’est le cation le plus abondant de l’organisme ; il représente 1,6% du poids du corps. Rôle plastique: L’essentiel du calcium est immobilisé dans les os et les dents. Rôles biologiques du calcium ionisé: il est indispensable à la contraction musculaire, contrôle l’hémostase , est activateur d’enzymes…

2. Les minéraux: le calcium La plus grande partie du calcium alimentaire n’est pas absorbé: Facteurs freinateurs: pH alcalin, phytates et oxalates, phosphates. Facteurs favorisant: lactose, vitamines C et D

2. Les minéraux: le magnésium 2.4 Le magnésium: est un ion intracellulaire, surtout concentré dans les os. Il joue sur l’excitabilité neuromusculaire, est nécessaire à la contraction et à la relaxation des muscles, active plus de 300 enzymes de la famille des kinases, est un régulateur de la motricité intestinale.

2. Les minéraux: le fer 2.5: le fer: la carence en fer constitue le trouble nutritionnel le plus répandu. Le signe de la carence martiale est l’anémie. Le fer héminique est présent dans les pigments respiratoires. Il est beaucoup mieux absorbé que le fer non héminique.

2. Les minéraux: les halogénures Le fluor: rôle dans la cristallinité de la dent et rôle cariostatique. Des intoxications chroniques donnent des symptômes de fluorose. L’iode: 1/3 est dans la thyroïde Le soufre: rôle plastique dans la kératine, rôle dans les réactions d’activation des AG

3. Les vitamines Définition: Substances organiques que l’organisme est incapable de synthétiser, nécessaires à la croissance et au métabolisme, agissant à faibles doses, dépourvues de valeur énergétique intrinsèque et devant être apportées par l’alimentation 13 vitamines: 4 liposolubles, 9 hydrosolubles

3. Les vitamines hydrosolubles Sources alimentaires Fonctions principales C = Acide Ascorbique Agrumes Fraises et baies acides Kiwi Epinard Chou Tomate - Indispensable à la synthèse de hydroxyproline et hydroxylysine, 2 aa spécifiques du collagène - Intervient dans l’activité du cytochrome P450, coenzyme des réactions de détoxification hépatique - Possède un effet antiviral car elle favorise la synthèse de l’interféron qui empêche le virus de pénétrer dans la cellule - Indispensable à la synthèse des anticorps - Contribue à la libération de substrats énergétiques B1 = Thiamine Enveloppe des grains de blé, riz Les abats, le porc Levure de bière - Essentielle au fonctionnement des tissus nerveux et musculaire. - Elle agit notamment sur la voie des pentoses phosphates (Pyruvate => Acétyl COA)

3. Les vitamines hydrosolubles Sources alimentaires Fonctions principales B2 = Riboflavine Levure de boulangerie Lait Abats Œufs Poissons - Précurseur de 2 coenzymes d’oxydo réduction (FAD et FMN) - Ces flavoenzymes sont impliqués dans de nombreuses réactions clés de la chaîne respiratoire - Intervient lors de la synthèse des protéines B3 ou PP = Niacine Son de riz, de blé, farine de blé Viande - Coenzyme nécessaire au métabolisme des protides, lipides et glucides. - Joue un rôle dans la fabrication de l’hémoglobine - Coenzymes intervenant lors de la chaîne respiratoire (NAD+)

3. Les vitamines hydrosolubles Sources alimentaires Fonctions principales B9 = Acide Folique Levure de bière Épinards, Asperges Orange, Choux Et aussi foie, rognon, muscles - Intervient dans le métabolisme des acides nucléiques: ceci explique qu’un déficit en cette substance se traduise par des anomalies de la mitose, en particulier des cellules mères des globules rouges B12 = cobalamine Coriandre Pigment rouge Abats Fromages Les végétaux n’en contiennent pas - Coenzyme essentiel de la maturation des globules rouges  - Essentiel à la synthèse de l’ADN car la vitamine B12 est la coenzyme de la réaction permettant de réduire le ribose en dexoxyribose.  - Coenzyme permettant la synthèse de la méthionine à partir de l’ homocystèine

3. Les vitamines liposolubles Sources alimentaires Fonctions principales A = Rétinol Huiles de foie d’animaux Beurre et graisse du lait Oeuf Légumes pigmentés (bêta carotène: carottes, épinards…) - Rôle dans la vision - Stimule la synthèse d’ARNm codant pour la synthèse de diverses protéines impliquées dans la croissance cellulaire, la synthèse de la kératine et les réactions immunitaires - Fonction antitoxique du foie en induisant la synthèse du cytochrome P450, responsable des processus de détoxication - Action antinéoplasique? Vis à vis des tumeurs malignes cutanées D = Calciférol Exogène: -Synthèse cutanée - Poissons gras -Jaune d’oeuf Endogène - Minéralisation du squelette - Augmentation de la calcémie - Active la synthèse de la protéine fixatrice de calcium

3. Les vitamines liposolubles Sources alimentaires Fonctions principales E = Tocophérol Huiles végétales Légumes verts Germes de blé - Antioxydant, - Inhibe la peroxydation des radicaux libres d’acides gras insaturés - Participe à la formation et à la structure des phospholipides membranaires K = Phytoména-dione Foie Œufs Synthèse par la flore intestinale - Antihémorragique - Active la synthèse des facteurs de la coagulation

4. Les Glucides Définition Les glucides sont des composés polyhydroxylés comportant une fonction carbonylée, aldéhyde ou cétone. La formule brute est Cm(H2O)n. Pour les glucides simples m = n , on les appelle des hydrates de carbone. 1g de Glucide = 17 kJ

4. Les Glucides

4. Les Glucides Oses: formule générale: Cn (H20)n Ils sont constitués d’1 ou de 2 fonctions alcool primaire –CH2OH, De fonctions alcool secondaire –CHOH- D’une fonction réductrice carbonylée placée sur le carbone terminal: c’est un aldose Ou sur le 2ème carbone: c’est un cétose

4. Les Glucides

4. Les Glucides Le nombre de carbone varie de 3 à 7. On le précise dans la nomenclature par un préfixe: triose, tétrose, pentose, hexose, heptose. Le glucose est l’aldohexose le plus abondant dans la nature

4. Les Glucides 2. Les oligosides Ce sont des polymères d’oses liés par liaison osidique. La liaison osidique résulte de la condensation, avec élimination d’eau, de 2 oses. La condensation peut se faire entre 2 fonctions réductrices ou entre une fonction réductrice et une fonction alcool de l’autre ose.

4. Les Glucides

4. Les Glucides

4. Les Glucides Principaux diholosides alimentaires: Saccharose (= sucre du commerce) Lactose: glucide du lait Maltose: résulte de l’hydrolyse enzymatique de l’amidon

4. Les Glucides 3. Polyosides: Les glucides naturels sont en général à l’état condensé. Ce sont les polysaccharides ou polyosides ou glycannes. Les polyosides homogènes sont formés d’une seul type d’oses ex: l’amidon Les polyosides hétérogènes sont formés de plusieurs types d’oses ex:les hémicelluloses

4. Les Glucides Le glycogène est la réserve de glucose des animaux. Il est accumulé dans le foie et le muscle. Les polyosides des parois végétales sont des fibres alimentaires qui facilitent le transit digestif. Les polyols sont des dérivés hydrogénés des glucides: ce sont des sucres-alcools utilisés comme édulcorants de masse. Ils sont acariogènes mais pas acaloriques! En excès, ils donnent des flatulences et des diarrhées.

4. Les Glucides Les glucides (le glucose surtout) sont des substrats énergétiques obligatoires pour les tissus glucodépendants (cerveau, cellules du sang) et préférentiels pour les autres. Après digestion, absorption et transformations hépatiques, le seul substrat glucidique à rôle énergétique est le glucose, stocké dans le foie sous forme de glycogène.

4. Les Glucides En cas de jeûne glucidique, divers précurseurs comme les acides aminés sont convertis en glucose par la néoglucogénèse. En cas d’apports excessifs, l’organisme transforme le glucose en triacylglycérols déposés dans le tissu adipeux.

5. Les Lipides Les lipides sont les dérivés naturels des acides gras condensés avec des alcools ou des amines. Dans l'organisme humain ils ont des fonctions différentes selon leur nature et leur distribution. 1g de Lipides = 38 kJ

5. Les Lipides - Les lipides de réserve : ils sont formés de triacylglycérols et accumulés dans le tissu adipeux sous-cutané. Ce tissu représente une réserve d'énergie, c'est un isolant thermique et un tissu de « rembourrage ». Le stockage énergétique sous forme de lipides est intéressant en raison de la légèreté de cette réserve; ainsi 8 kilogrammes de triacylglycérols, sont équivalents, sur le plan énergétique, à 40 kilogrammes de glycogène hydraté.

5. Les Lipides - Les lipides de structure forment des bicouches membranaires. Ce sont des lipides complexes et hétérogènes comportant des glycolipides, des glycérophospholipides, des sphingomyélines, et du cholestérol. - Les lipides fonctionnels, comme les hormones lipophiles, les prostaglandines et les vitamines liposolubles sont des médiateurs cellulaires.

5. Les Lipides Dans le sang, les lipides plasmatiques sont sous forme de lipoprotéines. Les protéines associées ou apoprotéines ont à la fois un rôle vecteur et un rôle enzymatique dans le métabolisme lipidique. A jeun le taux des lipides plasmatiques est de 7g.L -1.

5. Les Lipides 1. Classification (fondée sur l’analyse élémentaire): Lipides simples: Composés formés de C,H,O - Glycérides ou acylglycérols : esters d'acide gras et de glycérol - Cérides : esters d'acide gras et d'alcool « gras » - Stérides : esters d'acide gras et de cholestérol Lipides complexes: ce sont des composés formés de C, H, O, N, P et éventuellement de S. - Glycérophospholipides Ex: lécithines - Sphingolipides

5. Les Lipides 2. Les acides gras (AG). Constituants permanents des lipides ils ont comme point commun d’être hydrophobes. Les AG naturels sont des acides carboxyliques à nombre pair de carbone, à longue chaîne carbonée, saturée ou non. Ils sont estérifiés par des alcools, le plus souvent le glycérol.

5. Les Lipides Règles de nomenclature: Les acides gras sont désignés soit par la nomenclature officielle des acides carboxyliques, soit par une nomenclature vulgaire en rapport avec leur source. Les acides gras désaturés sont nommés de la même manière, mais il existe pour eux une 3ème dénomination en rapport avec leur filiation à partir d'un précurseur commun.

5. Les Lipides .

5. Les Lipides Deux séries sont importantes: la série n-3, dont le chef de file est l’acide alpha-linolénique et la série n-6 dont le précurseur est l’acide linoléique. Ces AG sont essentiels pour l’homme parce que leur précurseur ne peut être synthétisé par le foie.

5. Les Lipides a. Les acides gras polyinsaturés entrent dans la composition du tissu nerveux et de la rétine. L'incorporation a lieu pendant la vie intra-utérine et au cours de la période d'allaitement. Le lait de femme est d'autant plus riche en acides gras polyinsaturés que la mère a consommé davantage de chair de poisson. L'acide gras le plus important est l'acide docosahexaénoïque C22 : 6 n-3.

5. Les Lipides b. Les acides gras essentiels entrent dans la composition des phospholipides membranaires. Ils influencent la fluidité membranaire du fait du repliement de la molécule à chaque double liaison. c. Les acides gras en C20 (acide arachidonique = AGE chez la personne âgée) sont les précurseurs des prostaglandines.

5. Les Lipides d. Les acides gras essentiels sont indispensables à: - la croissance, - la cicatrisation de la peau, - l'agrégabilité plaquettaire. Ils seraient protecteurs vis-à-vis de certains cancers.

5. Les Lipides 3. Glycérides ou acylglycérols Ce sont des esters du glycérol (trialcool issu du métabolisme glucidique) et de 3 acides gras. Les glycérides sont des lipides de réserve, l’organisme peut en stocker des quantités quasiment illimitées. Leur digestion fait appel à des lipases qui libèrent les AG

5. Les Lipides

5. Les Lipides 4. Phospholipides et Glycérophospholipides: lipides formés de C,H,O,N,P Ils dérivent de l’acide phosphatidique, précurseur à le fois des triglycérides et des phospholipides. Les lécithines et les phospholipides en général s’associent aux protéines en complexe supramoléculaires appelés lipoprotéines.

5. Les Lipides Ces lipoprotéines participent à la constitution des membranes biologiques. On les retrouve dans la forme de transport des lipides du plasma. Les membranes biologiques naturelles sont formées entre autre de phospholipides en bicouches d’une épaisseur de 7,5 nm.

5. Les Lipides 5. Sphingolipides- glycolipides Ce sont des lipides complexes, importants constituants membranaires de la gaine de myéline des nerfs. On les rencontre dans les membranes où ils forment des glycolipides. Les glycolipides sont des récepteurs membranaires de toxines bactériennes (ex: cholérique, tétanique, botulinique).

5. Les Lipides 6. Composés liposolubles: cholestérol C’ est une classe hétérogène de lipides ayant 2 caractéristiques communes: ils sont insolubles dans l’eau et dérivent de l’isoprène. Le cholestérol est soit apporté par les aliments soit produit par le foie (endogène) et est indispensable à la constitution des membranes

5. Les Lipides

6. Les Protéines 1. Définition Les protides sont des molécules formées de 4 éléments C,H,O,N et sont constitués par les acides aminés et par leurs composés de condensation, les peptides et les protéines. La teneur moyenne en azote est de 16% en masse.

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6. Les Protéines 2. Classification Les protéines sont spécifiques (en rapport à l’espèce) car leur synthèse est génétiquement contrôlée. Elles ont des fonctions diverses; les enzymes sont des protéines. Il n’y a pas de possibilités de mise en réserve dans l’organisme. Un déficit d’apport d’AA altère les fonctions vitales.

6. Les Protéines 3. Acides aminés naturels Il existe 20 AA naturels précurseurs des protéines . Formule du glycocolle: HOOC-CH2-NH2 9 AA sont dits indispensables ou essentiels: His, Leu, Ileu, Lys, Met/Cys, Phé/tyr, Thr, Try,Val

6. Les Protéines 4. Peptides La condensation de 2 ou plusieurs acides aminés par les fonctions - COOH et – NH2 donne des peptides. Liaison peptidique: - CO – NH – On classe les peptides en fonction du nombre d’AA constitutifs: di, tri peptide

6. Les Protéines Peptides hormonaux: Toutes les hormones digestives sont des peptides Peptides neuromédiateurs: endorphines, enképhalines sont des peptides du cerveau Peptides de l’immunité: interleukines, interféron Peptides antibiotiques: pénicilline Peptides toxiques: phalloïdine

6. Les Protéines 5. Protéines Structure primaire: ordre d’enchaînement des acides aminés. Structure secondaire: formée par des liaisons hydrogène intra et extra moléculaires entre C=O et H-N. Les deux principales structures secondaires sont l’hélice alpha et le feuillet plissé bêta

6. Les Protéines Structure tertiaire: elle concerne l’organisation tridimensionnelle de la protéine; elle résulte du repliement de la chaîne principale Structure quaternaire: association de plusieurs chaînes polypeptidiques . Ex: hémoglobine

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6. Les Protéines 6. Les enzymes Les enzymes sont des protéines douées d’une activité catalylique spécifique. Elles ont d’abord été identifiées par des noms arbitraires qui rappelaient l’origine tissulaire (ex: pepsine) La nomenclature fonctionnelle indique la nature du substrat et le type de réaction catalysée.

6. Les Protéines Par exemple la L lactate déshydrogénase est l’enzyme de déshydrogénation de l’acide L lactique. La nomenclature officielle classe les enzymes en 6 groupes: 1. Oxydo-réductases, 2. Transférases, 3. Hydrolases, 4. Lyases, 5. Isomérases, 6. Ligases

6. Les Protéines Les enzymes endogènes sont responsables de la dégradation des aliments: les amylases, les lipases, les lipoxygénases...