Le Devoir du samedi 12 janvier Activités départementales L’équipe du Dr. Stephany Benneth investigue les mécanismes permettant aux cellules souches du cerveau de se multiplier. Ses travaux pourraient permettre de traiter diverses maladies dégénératives tel que l’Alzheimer.
Solutions aqueuses: plan de cours I Hydratation des biomolécules (révision) II Particularités de l’eau III Hydrophilicité versus hydrophobicité IV Osmose et diffusion V Dissociation de l’eau et pH VI Tampons biologiques VII Exemples de problèmes pratiques
Hydratation des biomolécules (I) Comparez la structure de l’ADN sans et avec les molécules d’eau (sphères rouges). La réalité in vivo correspond à la figure de droite.
Visualisez l’hydratation des biomolécules avec CHIME Téléchargez la molécule d’intérêt Sélectionnez <select>, <hetero> et <water> Visualisez <display> et <balls and sticks> ADN Hémoglobine Porine
L’eau est importante pour stabiliser les enzymes Hémoglobine Détails d’un groupe hème Groupe hème avec les molécules d’eau en orange sauf celle en blanc qui permet la coordination de l’atome de Fe
Une molécule d’eau est impliquée dans la coordination du groupe hème déoxygéné Dans l’état oxygéné, une molécule d’O2 est coordonnée à l’atome de Fe. Dans l’état non oxygéné, c’est l’atome d’oxygène d’une molécule d’eau qui est coordonné à l’atome de Fe (voir boule blanche sur figure précédente)
Particularités de l’eau (II) Cohésion intramoléculaire à cause des liaisons hydrogènes Point de fusion, point d’ébullition et chaleur d’évaporation plus élevés comparativement aux autres solvants. Voir tableau du haut page 2/12
Particularités de l’eau Constante diélectrique élevée Meilleure capacité à stabiliser et neutraliser les molécules chargées
Exemple de question pour le minitest La force de répulsion entre deux ions de Ca++ serait-elle plus importante en milieu aqueux ou en présence d’hexane? Votre réponse doit être quantitative (référez-vous au tableau page 2/12)
Réponse F = k*q1*q2/D/r2 Feau/Fhexane = Dhexane/ Deau L’eau est 50X plus efficace pour stabiliser les ions que l’hexane. Pourquoi?
Exemple de question pour le minitest Qu’arriverait-il au cytosol (10% masse/masse de biomolécules) d’une cellule si l’eau était remplacée par de l’hexane?
Hydrophilicité versus hydrophobicité (III) Substances hydrophobes Peu de liaisons polaires Ont tendance à former des émulsions instables en milieux aqueux (cages d’hydratation) Substances hydrophiles Liaisons polaires Forment des liaisons hydrogènes avec les molécules d’eau Formes des solutions stables en milieux aqueux
Exemple de question pour le minitest Indiquez les quatre principales familles de biomolécules et spécifiez les caractères hydrophobes/hydrophiles.
Exemple de question pour le minitest Pour préparer une vinaigrette vous ajoutez une huile végétale dans un milieu aqueux et vous obtenez une variation d’énergie libre (G = H-TS) de +50 KJ/mole. Comment expliqueriez-vous cette variation d’énergie libre? Est-ce que l’émulsion générée est stable?
Réponse Dans l’eau pure, chaque molécule d’eau peut établir jusqu’à 4 liaisons hydrogènes. Les molécules d’eau de la cage d’hydratation forment un nombre réduit de liaisons hydrogènes (H >0) et possèdent une entropie (désordre) réduite (S<0). La rupture de quelques liaisons hydrogènes nécessite de l’énergie (environ 50 KJ/mole). Comment expliqueriez-vous que la variation d’énergie libre lors du transfert de CH4 de l’eau à l’éthanol soit négative?
Osmose et diffusion (IV) Purification d‘échantillons par dialyse
Osmose et diffusion dans les glomérules
Osmose et diffusion dans les glomérules Concentration dans le plasma sanguin (g/1000 g) Protides: 80 Lipides : 6 Glucides: 1 Urée: 0.3 Chlorures: 3,6 Potassium: 0,2 Concentration urinaire (g/1000 g) Protides: 0 Lipides: 0 Glucides: 0 Urée : 20 Chlorures: 5-15 Potassium: 1.5 Artère Feuillet viscéral
Dissociation de l’eau et pH (V) La dissociation de l’eau, qui est un événement très rare, entraîne la formation d’ions hydroniums. Les protons libres peuvent sauter d’une molécule d’eau à une autre via un mécanisme de saltation. Consultez un site Internet concernant les notions de pH et de pKa http://www.web-books.com/MoBio/Free/Ch2A4.htm
Les protons sont accélérés en présence d’un champ électrique La constante de mobilité des ions hydroniums est de 360x10-5 cm/V/s Dans un gel d’électrophorèse réalisé sous une tension de 125 V les protons se déplacent à une vitesse d’environ 0.5 cm/s (soit environ la distance couvrant 108 molécules d’eau/s)
L’électrophorèse permet de séparer les fragments d’ADN Les groupements phosphates confèrent une charge négative nette à l’ADN Les fragments d’ADN sont attirés au travers la matrice d’agarose vers la borne positive. Les fragments d’ADN les plus petits migrent plus rapidement Voir notes de cours BCH3756 pour plus de détails sur la technique d’électrophorèse.
Exemple de question pour le minitest Électrophorèse d’un fragment d’ADN sur gel d’agarose: Durée de 30 minutes à 125 V Le marqueur 100 paires de bases a migré sur une distance de 5 cm Quelle est la vitesse de migration des protons? Cette vitesse est combien de fois plus rapide que la migration du fragment 100 paires de base? Est-ce que les protons et les fragments d’ADN migrent dans la même direction? Pourquoi? Est-ce que ce sont les protons ou les ions hydroniums qui migrent?
Bactériorhodopsine Le groupe rétinal (boules et batonnets) est un cofacteur de la bactériorhodopsine La bactériorhodopsine est une protéine membranaire transportant les protons via un mécanisme photo-stimulé Le rétinal est l’élément photosensible : l’absorption d’un photon induit la conversion de l’isomère cis vers l’isomère trans
Détails moléculaires du mécanisme d’action de la bactériorhodopsine
pH, constante de dissociation et équation de Henderson-Hasselbalch
pH, constante de dissociation et équation de Henderson-Hasselbalch Fichier Excel I Visualisation du ratio A-/HA d’un acide en fonction du pH. Fichier Excel II Visualisation d’une courbe de titration et du pouvoir tampon.
pH et point isoélectrique des protéines Calculateur de la charge électrique et du point isoélectrique d’un peptide