J.M. Guillot - Biochimie -2006 Dr Jean-Michel GUILLOT Ecole des Mines d'Alès Laboratoire Génie de l'Environnement Industriel (LGEI) 6 avenue de Clavières 30319 Alès Cedex Tél. (33) 04 66 78 27 80 Fax (33) 04 66 78 27 01 E-mail jean-michel.guillot@ema.fr

J.M. Guillot - Biochimie -2006 LA BIOCHIMIE ? Etude des bases moléculaires de la vie - bases chimiques de certains processus fondamentaux - relations structure/activité - ...

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Ordres de grandeur (1) Atomes Molécules Macromolécules Organites Cellules Liaison C-C Globules rouges Hémoglobine Glucose Ribosome Bactéries 1Å 10 Å 102 Å 103 Å 104 Å 105 Å Dimensions ( 1Å = 10- 10 m )

Ordres de grandeur (2) Premier événement de la vision Déroulement J.M. Guillot - Biochimie -2006 Ordres de grandeur (2) Premier événement de la vision Déroulement de l'hélice d'ADN Naissance d'une bactérie Mouvements moléculaires internes dans les protéines Réaction catalysée par une enzyme Synthèse d'une protéine 10-12 s 10-9 s 10-6 s 10-3 s 1 s 103 s Temps (secondes)

Les molécules du vivant J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les molécules du vivant Ces molécules peuvent être classées en 4 familles: - Protéines - Glucides - Lipides - Acides Nucléiques

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les protéines

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Les protéines sont constituées d'acides aminés: Forme D Forme L COOH COOH C C NH2 H H NH2 R R

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Il existe une vingtaine d’acides aminés (forme L dans les protéines) : Acide aminé le plus simple R = H Glycine(Gly) (Acide aminoacétique) Il ne présente pas de carbone asymétrique (pas de forme D et L)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Acides aminés hydrophobes (R = chaîne carbonée / aliphatiques) Alanine (Ala) (Acide L-2-aminopropionique) Valine (Val) (Acide 2-amino-3-méthylbutyrique) Leucine (Leu) (Acide 2-amino-4-méthylvalérique) Isoleucine (Ile) (Acide 2-amino-3-méthylvalérique

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Acide aminé iminé Proline (Pro) (Acide 2-pyrrolidine-carboxylique) Acide aminé avec fonction alcool Sérine (Ser) (Acide L-2-amino-3-hydroxypropionique) (L-3-Hydroxy-alanine)                   Thréonine (Thr) (Acide 2-amino-3-hydroxybutyrique)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Acide aminé à fonction soufrée Méthionine (Met) (Acide L-2-amino-4-méthylthiobutyrique) Cystéine (Cys) (Acide L-2-amino-3-mercaptopropionique) Acides aminés à fonction amidée Asparagine (Asn) (Acide 2-aminosuccinamique) Glutamine (Gln) (Acide L-2-aminoglutaramique)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Acides aminés avec charge négative (fonction acide carboxylique) RCOOH  RCOO- + H+ Acide aspartique (Asp) (Acide 2-aminosuccinique) Acide glutamique (Glu) (Acide L-glutaminique)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Acides aminés avec charge positive (fonctions azotées : amines) Lysine (Lys) (Acide 2,6-diaminohexanoique Arginine (Arg) (Acide (S)-2-amino-5-guanidinovalérique) Histidine (His) (Acide (S)-alpha-amino-1H-imidazole-4-propionique)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Acides aminés avec cycle aromatique Phénylalanine (Phe) (Acide (S)-alpha-amino- bêta-phenylpropionique) Tyrosine (Tyr) (Acide (S)-3-(p-Hydroxyphényl)alanine) (Acide (S)-2-Amino- 3-(p-hydroxyphényl)propionique) Tryptophane (Trp) (Acide (S)-alpha-amino- bêta-(3-indolyl)-propionique)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Hydrophiles Arginine Asparagine Ac. Aspartique Cystéine Ac. Glutamique Glutamine Glycine Histidine Lysine Sérine Thréonine Hydrophobes Alanine Leucine Isoleucine Valine Methionine Phénylalanine Proline Tryptophane Tyrosine

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides aminés Les acides aminés peuvent être les précurseurs de molécules actives, hormones…

Propriétés acido-basiques J.M. Guillot - Biochimie -2006 Propriétés acido-basiques des acides aminés

Propriétés acido-basiques J.M. Guillot - Biochimie -2006 Propriétés acido-basiques des acides aminés Groupement latéral Pka mesuré Amino N-terminal 6.8-8.0 Carboxy-terminal 3.5-4.3 b-carboxy (Asp) 3.9-4.0 g-carboxy (Glu) 4.3-4.5 d-guanidino (Arg) 12.0 e-amino (Lys) 10.4-11.1 Imidazole (His) 6.0-7.0 Thiol (Cys) 9.0-9.5 Phenol hydroxyl (Tyr) 10.0-10.3 Chaîne latérale Acide Basique Soufrée Oxygénée

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Masse (Dalton) Volume Van der Waals A°(3) Présence dans les protéines (%) Ala (A) 71.09 67 8.3 Arg(R) 156.19 148 5.7 Asn(N) 114.1 96 4.4 Asp(D) 115.09 91 5.3 Cys(C) 103.15 86 1.7 Gln(Q) 128.14 114 4.0 Glu(E) 129.12 109 6.2 Gly(G) 57.05 48 7.2 His(H) 137.14 117 2.2 Ile(I) 113.16 124 5.2 Leu(L) 9.0 Lys(K) 128.17 135 Met(M) 131.19 2.4 Phe(F) 147.18 3.9 Pro(P) 97.12 90 5.1 Ser(S) 87.08 73 6.9 Thr(T) 101.11 93 5.8 Trp(W) 186.21 163 1.3 Tyr(Y) 163.18 141 3.2 Val(V) 99.14 105 6.6 Moyenne pondérée 119.4 161  

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La liaison peptidique +NH3 H - C - COO - R COO - +NH3 - C- H R' +NH3 H - C - CO R COO - NH - C- H R' + H2O Liaison peptidique

Propriétés de la liaison peptidique J.M. Guillot - Biochimie -2006 La liaison peptidique Propriétés de la liaison peptidique Forme trans et forme cis N-terminal pK 6.8-8.0 C-terminal pK 3.5-4.3 Pas de protonation- déprotonation des liaisons peptidiques sauf à pH extrême

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les peptides Chaînes latérales Source Encarta

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les peptides

Définitions par rapport aux chaînes peptidiques J.M. Guillot - Biochimie -2006 Définitions par rapport aux chaînes peptidiques Peptide : pas de structure secondaire (~10 acides aminés) Polypeptide : chaîne plus longue de séquence connue Polyamino acide : séquences aléatoires ou répétitives de longueurs différentes (polymérisation chimique) Protéine : polypeptide naturel et de structure tridimensionnelle définie. Structure primaire : enchaînement d'acides aminés dans une chaîne peptidique unique

Conformation des chaînes peptidiques J.M. Guillot - Biochimie -2006 Conformation des chaînes peptidiques Pour la chaîne principale des peptides et des protéines : il existe deux liaisons simples (N-C et C-CO) pour lesquelles un grand nombre de conformations est possible. Entre chaque acide aminé, il existe une liaison C-N, ayant un caractère partiel de double liaison, ce qui fait que seules les conformations cis et trans sont possibles

Conformation des chaînes peptidiques J.M. Guillot - Biochimie -2006 Conformation des chaînes peptidiques Les acides aminés peuvent exister dans 8 conformations différentes en moyenne. Une protéine (une partie de protéine) contenant 100 acides aminés est donc susceptible d'adopter plusieurs milliers de conformations différentes. Même si ces conformations ne sont pas toutes possibles (pour des raisons d'occupation de l'espace et d’encombrement stérique), il en reste un nombre important (plusieurs centaines probablement). Donc : dans une protéine non structurée, chaque molécule d'un échantillon existe dans une conformation unique à un moment donné. La durée de vie de chaque conformation est très courte.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les protéines L'activité des protéines est liée à leur structure. On distingue la structure: - Primaire - Secondaire - Tertiaire - Quaternaire

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure primaire La structure primaire correspond à: - l'enchaînement des acides aminés (dans la chaîne polypeptidique). Cet enchaînement est appelé séquence d'acides aminés Remarque: La séquence, contrairement à la composition, prend en compte la notion d'ordre des acides aminés dans la chaîne.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire La structure secondaire correspond à: - l'arrangement spatial de la chaîne polypeptidique (Conformation). Il existe deux types de conformation ordonnée: - l'hélice a - le feuillet plissé b - boucles Il existe des superstructures secondaires

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire L'hélice a La terminologie hélice "a" est basée sur une classification ancienne (antérieure à la détermination de la structure) L'hélice a est très quasiment toujours une hélice droite. Elle contient 3,6 résidus par tour, soit une translation de 5,41 Å par tour. Les atomes sont bien compactés, ce qui est favorable aux interactions de Van der Waals. Un atome d'oxygène de carbonyle participe à une liaison H avec le NH appartenant à un acide aminé situé à 4 positions plus loin dans la chaîne (parcourue dans le sens N ->C).

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire L'hélice a Cette liaison presque droite fait 2.86 Å de long. Surtout, elle est présente pour tous les résidus et très répétitive tout le long de la chaîne ce qui renforce la stabilité de l'ensemble. Le centre de l'hélice n’est pas occupé mais présente un diamètre très faible, insuffisant pour laisser la place à une molécule ou un ion.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire L'hélice a Les chaînes latérales sont tournées vers l'extérieur de l'hélice. L' hélice a pourrait être gauche (les angles et de même valeur absolue mais de signe opposé à celui de l'hélice droite), mais les chaînes latérales des acides aminés de la série L recouvrent de façon trop importante la chaîne principale. Cette structure est beaucoup moins stable et donc elle est très peu observée.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire L'hélice a Dans les protéines, l'hélice a n'est pas toujours exactement celle qui est décrite précédemment. Les angles sont souvent de -62 et -41 ° respectivement (plutôt que de -57 et -47), ce qui permet que l'oxygène du carbonyle s'écarte de l'axe de l'hélice, la liaison H est encore moins droite, ce qui permet peut-être à l'oxygène de former des liaisons hydrogènes simultanément avec le NH en i+4 et avec l'eau ou d'autres donneurs. La destruction et la croissance de l'hélice ne peut se faire qu'aux extrémités de cette hélice.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire Le feuillet b Le module de base est le brin b, dont la conformation est très étendue.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire Le feuillet b Il peut être assimiler à une hélice contenant seulement deux résidus par tour (puisque l'on retrouve la même disposition des résidus tous les deux résidus) et un déplacement de 3.4A° par résidu Cette conformation n'est pas stable si elle est isolée, car aucune liaison H n'y apparaît. Elle n'est stable que dans les feuillets b, dans lesquels les liaisons H s'établissent entre deux brins b différents soit parallèles soit antiparallèles.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire Le feuillet b 4 brins Anti-parallèles

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire Le feuillet b 4 brins parallèles

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire Les feuillets antiparallèles sont intrinsèquement plus stables que les parallèles, (même si la nature des résidus peut inverser cette tendance). Les résidus adjacents dans un même brin sont alternativement sur une face et l'autre du feuillet. Ils n'interagissent pas ensemble. Par contre, des interactions existent entre les chaînes latérales appartenant à deux brins adjacents, ainsi d'ailleurs qu'avec la chaîne principale. Le feuillet b

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure secondaire Le feuillet b n'est pas vraiment plat. L'ensemble est soumis à une torsion, qui est anti-horaire dans les protéines. Le feuillet b n'est pas une véritable structure secondaire car les interactions se passent entre brins très distants dans la structure primaire. Les parties qui servent de connexion entre les différents brins d'un même feuillet ont des structures très différentes, ce qui influence l'organisation du feuillet lui-même. Il existe peu de modèles polypeptidiques de feuillets b à cause de ce fait. Le feuillet b

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure tertiaire La structure tertiaire (aspect globulaire) / repliement de la chaîne est assurée par un ensemble de forces: - liaisons covalentes (Pont disulfure) - liaisons H (hydrogène) - interactions électrostatiques - interactions hydrophobes - forces de Van der Walls

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure tertiaire (Pont disulfure) oxydation + 2e- + 2H+

Structure quaternaire J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure quaternaire La structure quaternaire est obtenue: par association de plusieurs chaînes polypeptidiques. Cette association se fait par des liaisons faibles. Elle permet de constituer des édifices de haut poids moléculaire (Macromolécules). L'activité biologique de certaines protéines nécessite ce type de structure. Exemple de protéines ayant une structure quaternaire: Hémoglobine, Collagène...

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure / Résumé Source Encarta

Nombre se structures connues J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure / Résumé Nombre se structures connues

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Rôle des protéines On distingue les protéines: - de structure (elles assurent la cohésion de la cellule) collagène, protéine fibreuse - de transport (échange) canaux transmembrannaires (pompes Na/K) transporteur comme l'hémoglobine (O2) - de catalyse et de reconnaissance enzymes

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) « Hémoglobine = 4 myoglobines  (2+2)»

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) (chargement dans les poumons/Libération dans les tissus) CO (monoxyde de carbone) se fixe sur Hb (liaison avec le Fer de Hb, à la place de O2) Interférence Poison Affinité CO / O2 vis-à-vis d'un hème (1/4Hb) 25000 fois de Hb 200 à 250 fois

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) Mesure du type de l’état de Hb Sans liaison ou liaison avec CO ou O2

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) Mesure du type de l’état de Hb La variation du spectre d’absorption (couleur) est due à l’hème (noyau porphyrine + Fe)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) La structure de l’hémoglobine (protéine) permet de tenir l’hème, d’en assurer l’accès, de garantir la solubilité… 4 sous-unités (struct IIIaire) Chacune contient 1 hème Protéine globale Tetramère a2b2 (struct IVaire)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) 1 monomère contient 8 hélices a Hème entre les hélices E et F Rôle clef de qq a.a. (His) E6 et F8 Par exemple

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) Coopérativité Myoglobine Hémoglobine

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) Déplacement des sous-unités (lors de la fixation de O2) « 4 fois O2 ou rien »

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) Fixation de O2 ou non Changement de position du Fer de l’hème Changement conformationnel de la protéine

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Transport de l'oxygène par l'Hémoglobine (Hb) Changement de position du Fer de l’hème / Changement conformationnel

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple : Transport O2 Bilan

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les enzymes Les enzymes sont des protéines qui possèdent une activité biologique spécifique. Cette spécificité est double: vis-à-vis de la réaction catalysée vis-à-vis du substrat Source Encarta

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les enzymes sont des protéines qui possèdent une activité biologique spécifique.

Les enzymes : Profil de réaction Intermédiaire (complexe ES) J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les enzymes : Profil de réaction energie Réaction Non-catalysée Réaction catalysée Intermédiaire (complexe ES) reactifs produits Avancement de la réaction

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les enzymes Exemple de réaction catalysée par une enzyme : Formation d’un acide carboxylique à partir d'une fonction amide. Les trois acides aminés qui activent la réaction sont la sérine 195, l'histidine 57 et l'acide aspartique 102. Arrivée du substrat (amide). Stabilisation du substrat par liaisons hydrogènes. Estérification de l’amide par la fonction alcool. Hydrolyse par une molécule d’eau de l'ester formé entre l'amide initial et la serine. Libération d’un acide carboxylique.

Régulation des enzymes J.M. Guillot - Biochimie -2006 Régulation des enzymes Deux voies principales

Exemple d'empoisonnement J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple d'empoisonnement Empoisonnement par l'antigel Ethylène-gycol (antigel) est modifié, par action enzymatique, en acide oxalique (toxique) OXYDATIONS CH2-OH I Alcool Deshydrogénase HC=O I CH2-OH COOH I Acide oxalique

Exemple d'empoisonnement J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple d'empoisonnement Empoisonnement par l'antigel (Suite) 4-méthylpyrazole : inhibiteur compétitif de l'oxydation de l'éthanol et d'autres alcools (méthanol), ainsi que des glycols (éthylène-glycol), par l'alcool déshydrogénase (ADH). Traitement, plus simple et mieux toléré, doit être préféré chaque fois que possible à l'administration d’éthanol CH2-OH I Alcool Deshydrogénase Ethanol ou 4-méthylpyrazole

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les glucides Les glucides (oses, sucres, hydrates de carbones) sont formés, dans les plantes vertes, par photosynthèse. Lumière x CO2 + x H2O (CH2O)x + x O2 Plante verte Le glucide le plus courant est le glucose (x =6) soit C6H12O6

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les glucides (Série D)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les glucides Le glucose, de formule brute C6H12O6 existe sous différentes formes. On peut le représenter sous forme linéaire mais la molécule de glucose peut se cycliser.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les glucides En tenant compte de la stéréochimie, on a le choix entre : La forme la plus courante est la structure cyclique qui existe elle-même sous deux formes épimères : a-glucose et b-glucose. Le glucose ci-dessous est un a-glucose car le groupement hydroxyle (-OH) se trouve en position axiale. Cette forme où tous les substituants du cycle à six chaînons sont en position axiale est stable, du fait de la minimisation des répulsions stériques entre groupements.

Cyclisation du D-glucose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Cyclisation du D-glucose La condensation C1/C5 donne un cycle à 6 éléments (5C et 1O) sous deux formes différenciées par la configuration du carbone 1. (Représentation de Fischer)                                                                                                                    a-D-glucose                                                             b-D-glucose

Cyclisation du D-glucose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Cyclisation du D-glucose Le cycle rappelle le pyrane, ces formes sont dites "pyranose".                                              a-D-glucose                     b-D-glucose Forme de Haworth. Les n° sont ceux de la forme linéaire selon Fischer

Cyclisation du D-glucose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Cyclisation du D-glucose En fait la molécule "réelle" est proche des formes chaises du cyclohexane. (Le groupe CH2OH est en position équatoriale)                                              a-D-glucose                     b-D-glucose

Cyclisation du D-glucose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Cyclisation du D-glucose La condensation se fait aussi en C1/C4, elle conduit à un cycle à 5 éléments, dont l'oxygène, dans une forme qui rappelle le furane dite "furanose". => Deux diastéréoisomères  a et b (configuration du carbone 1) Exemple selon Haworth de l’alpha-D-glucofuranose:

Cyclisation du D-glucose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Cyclisation du D-glucose L'ensemble de ces formes est en équilibre, qui est une tautomérie car la formule globale est invariante, seul un hydrogène se trouve déplacé.                                                                                   Les formes  a  et  b  constituent les anomères. Le carbone n°1 dont la configuration est différente entre ces deux formes est dit "carbone anomérique".

Cyclisation du D-glucose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Cyclisation du D-glucose

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemples de glucides LE FRUCTOSE. C'est un cétohexose, c'est à dire que le carbonyle se trouve sur le carbone 2. Il est donc isomère du glucose.                         (-)-(D)-Fructose Il existe dans les fruits, d'où son nom, et dans les hydrates de carbones polymères naturels. Il est lévogyre et de la série D.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemples de glucides Le Saccharose est le sucre de canne ou de betterave. Il est formé d'une liaison D-glucose/D-fructose, qu'il libère par hydrolyse.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemples de glucides Le Maltose est un constituant de l'amidon et en est formé par l'hydrolyse de ce dernier. Il est hydrolysable en deux molécules de glucose. La liaison glycosidique est établie entre un glucopyranose sur le carbone anomérique en a et un second glucopyranose sur le carbone 4. (liaison a 14)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemples de glucides Le cellobiose est le produit de dégradation de la cellulose. Il est proche du maltose mais la liaison glycosidique est établie entre un glucopyranose sur le carbone anomérique en b et un second glucopyranose sur le carbone 4. (liaison b 14)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Maltose et Cellobiose Maltose Cellobiose

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemples de glucides Le Lactose se trouve pour 5% dans le lait, il est composé de glucose et de galactose.       a-lactose

Polysaccharides / polyholosides J.M. Guillot - Biochimie -2006 Polysaccharides / polyholosides Définition Polymères de masse molaire très élevée, issus de la condensation d'un grand nombre de molécules d'oses exemples la cellulose, l'amidon le glycogène.

Polysaccharides : La Cellulose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Polysaccharides : La Cellulose Elle est constituée d'un enchaînement de b-(14)glucopyranose. On retrouve la structure du cellobiose. La masse molaire est évaluée à 500 000 soit 1500 enchaînements cellobiose au moins (jusqu’à 12 000). C'est le constituant de la paroi des cellules végétales. Le coton, comme le papier filtre, est constitué de 98% de cellulose. Le bois et la paille en contiennent 50%. Son hydrolyse fournit du cellobiose, puis du glucose. L'homme ne peut l'assimiler, mais les ruminants y arrivent par voie enzymatique.

Polysaccharides : L’amidon J.M. Guillot - Biochimie -2006 Polysaccharides : L’amidon Composé d'amylose pour 20% et d'amylopectine pour 80%. Molécule fondamentale pour l'alimentation humaine d'une grande partie de la planète, populations sédentaires et agricole, mangeur de blé, riz, maïs, pomme de terre, manioc, igname etc. Matériel nutritif de réserve dans les plantes. Polymère linéaire du glucose (comme la cellulose) Soluble dans l'eau (chaude et froide) La jonction est C1 /C4 => motif maltose, et c'est ce disaccharide qu'on obtient par hydrolyse de l'amylose. La masse molaire de l'amidon est plus faible que celle de la cellulose, environ 200 unités glucose soit 36000. La différence de géométrie de la jonction glycosique entraîne une structure en hélice

Polysaccharides : L’amidon J.M. Guillot - Biochimie -2006 Polysaccharides : L’amidon Amylose L'amylopectine est une chaîne ramifiée. Elle présente une liaison sur le a-(16) toutes les 20 à 25 unités glucoses. Sa masse molaire est importante de plusieurs millions.

Structure de l’Amylose J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure de l’Amylose Six unités glucose (forme amylose)

Hétérosides ou glycosides J.M. Guillot - Biochimie -2006 Hétérosides ou glycosides Structures constituées d’une partie sucre et d’une molécule appartenant à une autre fonction chimique appelées aglycones Exemple : La coniférine (dans la sève des conifères)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Rôle des glucides Les glucides peuvent avoir un rôle: - de réserve (stockage d'énergie) Amidon chez les végétaux Glycogène chez l'homme - structural Cellulose chez les végétaux - de reconnaissance (marqueur de surface) Groupes sanguins

Possibilités d’enchaînement J.M. Guillot - Biochimie -2006 Possibilités d’enchaînement Peptides Oligosaccharides (Hexoses) X2 1 11 X3 1 176 XYZ 6 1056

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les glycoprotéines Une glycoprotéine est constitué d'au moins une chaîne polypeptidique sur laquelle sont attachées des chaînes polysaccharidiques. Ces glycoprotéines peuvent être des enzymes, des hormones, des immunoglobulines... J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les lipides Ils sont insolubles dans l'eau et solubles dans les solvants organiques comme le chloroforme. Ces molécules sont soit énergétiques (réserves) soit des constituants membranaires (phospholipides, glycolipides, cholestérol) bicouche lipidique

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les lipides Acides gras saturés                      acide formique (1:0)                          acide acétique (2:0)                               acide propionique (3:0)                                    acide butyrique (4:0)                                                                   acide caprique (10:0)                                                                              acide laurique (12:0)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides nucléiques ADN : Acide DésoxyriboNucléique ARN : Acide RiboNucléique L'ADN est une macromolécule qui contient l'information génétique de l'individu et qui constitue par conséquent le support de l'hérédité. Elle se présente sous la forme d'une double hélice

Les acides nucléiques ADN : Acide DésoxyriboNucléique J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les acides nucléiques ADN : Acide DésoxyriboNucléique ARN : Acide RiboNucléique Les chaînes des acides nucléiques sont constituées de: - bases azotées (base purique ou pyrimidique) - sucres (ribose ou désoxyribose) - phosphate ARN Base Thymine Adénine Guanine Cytosine Uracile Nucléoside (Base + sucre) Thymidine Adénosine Guanosine Cytidine Uridine Nucléotide (Base + sucre + phosphate) TMP AMP GMP CMP UMP ADN

Les glucides impliqués J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les glucides impliqués R ARN ADN

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les bases (1) Bases de l'ADN et de l’ARN

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les bases (2)

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les bases (3) Appariements spécifiques des bases puriques et pyrimidiques.

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les bases (4) Polarité 5' - 3' des acides nucléiques, en notation complète et abrégée. J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les bases (5) Brins d'ADN antiparallèles J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Structure des chromosomes J.M. Guillot - Biochimie -2006 J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Conformation de l’ADN Conformation : double hélice Rouge: le brin phosphodiester. Bleu: Guanine. Jaune: Cytosine (Anne Lebrun et Richard Lavery – Labo Biophysique)

Réplication demi-conservatrice J.M. Guillot - Biochimie -2006 La réplication (1) ADN double brin (molécule parentale) molécule fille (50% d'origine parentale) molécule fille (50% d'origine parentale) Réplication demi-conservatrice J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La réplication (2) Photographie au microscope électronique d'ADN en réplication J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 L'expression des gènes ADN double brin ARN simple brin Chaîne protéique Transcription Traduction J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

L'expression dans la cellule J.M. Guillot - Biochimie -2006 L'expression dans la cellule Cellule ARN Transcript primaire ARN messager mature ADN Chaîne protéique Traduction Transcription Maturation de l'ARN Transport vers le cytoplasme Noyau Ribosome Cellule eucaryote (organisme supérieur) J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La Transcription (1) L'information génétique passe de l'ADN à l'ARN Brin codant d'ADN G T G G T A C C C G A G G T A G C C G Transcription C A C C A U G G G C U C C A U C G G C ARN messager J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La Transcription (2) J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La Transcription (3) Source Encarta J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La traduction (1) L'information génétique passe de l'ARN à la protéine Chaîne protéique U C A C U C G U C G A G C A G U U A C G A ARN messager Ribosome J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La traduction (2) J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 La traduction (3) Source Encarta

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Les différents ARN Source Encarta

Problèmes possibles (1) J.M. Guillot - Biochimie -2006 Problèmes possibles (1) ADN double brin ARN simple brin Chaîne protéique Mauvais ac. aminé Transcription Mauvaise Traduction

Problèmes possibles (2) J.M. Guillot - Biochimie -2006 Problèmes possibles (2) ADN double brin ARN simple brin (mutant) Chaîne protéique Mauvaise base Mauvais ac. aminé Mauvaise Transcription Traduction

Problèmes possibles (3) J.M. Guillot - Biochimie -2006 Problèmes possibles (3) ADN double brin ARN simple brin (mutant) Chaîne protéique Zone non excisée acides aminés supplémentaires Mauvaise Maturation Traduction

Problèmes possibles (4) J.M. Guillot - Biochimie -2006 Problèmes possibles (4) ADN double brin (mutant) ARN simple brin Chaîne protéique Mauvaise base Mauvais ac. aminé Transcription Traduction Mutation génétique

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Cadre de lecture

Détails de l’expression génétique J.M. Guillot - Biochimie -2006 Détails de l’expression génétique

Détails de l’expression génétique J.M. Guillot - Biochimie -2006 Détails de l’expression génétique

Détails de l’expression génétique J.M. Guillot - Biochimie -2006 Détails de l’expression génétique

Détails de l’expression génétique J.M. Guillot - Biochimie -2006 Détails de l’expression génétique

Détails de l’expression génétique J.M. Guillot - Biochimie -2006 Détails de l’expression génétique

Détails de l’expression génétique J.M. Guillot - Biochimie -2006 Détails de l’expression génétique

Nucléosides et nucléotides J.M. Guillot - Biochimie -2006 Nucléosides et nucléotides

Nucléosides et nucléotides J.M. Guillot - Biochimie -2006 Nucléosides et nucléotides

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Causes de Mutation Mutation spontanée : Anomalie lors de la réplication Mutation provoquée par des expositions Substances chimiques, Intercalant dans l’ADN Désaminant (modifiant les bases de l’ADN) Remplaçant une base de l’ADN (ex 2 amino-purine) Rayonnement ionisants Rayons X, b, g

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple 1 Formation d’un dimère de Thymine

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple 2 Formation d’un dimère de Thymine et de Cytosine

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Exemple 3

Mutation ? Lorsque le matériel génétique est endommagé, J.M. Guillot - Biochimie -2006 Mutation ? Lorsque le matériel génétique est endommagé, un dispositif enzymatique de maintenance entre immédiatement en action. Réparation

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Réparation

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Réparation

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Toxines (1) Toxine diphtérique bloque la synthèse protéique (en inhibant la translocation) Ribosome J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Toxines (2) Toxine cholérique active adénylate cyclase Augmentation d'AMPc Augmentation du transport actif Perte de Na+ et d'H2O par les cellules de l'organisme J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Toxines (3) Neurotoxine de serpents (certains serpents) Blocage de la Transmission neuromusculaire Paralysie par tétanie J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Detoxication Systèmes cellulaires de détoxication élimination des substances étrangères en les rendant hydrosolubles (exemple: cytochrome P450) Modification des HAP par cyt P450 Solubilité augmente Risque de réactions (sites réactifs) J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Toxiques chimiques Classification basée sur les produits chimiques utilisés comme armes les agents incapacitants (psychiques, physiques ou irritants : lacrymogènes) - les suffocants (atteinte des voies respiratoires : Chlore, Phosgène) - les vésicants (destruction des tissus : Ypérite) - les toxiques sanguins (Blocage du transport d’oxygène : CO) - les toxiques cellulaires (Blocage de l’utilisation de l’oxygène : HCN) - les neurotoxiques (Action sur le système nerveux : Sarin) J.M. Guillot - LGEI - Ecole des Mines d'Alès

J.M. Guillot - Biochimie -2006 Synthèse chimique Peptides Oligosaccharides Acides nucléiques