JamesN.Sturgis · 2018. 9. 17. · JamesN.Sturgis DépartementdeBiologie Aix-MarseilleUniversité, Marseille,France Luminy,Septembre2018 J.N.Sturgis (AMU) ENSBI3U1L Septembre2018

Biochimie: réactions cellulaires.

James N. Sturgis

Département de BiologieAix-Marseille Université,

Marseille, France

Luminy, Septembre 2018

J.N. Sturgis (AMU) ENSBI3U1L Septembre 2018 1 / 176

Introduction

Contenu

La Biochimie Cellulairele métabolismele couplagela régulation

Les protéinesleur structureleur fonction

Les enzymesleur cinétiqueleurs mécanismes


Introduction

Organization

Les cours (James Sturgis et Laurent Aussel)Les TD : Exercises d’applicationLes TP : La Biochimie c’est une science experimentale

L’évaluation : CC(TP-participation et TP-compte rendu)L’évaluation : Examen terminal (cours et TD)L’évaluation : Note Finale = ET 0.8 + CC 0.2L’évaluation : Deuxieme session un examen.


Introduction

Organization

Les cours (James Sturgis et Laurent Aussel)Les TD : Exercises d’applicationLes TP : La Biochimie c’est une science experimentaleL’évaluation : CC(TP-participation et TP-compte rendu)L’évaluation : Examen terminal (cours et TD)L’évaluation : Note Finale = ET 0.8 + CC 0.2

L’évaluation : Deuxieme session un examen.


Introduction

Organization

Les cours (James Sturgis et Laurent Aussel)Les TD : Exercises d’applicationLes TP : La Biochimie c’est une science experimentaleL’évaluation : CC(TP-participation et TP-compte rendu)L’évaluation : Examen terminal (cours et TD)L’évaluation : Note Finale = ET 0.8 + CC 0.2L’évaluation : Deuxieme session un examen.


Introduction

Resources

Livres (Biochimie ou Biochemistry) par exemple Berg Tymoczoco etStryer BTS.Diaporamas (http ://lism.cnrs-mrs.fr/JS_files/Teaching/index.html)

Exercises (http ://lism.cnrs-mrs.fr/JS_files/Teaching/index.html)

Annales (http ://lism.cnrs-mrs.fr/JS_files/Teaching/index.html)

Questions ? [email protected]


Introduction

Cours 1 : Introduction

Les molecules du vivant (revision).Les êtres vivantes font de la chimie.La fermentation alcoolique - biologie ou chimie.Anabolisme Catabolisme et Metabolisme.Couplage en biochimie


Les molécules de la vie

Classes de molécules

Petites moléculesglucides (BTS 11.1)

nucleotides (BTS 4.1)acides aminés (BTS 2.1)acides gras (BTS 12.1)vitaminesautres

Grande moléculespolysaccharides (BTS 11.1)

acides nucléiques (BTS 4.1,4.2)protéines (BTS 2.2)lipides (BTS 12.2)




Petites moléculesglucides (BTS 11.1)nucleotides (BTS 4.1)

acides aminés (BTS 2.1)acides gras (BTS 12.1)vitaminesautres

Grande moléculespolysaccharides (BTS 11.1)acides nucléiques (BTS 4.1,4.2)

protéines (BTS 2.2)lipides (BTS 12.2)




Petites moléculesglucides (BTS 11.1)nucleotides (BTS 4.1)acides aminés (BTS 2.1)

acides gras (BTS 12.1)vitaminesautres

Grande moléculespolysaccharides (BTS 11.1)acides nucléiques (BTS 4.1,4.2)protéines (BTS 2.2)

lipides (BTS 12.2)




Petites moléculesglucides (BTS 11.1)nucleotides (BTS 4.1)acides aminés (BTS 2.1)acides gras (BTS 12.1)

vitaminesautres

Grande moléculespolysaccharides (BTS 11.1)acides nucléiques (BTS 4.1,4.2)protéines (BTS 2.2)lipides (BTS 12.2)




Petites moléculesglucides (BTS 11.1)nucleotides (BTS 4.1)acides aminés (BTS 2.1)acides gras (BTS 12.1)vitamines

autres





Petites moléculesglucides (BTS 11.1)nucleotides (BTS 4.1)acides aminés (BTS 2.1)acides gras (BTS 12.1)vitaminesautres




Parfois c’est difficile

Autre comme taxol,Lipide avec des chaines grasses,polysaccharide avec des oses.




Autre comme taxol,

Lipide avec des chaines grasses,polysaccharide avec des oses.




Autre comme taxol,Lipide avec des chaines grasses,

polysaccharide avec des oses.




Autre comme taxol,Lipide avec des chaines grasses,polysaccharide avec des oses.


Couplage Conversions Biologiques

Ce qui est nouveau

La vie est plus que la somme de ses composants.Les cellules et les molécules sont dynamiques . . .

leurs interconversionsleur cinétiquela régulationles méthodes d’étude.



Quelques conversions

Des êtres vivants qui font desconversions.Couplage avec la croisance.L’herbe en methane et viande




Des êtres vivants qui font desconversions.Couplage avec la croisance.La lumiere, CO2 et eau enplante




Des êtres vivants qui font desconversions.Couplage avec la croisance.Eau sale en eau propre etbactéries




Des êtres vivants qui font desconversions.Couplage avec la croisance.Or dissout en pepites d’or etbactéries




Dans une brasserie . . .

La levure fabrique de l’alcool apartir des sucres.Les sucres (amidon) presentdans les grains d’orge.Sont convertis à l’alcool de labierre.C’est de la chimie ! voir labiochimie !




Dans une brasserie . . .La levure fabrique de l’alcool apartir des sucres.

Les sucres (amidon) presentdans les grains d’orge.Sont convertis à l’alcool de labierre.C’est de la chimie ! voir labiochimie !




Dans une brasserie . . .La levure fabrique de l’alcool apartir des sucres.Les sucres (amidon) presentdans les grains d’orge.

Sont convertis à l’alcool de labierre.C’est de la chimie ! voir labiochimie !




Dans une brasserie . . .La levure fabrique de l’alcool apartir des sucres.Les sucres (amidon) presentdans les grains d’orge.Sont convertis à l’alcool de labierre.

C’est de la chimie ! voir labiochimie !




Dans une brasserie . . .La levure fabrique de l’alcool apartir des sucres.Les sucres (amidon) presentdans les grains d’orge.Sont convertis à l’alcool de labierre.C’est de la chimie ! voir labiochimie !



La chimie biologique

On peut aprofondir un peu la reaction chimique faite par les levures.

Une reaction chimiqueSucre+Levure −→ Alcool





Une reaction chimiqueSucre −→ Alcool

Levure





Une reaction chimiqueSucre −→ Alcool+CO2

Levure+H2O






Levure+H2O(CH2O)n C2H6O + CO2






Levure+H2O(CH2O)3n nC2H6O + nCO2






Levure+H2O(CH2O)3n nC2H6O + nCO2

C’est de la chimie organique.Mais ce n’est pas tout. . . si on regardait dans le flacon avec unmicroscope ?

Une reaction biologiqueLevure + Glucose −→ 2xLevures

et en plus la temperature augmente.




Production d’alcool et CO2 apartir de sucre.Production de levure a partir desucre.Deux réactions couplées.Generation de chaleur (réactionexergonique).



Deux processus couplés

Utilisation de glucides commefioul pour la cellule etproduction de dechets (d’alcoolet CO2).Production de nouveaux levuresa partir de sucre en utilisant“l’energie” derivé.

Glucose

Protéines etc.

Alcool et CO2





Utilisation de glucides commefioul pour la cellule etproduction de dechets (d’alcoolet CO2).“Catabolisme”Production de nouveaux levuresa partir de sucre en utilisant“l’energie” derivé.“Anabolisme”

Glucose

Protéines etc.

Alcool et CO2

Deux processus couplésMétabolisme



. . . et si on tuait des cellules ?

Ceci fut une des premiers experiences de biochimie fait par Hans etEdouard Büchner en 1897 et pousse un peu plus loin par Harden et Youngen 1905.Une reaction biologique

Sucre −→ Alcool + CO2Levure chaleur

Sucre −→ Levure

Une reaction biochimiqueSucre −→

Levure(mort)Sucre −→




Ceci fut une des premiers experiences de biochimie fait par Hans etEdouard Büchner en 1897 et pousse un peu plus loin par Harden et Youngen 1905.Une reaction biologique

Sucre −→ Alcool + CO2Levure chaleur

Sucre −→ Levure

Une reaction biochimiqueSucre −→ Alcool + CO2

Levure(mort) 2 x chaleurSucre −→




Métabolisme déregulé dans lescellules mortes.Le suc de levure est capable àfaire de la chimie.Normalement le couplage entre“anabolisme” et “catabolisme”conserve de l’énergie.

PhilosophieQu’es la vie ?Pourquoi cette decouplage ?



Les enzymes

Les catalyseurs présente dans lesuc de levure sont les“Enzymes”.Elles sont normalement desprotéines.Les enzymes ont souvent unpouvoir catalytiqueimpressionante.Parfois elles ont besoin de“cofacteurs” ou “co-enzymes” Structure d’une enzyme TIM


Couplage Molécules de couplage (BTS 15.2)

Liens entre catabolisme et anabolisme

Catabolisme, utilisation de fioul.

Anabolisme, fabrication denouvelles molecules de la vie.Liées par :

Les macromoléculesbiologiques

Les petits moléculesLes molécules de couplageATP et NADH

Quelques autres processusbiologiques fabriquent desmolécules de couplage.

Le métabolisme




Catabolisme, utilisation de fioul.Anabolisme, fabrication denouvelles molecules de la vie.

Liées par :Les macromoléculesbiologiques



Le métabolisme




Catabolisme, utilisation de fioul.Anabolisme, fabrication denouvelles molecules de la vie.Liées par :

Les macromoléculesbiologiques



Le métabolisme





Les macromoléculesbiologiquesLes petits molécules

Les molécules de couplageATP et NADH


Le métabolisme





Les macromoléculesbiologiquesLes petits moléculesLes molécules de couplageATP et NADH


Le métabolisme





Les macromoléculesbiologiquesLes petits moléculesLes molécules de couplageATP et NADH


Le métabolisme



ATP : l’énergie de la cellule

Structure de l’Adenosine triphosphate

Les cellules utilisent ATP commeargent énergetique.

C’est quoi cette molécule ?

Pourquoi c’est si utile ?Comment est stockée l’énergie ?




Structure de l’Adenosine triphosphateATP peut etre hydrolyzé en ADP et PO4


C’est quoi cette molécule ?Pourquoi c’est si utile ?

Comment est stockée l’énergie ?




Structure de l’Adenosine triphosphateATP peut etre hydrolyzé en ADP et PO4Beaucoup d’énergie 29.2 kJ mol−1 (∆Go′)


C’est quoi cette molécule ?Pourquoi c’est si utile ?Comment est stockée l’énergie ?



Couplage des réactions et ATP

Une reaction spontanéeSucre −→ Alcool + CO2

La conversion de sucre en alcool et CO2

Une reaction de couplageATP + H2O −→ ADP + PO4

L’hydrolyse d’ATP est spontanée.




Une reaction spontanéeSucre −→ Alcool + CO2

La conversion de sucre en alcool et CO2

Une reaction de couplageADP + PO4 −→ ATP + H2O

L’hydrolyse d’ATP est spontanée. La synthèse d’ATP n’est pas spontanée.




Dans la biologie la réaction spontanée et non-spontanée sont coupléespour donner une ensemble spontanée.

Une reaction coupléeSucre Alcool + CO2

−→ADP + PO4 ATP + H2O




Dans la biologie la réaction spontanée et non-spontanée sont coupléespour donner une ensemble spontanée.

Une reaction coupléeSucre Alcool + CO2


Conservation de l’énergie.



Couplage des réactions

Des reactions couplées : CatabolismeGrandes molécules Petites molécules




Couplage des réactions



Des reactions couplées : AnabolismeATP + H2O ADP + PO4

−→Petites molécules Grandes molécules



NAD : une autre molécules de couplage

Structure de NAD+

C’est quoi cette molécule ?

Pourquoi c’est si utile ?




Structure de NAD+

C’est quoi cette molécule ?ADP avec une autre commebase “nicotinamide”.

Pourquoi c’est si utile ?




NAD+ peut etre réduit en NADH

C’est quoi cette molécule ?ADP avec une autre commebase “nicotinamide”.Pourquoi c’est si utile ?




NAD+ peut etre réduit en NADH

C’est quoi cette molécule ?ADP avec une autre commebase “nicotinamide”.Pourquoi c’est si utile ?NADH est comme H2 maismoins dangereuxStockage de pouvoir réducteur



Couplage et NAD+


(réduites) −→ (oxidées)NAD+ NADH



Couplage et NAD+


(réduites) −→ (oxidées)NAD+ NADH

Des reactions couplées : AnabolismeNADH NAD+

−→Petites molécules Grandes molécules

(oxidées) (réduits)



Autres sources des molécules de couplage

PhotosyntheseADP + PO4

−→ ATPlumiere



Autres sources des molécules de couplage

PhotosyntheseADP + PO4

−→ ATPlumiere

HydrogenaseNAD+

−→ NADH + H+

H2



Cours 1 : Conclusions

Les molécules de la vie participent dans des réactions.Les organismes utilisent des fiouls pour faire de nouveaux organismes.Les differents réactions biochimiques d’une cellule sont couplées.Les couples ADP + Pi/ATP et NADH + H+ / NAD+ jouent desrôles importants.


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