Les molécules du vivant et

les nutriments

Introduction

• Molécules du vivant (synthétisées par les cellules):

Glucides, protéines, lipides

• Presque toujours C, H, O et N

• Synthétisées par la cellule ou apportées par l’alimentation (nutriments)

I. Les glucides

I. Les glucides

1. Structure

• Goût sucré (sucres simples)

• C, H et O (la majorité avec CnH2nOn)

• Existe des isomères (même formule chimique, mais pas même structure spatiale)

I. Les glucides

1. Structure

a) les monosaccharides

• = oses, ou sucres simples• Dans le monde vivant, la plupart sont des

pentoses (5C) ou des hexoses (6C)

Glucose (C6H12O6) Galactose (C6H12O6)

Fructose (C6H12O6)

Ribose (C5H10O5) Désoxyribose (C6H9O4)

I. Les glucides

1. Structure

b) les disaccharides

• 2 monosaccharides associés

• Ex:

- Saccharose(formé d’un glucose + un fructose)

- Maltose(formé de 2 glucoses)

- Lactose(formé d’un glucose + un galactose)

I. Les glucides

1. Structure

c) les polysaccharides

• Polymères de monosaccharides (souvent glucoses)

• Ex:- Amidon (polymère de glucoses)(C6H10O5)n avec n compris entre 200 et 2000.

- Cellulose (polymère de glucoses)(C6H10O5)n avec n > 10 000.

- Glycogène (polymère de glucoses)

- Chitine (polymère de glucosamines)

• La différence porte sur le nombre d’oses polymérisés et la position des liaisons entre eux. De plus, les chaînes sont linéaires (amidon) ou ramifiées (glycogène), droites ou enroulées.

amidon

cellulose

chitine

glycogène

Mise en évidence• L’eau iodée donne une

couleur bleu sombre en présence d’amidon.

• L’eau iodée donne une couleur brun acajou en présence de glycogène.

• Les sucres réducteurs sont mis en évidence par la liqueur de Fehling à chaud (précipité rouge brique).

I. Les glucides

2. Rôle

Amidon :

• réserve des plantes quand surplus de glucose.

• surtout dans les racines, les graines et les fruits.

• particulièrement abondant dans les céréales (riz, blé, maïs, etc.) et les tubercules (pommes de terre).

Coloration par le lugol d'un grain de Maïs.

Cellulose:

• s'assemblent les unes aux autres pour former des fibres.• parties dures des tissus végétaux.• parois cellulaires des cellules végétales (donne aux végétaux

leur rigidité). • Le bois est riche en cellulose. Le coton ou le papier sont fait

presque entièrement de fibres de cellulose.

Glycogène:

• polymère de glucose, sucre de réserve des animaux

• dans les muscles (la viande) – d’où les repas riches en sucres lents des sportifs - et le foie des animaux.

• Permet de réguler la glycémie :

L'organisme est capable de stocker jusqu'à 600 g de glycogène. Ce stockage est sous le contrôle de l’insuline. Le déstockage est sous le contrôle du glucagon.

Chitine :

• forme l'exosquelette (la "carapace") des Arthropodes (araignées, insectes, crustacés).

• La chitine est généralement durcie et rigidifiée par des dépôts de carbonates de calcium (CaCO3).

• Rôle de construction (plastique):

• chez les plantes (cellulose)

• chez les arthropodes (squelette externe articulé fait de chitine)ex: les araignées, les crustacés et les insectes.

• Rôle énergétique:

Lors de la respiration cellulaire, dans les mitochondries:

C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O

énergie

II. Les protéines

II. Les protéines

1. Structure

• CHON • polymère d'acides aminés (100 à 200 pour la majorité)• Il existe 20 acides aminés différents. • liés par liaison peptidique : entre le groupement acide (COOH)

d'un acide aminé et le groupement amine (NH2) de l'autre.

• Les protéines sont des polypeptides. Ce qui change c’est le nombre et l’ordre des acides aminés.

• terme peptide parfois utilisé quand moins de 50 acides aminés.

• structure primaire : séquence des acides aminés.

• structure secondaire interactions entre les liaisons peptidiques. La protéine se replie en hélice

• structure tertiaire interaction entre les différents radicaux. La protéine a une forme tridimensionnelle.

• structure quaternaire : interaction entre les différentes unités de la protéine, ce qui va lui donner une conformation définitive (globulaire, spiralée etc.)

Rappel (enzymologie): Dénaturation (température, pH, ions), liée à destruction des liaisons entre acides aminés, d’où changement des propriétés.

Structure primaire

• Liée à l’information génétique (1 gène / 1 protéine)

Séquence des 21 premières bases de l'ADN codant pour l'hémoglobine A d'un sujet non atteint de drépanocytose et séquence des 7 premiers acides aminés de l'hémoglobine A

Séquence des 21 premières bases de l'ADN codant pour l'hémoglobine S d'un sujet atteint de drépanocytose et séquence des 7 premiers acides aminés de l'hémoglobine S

Structure secondaire

Structure tertiaire

Structure quaternaire

Ex: hémoglobine insuline

Mise en évidence

Coloration orangée avec la réaction xanthoprotéique (protéine + HNO3 + NH4OH)

Coloration violette avec la réaction du biuret (protéine + NaOH + CuSO4)

électrophorèse :

séparation par migration dans un gel sous l’influence d’un champ électrique: la migration dépend de la taille de la protéine et de sa charge (Plus les protéines sont petites et chargées, plus elles migrent loin dans le gel)

Electrophorèse bidimensionnelle:

-Première séparation en fonction de la charge (point isoélectrique)

-Deuxième séparation en fonction de la masse

Suivie éventuellement d’une analyse au spectromètre de masse:

Les peptides sont ionisés par un laser puis accélérés dans une colonne jusqu’à un détecteur. Le temps de trajet de chaque peptide dépend du rapport entre sa masse et sa charge.Les résultats sont confrontés à une banque de données qui contient toutes les masses théoriques de toutes les protéines telles que l’on peut les prédire à partir des données du séquençage humain.

II. Les protéines

2. Rôle

- Les enzymes sont des protéines qui catalysent certaines réactions de l’organisme,

- rôle de communication entre les cellules (hormones comme l’insuline ou l’hormone de croissance...),

- défense de l’organisme (anticorps, protéines du CMH)

- transport (protéines membranaires, hémoglobine...)

- structure (fibres protéiques telles que le collagène ou la kératine)

- mouvement (protéines musculaires).

III. Les lipides

III. Les lipides

1. Structure

III. Les lipides

1. Structure

a) Les triglycérides

• Glycérol + 3 acides gras

• suivant saturation en hydrogène des acides gras:

• Acides gras saturés :

- que des liaisons simples entre les carbones (pas de liaisons doubles). On ne peut pas ajouter d'hydrogène à la molécule; elle est saturée.

- ex: L'acide palmitique dans le gras animal (20 à 30%) dans certains gras végétaux : 35 à 45% dans l’huile de palme, souvent utilisée dans l'industrie alimentaire (biscuits, gâteaux, margarine). L'huile de coco aussi est riche en acide palmitique.

• Acide gras monoinsaturés :

une double liaison carbone=carbone.Ex: acide linoléique

• Acides gras polyinsaturés :

plusieurs liaisons doubles.Ex: Les oméga 3 et 6 (acide arachidonique par ex)

• Les triglycérides d'origine animale sont généralement saturés alors que les triglycérides d'origine végétale sont, le plus souvent, mono ou polyinsaturés.

• Les acides gras saturés sont en principe solides à 20°C alors que les insaturés sont liquides.

• La consommation d’acides gras

saturés est à éviter. Il y aurait un lien entre la quantité de gras saturés dans l’alimentation et un taux anormalement élevé de cholestérol sanguin. Or, un taux élevé de cholestérol augmente les risques de maladies cardiovasculaires…

• Acide gras cis et trans

Dans l’industrie alimentaire, on utilise souvent des huiles hydrogénées, car

- plus stables (se conservent plus longtemps et résistent mieux à la chaleur)

- propriétés recherchées en cuisine (pâtes ou biscuits plus croustillants; gâteaux plus moelleux, etc.).

Quand hydrogénation incomplète (il reste une ou plusieurs doubles liaisons), on obtient des acides gras « trans ».

Suivant la position des H liés aux deux carbones de la double liaison :

III. Les lipides

1. Structure

b) Les phospholipides

• glycérol + deux acides gras + groupement phosphate.

• diffèrent suivant les acides gras rattachés au glycérol et par différents groupements chimiques qui peuvent se rattacher au groupement phosphate

• Souvent, un des deux acides gras est saturé et l'autre ne l'est pas.

LDL (Low Density Lipoprotein)

Micelles permettant le transport du cholestérol dans le sang : constitués de cholestérol (orange) enrobé d'une couche de phospholipides (vert).

Le côté hydrophile des phospholipides est dirigé vers l'extérieur (ce qui permet au micelle d'être soluble dans l'eau) alors que le côté hydrophobe est du côté du cholestérol.

La portion jaune est une protéine qui permet au micelle de se fusionner à une cellule.

Les LDL contiennent aussi des triglycérides et des acides gras mélangés au cholestérol.

III. Les lipides

1. Structure

c) Les stérides

• Noyau stérol + groupement différent suivant les stéroïdes

• Ex: cholestérol, hormones fabriquées à partir du cholestérol telles que la cortisone, les oestrogènes ou la testostérone.

Mise en évidence

• Colorés en rouge par le rouge soudan

• Colorés en noir par le tétroxyde d’osmium

• Forment une tâche translucide sur le papier

III. Les lipides

2. Rôle

• non solubles dans l'eau.

• peuvent se dissoudre dans l'eau du corps en s'associant à des phospholipides et à des protéines spéciales.

• Rôle énergétique : triglycérides (issus de tous les surplus alimentaires en glucides, en lipides ou en protéines).

• Isolation thermique : chez certains animaux tels que les baleines ou les phoques.

• La testostérone:

- stimule la croissance des muscles.- est responsable du développement des organes génitaux et

des caractères sexuels secondaires masculins.

• Le cholestérol:

- s'associe aux phospholipides pour former les membranes des cellules animales (pas de cholestérol chez les végétaux).

- sert à former différentes molécules essentielles comme les hormones stéroïdes, la vitamine D ou les sels biliaires (ces derniers sont contenus dans la bile; ils aident à la digestion des lipides dans l'intestin).

- À un taux sanguin élevé, augmente les risques de maladies cardiaques, particulièrement l'athérosclérose (caractérisée par la formation de plaques d'athéromes, des accumulations de tissus et de lipides dans la paroi des artères). La présence de telles plaques d'athéromes au niveau des artères coronaires (les artères irriguant le coeur) augmente énormément les risques d'infarctus du myocarde.

Remarque:

• Le cholestérol se déplace dans le sang en association avec des protéines et des phospholipides. Ces structures sont appelées lipoprotéines. Plus la lipoprotéine contient de protéines, plus sa densité est élevée.

• On distingue deux types de lipoprotéines :- Les HDL (Hight Density Lipoprotein) qui constituent le « bon

cholestérol » - Les LDL (Low Density Lipoprotein) qui constituent le « mauvais

cholestérol »

IV. Les nutriments

• Généralités

- Issus de digestion (rôle des enzymes surtout)

- Assimilables par l’organisme (intestin)

- Autres molécules: vitamines, minéraux / oligo-éléments (non combustibles), EAU

• Le métabolisme des glucides:

Absorbés au niveau de l’intestin sous forme de monosaccharides.

Destruction des liaisons des sucres complexes par ajout d'une molécule d'eau (hydrolyse).

Action des enzymes:

Ex: dans l'intestin:

amylase amidon pancréatique maltose maltase glucose

glu-glu-glu-...-glu glu-glu glu

Aussi action de la saccharase et la lactase.

Monosaccharides autres que glucose transformés en glucose par le foie.

Si glucide non transformé en monosaccharides : non absorbé par le corps (ex: cellulose).

• Le métabolisme des protéines:

- Les acides aminés issus de la digestion des protéines des aliments.

Dans l’estomac, puis l’intestin:

sucs digestifs, enzymes pancréatiques

et intestinales

Protéines acides aminés

- Chaque cellule fabrique les protéines dont elle a besoin à partir de ces acides aminés (plus de 10000 différentes chez certaines cellules, 100 000 dans tout l’organisme).

• Le métabolisme des lipides:

Dans l'intestin :

lipase pancréatique

triglycérides monoglycérides + acides gras

Une fois absorbés dans la paroi intestinale, la réaction inverse se produit afin que les triglycérides passent dans le sang pour être acheminés au foie et aux cellules.

• Nutriment essentiel: doit être fourni par l’alimentation

• Déf carence

• En eau: déshydratation

• Nutriments essentiels / carences

Protéines

• 8 acides aminés essentiels (valine, leucine, isoleucine, thréonine, tryptophane, phénylalanine, méthionine et lysine).

• Complémentarité de certains aliments (ex céréale [riz] et légumineuse [lentilles]) importante dans régime végétarien ou végétalien.

• Carence: Kwashiorkor

• La spiruline est une algue très riche en protéines (55 à 70%); elle est utilisée dans la lutte contre la malnutrition dans certains pays.

• Si l’alimentation est trop pauvre en protéines :

Si manque de certains acides aminés essentiels, l'organisme utilise ses propres protéines (protéines musculaires et protéines du sang surtout). D’où perte rapide de muscle (il y aurait aussi une baisse de protéines plasmatiques).

• Si l’alimentation est trop riche en protéines :

Utilisation des acides aminés en excès dans la respiration cellulaire ou transformation en graisse (et non en muscles !!!) : il n’existe pas de réserves de protéines ou d'acides aminés. Ces transformations libèrent de l'azote (le groupement amine des acides aminés) qui est converti en urée. L'urée, un déchet, est ensuite éliminée par les reins.

Acides gras essentiels:

• Dans les oméga 3 et 6

• Constituants des membranes cellulaires

Glucides

• Carence en sucres: hypoglycémie

• Surpoids…. Obésité (en combinaison avec d'autres facteurs)

• caries• Maladies métaboliques (diabète,

intolérances au lactose, au galactose, etc.)

Vitamines

- Vitamine C : dans les fruits et les légumes (agrumes, tomates, poivrons...) Carence : scorbut

- Vitamines B : dans les céréales, fruits, légumes… Carence en B1 : béribéri (quand riz décortiqué…) B12 surtout dans les produits d'origine animale (de même que vitamine D) : lait, fromage,

yaourt et œufs en contiennent en quantité suffisante puisque la quantité journalière requise est infime (1 microgramme)

B12 stockée dans le foie représente une réserve pour une période allant de 3 à 6 ans Carence en B12 : graves conséquences (anémies…) chez végétaliens (peut n'apparaître

qu'après plusieurs années) Carence en B9 : chez femme enceinte (spina bifida du fœtus)… D’où supplément alimentaire

en folates

- Vitamine A: la provitamine A (β-carotènes) - convertie en vitamine A dans l'organisme - dans les légumes

(carottes, épinards, persil, cresson, etc.)

- Vitamine D: Synthétisée par l’organisme exposé au soleil (même peu) indispensable à l'assimilation du calcium et est particulièrement importante au cours de la

croissance Carence : rachitisme

- Vitamine K: dans les légumes verts

- Vitamines E et F: dans les graines oléagineuses etc…

Minéraux

• Fer :

- Carence courante, surtout chez les enfants et adolescents en pleine croissance, les femmes enceintes ou pré-ménopausées.

- Risque d’anémie

• Calcium :

- nécessaire pour la formation et le maintien des os et pour l'équilibre nerveux.

- Dans les produits laitiers, les végétaux (persil, brocolis…), mais très peu dans les viandes (de plus, leur consommation en accentue les besoins : leur richesse en phosphore augmente la perte de calcium dans les urines).

- Un excès de protéines diminue son absorption et contribue pour beaucoup à l'apparition de l’ostéoporose (fragilité osseuse).

- Régulé par la vitamine D

• Iode : goitre…