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Faculté de santé d’Angers - département PluriPASS Année universitaire 2020-2021 UE1 : Biologie du vivant – BIOCHIMIE STRUCTURALE Pr. G. Larcher - Pr. JM Chao de la Barca Pour toutes vos questions : [email protected] Association Angevine du Tutorat PASS Ledit polycopié a été entièrement réalisé par l’Association Angevine du Tutorat PASS (2ATP) avec l’accord des enseignants référents. Ni les professeurs, ni la faculté ne peuvent être tenus responsables de la validité des informations qu’il contient, même en cas de relecture par ces derniers. Seuls les enseignements dispensés par les enseignants feront foi pour les examens. Toute reproduction est interdite sans l’autorisation préalable de l’enseignant ou de la 2ATP.

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Faculté de santé d’Angers - département PluriPASS

Année universitaire 2020-2021

UE1 : Biologie du vivant – BIOCHIMIE

STRUCTURALE Pr. G. Larcher - Pr. JM Chao de la Barca

Pour toutes vos questions : [email protected]

Association Angevine du Tutorat PASS

Ledit polycopié a été entièrement réalisé par l’Association Angevine du Tutorat PASS (2ATP) avec

l’accord des enseignants référents. Ni les professeurs, ni la faculté ne peuvent être tenus responsables

de la validité des informations qu’il contient, même en cas de relecture par ces derniers.

Seuls les enseignements dispensés par les enseignants feront foi pour les examens.

Toute reproduction est interdite sans l’autorisation préalable de l’enseignant ou de la 2ATP.

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Pr. Larcher

Pr. JM Chao de la Barca

SOMMAIRE BIOLOGIE DU VIVANT : ORIGINE ET EVOLUTION DU VIVANT ................................. 4

CHAPITRE N°1 : QU’EST-CE QUE L’EVOLUTION ? .............................................. 4

I. La nature avant Darwin ....................................................................................................... 5

II. L’évolution entre en scène .................................................................................................. 7

Récapitulatif .................................................................................................. 11

Notes ............................................................................................................ 12

CHAPITRE N°2 : L’HISTOIRE DU VIVANT ......................................................... 13

I. Le temps des origines ....................................................................................................... 13

II. Épanouissement de la vie .................................................................................................. 17

Récapitulatif .................................................................................................. 22

Notes ............................................................................................................ 23

CHAPITRE N°3 : L’ARBRE DE LA VIE ................................................................ 23

I. Principe de la classification phylogénétique ...................................................................... 24

II. Les mécanismes de l’évolution.......................................................................................... 25

III. Comment se forment les nouvelles espèces ? ................................................................... 27

Récapitulatif .................................................................................................. 30

..................................................................................................................... 31

Notes ............................................................................................................ 32

CHAPITRE N°4 : APPORTS DU POINT DE VUE EVOLUTIONNISTE .................... 33

I. L’origine de notre propre espèce ...................................................................................... 33

II. La médecine évolutionniste .............................................................................................. 34

Récapitulatif .................................................................................................. 36

Notes ............................................................................................................ 37

CHAPITRE N°5 : L’AVENIR DE LA BIOLOGIE .................................................... 37

I. La biologie de synthèse ..................................................................................................... 38

II. L’exobiologie .................................................................................................................... 39

Récapitulatif .................................................................................................. 44

Notes ............................................................................................................ 45

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ED : APPLICATIONS DU CONCEPT D’EVOLUTION ........................................... 45

I. L’évolution en direct ......................................................................................................... 46

II. La drépanocytose ou anémie falciforme ........................................................................... 48

III. Nouveau traitement de la goutte ...................................................................................... 49

IV. Adaptation pigmentaire de l'Homme (point de vue chez l’homme sain) ........................... 49

V. Métissage chez l’Homo sapiens ........................................................................................ 50

Récapitulatif .................................................................................................. 52

Notes ............................................................................................................ 53

Entrainements ............................................................................................... 54

Corrections .................................................................................................... 56

BIOCHIMIE STRUCTURALE ................................................................................... 58

CHAPITRE N°1 : LES ACIDES AMINES .............................................................. 58

..................................................................................................................... 58

I. Définition .......................................................................................................................... 58

II. Classification des AA ......................................................................................................... 58

III. Chiralité des AA ................................................................................................................ 59

IV. Rôle des AA ....................................................................................................................... 60

V. Acides aminés essentiels, conditionnellement essentiels, non essentiels et leur polarité . 60

VI. Structure et propriétés des AAPS ..................................................................................... 61

VII. Les AA non protéinogènes ................................................................................................ 72

VIII. Les amines biogènes (AB) ................................................................................................. 73

IX. Traitement de la maladie du sommeil par un cheval de Troie « biochimique » .................. 75

Récapitulatif .................................................................................................. 77

Notes ............................................................................................................ 78

CHAPITRE N°2 : LES GLUCIDES ...................................................................... 79

I. Définition .......................................................................................................................... 79

II. Rôles des glucides ............................................................................................................. 79

III. Classification des glucides ................................................................................................. 80

Récapitulatif .................................................................................................. 91

Notes ............................................................................................................ 92

CHAPITRE N°3 : LES LIPIDES .......................................................................... 93

I. Définition .......................................................................................................................... 93

II. Les lipides de la réserve énergétique ................................................................................. 93

III. Les lipides composant les membranes biologiques ......................................................... 100

IV. Lipodomique ................................................................................................................... 103

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Pr. JM Chao de la Barca

Récapitulatif ................................................................................................ 106

Notes .......................................................................................................... 107

Entrainements ............................................................................................. 108

Corrections .................................................................................................. 114

CHAPITRE N°4 : CHOLESTEROL ET LIPOPROTEINES ..................................... 121

I. Le cholestérol ................................................................................................................. 121

II. Les lipoprotéines ............................................................................................................. 127

Récapitulatif ................................................................................................ 135

Notes .......................................................................................................... 137

CHAPITRE N°5 : LES VITAMINES ................................................................... 138

I. Introduction .................................................................................................................... 138

II. Vitamines hydrosolubles ................................................................................................. 138

III. Vitamines liposolubles .................................................................................................... 142

Récapitulatif ................................................................................................ 148

Notes .......................................................................................................... 150

CHAPITRE N°6 : MOLECULES « SIGNAL » ...................................................... 151

I. Définition et rappel ......................................................................................................... 151

II. Glycoprotéines ................................................................................................................ 151

III. Glycolipides .................................................................................................................... 155

Récapitulatif ................................................................................................ 159

Notes .......................................................................................................... 161

Entrainements ............................................................................................. 162

Corrections .................................................................................................. 166

Notes Biochimie .......................................................................................... 170

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BIOLOGIE DU VIVANT : Origine et évolution du vivant

« Rien n’a de sens en biologie, si ce n’est à la lumière de l’évolution » - Théodosius Dobzhansky, biologiste

XXème siècle

CHAPITRE N°1 : QU’EST-CE QUE L’EVOLUTION ?

Paléontologie : Indices de vie dans les roches les plus anciennes correspondent à des bactéries.

Champignons, arbres, animaux sont arrivés plus tard. Les biologistes s’interrogent au XIXème siècle en

recueillant des fossiles.

Évolution : Processus à l’origine de la transformation de la vie. C’est le fondement de la biologie moderne.

Charles Darwin la définit comme « descendance avec modification ». Il ne parle pas « d’évolution ». Il

disposait au milieu du XIXème siècle au mieux du microscope. La théorie darwinienne a connu des compléments mais

n’a pas réellement été remise en question. On se rend compte de ce processus de transformation de la vie qu’à partir

de la fin du XIXème.

Évolution confirmée actuellement grâce :

▪ À l’analyse de l’ADN (génome qui renferme notre histoire)

▪ À la datation des fossiles (plus vieilles roches : 4 milliards d’années) avant on n’avait pas de notion de temps

aussi importante (Terre âgée de 6 à 7 000 ans pour la Bible).

▪ Au traitement informatique des données sur la diversité de la vie ( ex : arbre de la vie )

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I. La nature avant Darwin A) Le monde vivant immuable d’Aristote

Aristote (IVème siècle avant JC) est un philosophe grec à l’origine de la théorie du fixisme : les espèces

naissent, se développent et meurent sans évoluer. Sa théorie prédomine pendant presque 2 000 ans (encore

aujourd'hui, aux USA avec théorie du créationnisme). Il est le fondateur de la zoologie.

Il classe le monde vivant selon une échelle de complexification graduelle (scala naturae) → (parfois encore

présente) où l’Homme = « fruit de l’intelligence divine ».

Il considère l’Homme, être à part, doué de raison puis divise le monde animal en animaux sanguins et non-

sanguins (scala naturae). Il est à l’origine de la théorie de la génération spontanée : êtres vivants naissent

spontanément de la matière inerte. Vitalisme = souffle vital anime de façon magique les êtres vivants.

B) Théophraste ou l’histoire des plantes

Attention aux fausses interprétations, l’évolution :

➢ N’est pas un progrès régulier vers un but particulier (on ne va pas toujours vers le mieux).

Exemple : les grands singes n’ont pas vu grossir leur cerveau parce qu’ils en avaient besoin. Pas d'intention, de

finalisme.

➢ Ne rend pas la vie parfaite, les adaptations ont des défauts.

Exemple : le cerveau volumineux des humains rend les naissances plus dangereuses pour la mère.

➢ Modifie ce qui existe déjà (nouvelles formes sous fortes contraintes) → une espèce n’apparait pas

comme ça, par magie.

Exemple : les plumes étaient à la base pour réguler la température mais l’évolution a fait que les plumes ont

permis de voler pour les oiseaux.

➢ Peut nous rendre vulnérables aux maladies (nombre limité de mutations bénéfiques, l’étude de

l’évolution peut aider à comprendre et traiter les maladies=médecine évolutionniste, ex: cancer).

Exemple : l’obésité est due à une mauvaise adaptation à l’abondance de nourriture actuelle.

On a des preuves concrètes de cette évolution, sans remonter à des millions d’années (par exemple avec les

bactéries → développement d’une résistance aux antibiotiques)

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Pr. JM Chao de la Barca

Élève d’Aristote (4 avant JC), Théophraste est considéré comme le père de la Botanique. Il dresse un

véritable inventaire du monde vivant : Histoire des plantes et Recherches sur les plantes. Il classe les espèces

végétales en :

• Arbres

• Arbustes

• Arbrisseaux

• Herbes Il pose également les fondements de la médecine et de la pharmacie. Classification des plantes médicinales

selon leurs usages dans le Traité des plantes (il fait un lien entre les plantes et le soin qu’elles peuvent apporter).

C) Un langage universel pour classer le vivant

Carl von Linné (XVIIIème siècle), botaniste suédois, établit une classification hiérarchique des êtres vivants

avec l’espèce en unité de base. Il généralise la dénomination binomiale : 2 noms avec un nom de genre et une

d’espèce en latin par être vivant → langage universel.

Théologien, c’est un fixiste résolu dont la classification reflète l’œuvre divine où l’Homme est

l’aboutissement ultime de la création divine.

Il classe le monde végétal en fonction du nombre d’étamines dans Systema Naturae (1735).

Aujourd'hui, on a monographié deux millions d'espèces…

Exemple : Homo (genre) sapiens (espèce) = MAJUSCULE pour le Genre et minuscule pour l’espèce

D) La génération spontanée : une idée qui dure…

Référence exclusive du monde occidental de l’Antiquité jusqu’à la Renaissance (XIXème siècle). Elle

s’accorde avec les dogmes de l’Église catholique : volonté créatrice d’ordre divin.

Exemple : Selon une croyance égyptienne, les crocodiles naissent de la boue chaude du Nil, les premiers

animaux proviennent de la vase marine desséchée par le soleil. En 1648, Jean-Baptiste Van Helmont, médecin et

chimiste, publie une méthode pour fabriquer des souris (en 21 jours) → on met de la nourriture, une chemise sale, on

attend et pouf plus de nourriture et on a des souris !

E) Mais contestée par Pasteur et autres

Encore en 1842, le biologiste Félix Pouchet (1800-1872) affirme que des organismes végétaux ou animaux

microscopiques peuvent naître spontanément dans l’air.

Grâce à ces expériences de stérilisation en laboratoire Louis Pasteur (1822-1895) démontre que la vie ne peut

apparaître spontanément de l’inanimé. Il met un bouillon nutritif (milieu de culture).

Son hypothèse est que dans l’air, il y a des éléments qui amènent la vie. Il met à chauffer le milieu de culture sans

contact avec l’air pour tuer les éléments (s’il y en a) et rien n’apparaît.

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On lui reproche que le ballon soit fermé (l’air ne peut

pas passer). Il met un ballon avec un col de cygne et un ballon

avec un col droit (c’est ouvert donc l’air peut circuler, témoin).

Avec le col de cygne : l’air circule mais les micro-organismes

vont être arrêté et donc pas de lien avec le bouillon. Il montre

que des micro-organismes sont présents dans l’air mais qu’ils

n’apparaissent pas spontanément. Il présente ses résultats devant l’académie des Sciences. Il abat la théorie de la

génération spontanée qui tient depuis 2 000 ans. Il va ouvrir de nouveaux domaines (vaccination, microbiologie…)

→ on comprend qu’il y a toute une vie qu’on ne voit pas.

II. L’évolution entre en scène

A) Lamarck et le transformisme

Lamarck (1744-1829), naturaliste français, pose les bases de la transformation des espèces (en partant des

constatations géologiques) = le transformisme. Il invente le mot biologie (vient du grec avec bios = vie et logos =

science). Il publie une Flore française et rédige Philosophie zoologique mettant en cause le dogme de la fixité des

espèces mais postule sur l’hérédité des caractères acquis.

Selon Lamarck, « la fonction crée l’organe ». Le cou des girafes au cours de l’évolution s’allonge car elles

tirent de plus en plus et ça se transmet de génération en génération. Erreur donc de Lamarck avec l’hérédité des

caractères acquis. Il n’y a aucune notion de gènes ou d’ADN à l’époque.

B) La théorie de l’évolution selon Darwin

Charles Darwin (XIXème siècle) publie De l’origine des espèces qui annonce la biologie moderne. Selon sa

théorie, l’ensemble des espèces actuelles se sont formées à partir d’un ancêtre commun unique grâce à un

mécanisme de descendance avec modification sous l’effet de la sélection naturelle. Il dessine alors un « Arbre de la

vie ».

Le père de Darwin voulait qu’il devienne médecin, lui non. Finalement, il va à Cambridge. Darwin rencontre

alors Enslow (professeur de Cambridge). Il lui parle de l’expédition organisé pour cartographier l’Amérique du Sud

qui dura 5 ans. Darwin a un don d’observation, il s’intéresse beaucoup à la nature. Il est pris comme naturaliste à bord

pour faire l’inventaire des espèces vivantes en Amérique du Sud. Il embarque à l’âge de 23 ans comme naturaliste sur

le HMS Beagle (1831-1836). Il collecte des échantillons concernant la botanique, la zoologie et la géologie.

Il envoie toutes ses découvertes au Museum d’histoires naturelles à Londres et se fait une petite réputation

(très minutieux, résultats ++). Il passe par les îles Galápagos.

C’est en particulier là qu’il établit sa théorie de l’évolution. Ce voyage est un évènement très important dans

sa vie. Darwin lutte contre l’esclavage.

Darwin observe chez les pinsons capturés sur les îles Galápagos :

➢ Des similarités entre espèces (becs similaires),

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➢ Une ascendance commune qui serait d’origine continentale (=ancêtre commun),

➢ Une transformation liée à une adaptation au régime alimentaire (insectivore, granivore…).

« Le fait le plus curieux est la parfaite gradation de la grosseur des becs chez les différentes espèces de Geospiza. »

Darwin déduit pour les individus d’une même espèce :

➢ Une forte variabilité héréditaire résultant du hasard et transmissible à la descendance.

Comment ? Il n’avait pas connaissance de l’ADN, des gènes ni des travaux de Mendel sur les lois de l’hérédité

(dans le même temps). Mendel montre que les caractères se transmettent via un support de génération en génération

selon des lois mathématiques. Les travaux de Mendel passent inaperçues à cette époque.

➢ Une compétition permanente pour l’accès aux ressources (« struggle for life »).

➢ Une pression exercée par la sélection naturelle qui trie les individus aux caractères avantageux qui

laissent plus de descendants et augmentent en nombre : une nouvelle espèce peut apparaître.

Exemple du papillon (phalène du bouleau) :

• Variabilité de couleurs (claire ou sombre). Les papillons aux couleurs clairs se développent mieux (car moins de

prédations avec les oiseaux qui repèrent plus les individus foncés). Donc la population va finir par être composée

uniquement de papillons clairs.

• En Angleterre, les résidus de charbon ont rendu l’environnement plus sombre. Les individus foncés se

développent mieux car l’environnement plus foncé les favorise. Les caractères apparaissent en fonction de la

sélection naturelle, il n’y a pas de décision prise.

C) Apport de la génétique au XXème siècle : la théorie synthétique de l’évolution ou néodarwinisme

A partir de 1940, la théorie darwinienne intègre l’hérédité mendélienne et la génétique des populations

(Morgan avec les expériences sur les drosophiles) :

Darwin contre Lamarck

Pour Darwin, présence dans la population de girafes d’individus naissant avec de petites différences

dans la longueur du cou :

• Individus à cou court disparaissent

• Individus à cou long, mieux nourris, meilleur succès reproductif, transmettent leur caractère

à la descendance.

Un caractère acquis n’est pas transmis à la génération d’après. Il n’y a pas de déterminisme. Le milieu fait

que les girafes à long cou se développent mieux que les girafes à cou court.

Pour Darwin, la variation est innée, héritée alors que pour Lamarck, la variation est acquise.

Darwin dit que l’Homme a un ancêtre commun avec les singes dans La filiation (ce qui lui a valu beaucoup de

contestations)

En résumé, le cou long devient prédominant mais il y a toujours des variations. Ce qui peut amener

après à une inversion (les cous petits peuvent devenir un avantage).

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Pr. Larcher

Pr. JM Chao de la Barca

➢ Mutations et recombinaisons génétiques de l’ADN, support de l’hérédité, découverte de l’ADN

(Avery 1944) et structure en double hélice élucidée (Crick, Watson et Franklin, 1953),

➢ Sélection naturelle reste le moteur principal : diffusion de gènes mutés avantageux ou disparition

si mutation néfaste (dans un environnement et un temps donné),

➢ Dérive génétique, fréquence d’un allèle variable selon la taille de la population (statistiquement

les pourcentages changent en fonction de la taille de la population mais ce n’est pas une sélection,

on isole un petit groupe).

Les néodarwiniens : T. Dubzhansky (généticien, 1900-1975), E. Mayr (ornithologue, 1904-2005) et G.G. Simpson

(paléontologue, 1902-1954) (= les 3 mousquetaires).

• Néodarwinisme = théorie de Darwin + travaux de génétique

D) Aujourd’hui, le concept Evo-Dévo (évolution-développement)

Découverte des gènes homéotiques, (gène du développement) « architectes moléculaires » régissant les

plans d’organisation dans tout le vivant (Edward Lewis (1918-2004), prix Nobel de médecine en 1995). Elle permet

d’avoir une nouvelle approche de la théorie de l’évolution qui ajoute la génétique du développement. Système

HOM/Hox apparu il y a 500 millions d’années chez les premiers animaux mais équivalent chez les méduses, les

plantes (MADS-Box). Les gènes HOM/Hox sont communs aux êtres vivants. Plus ils sont exprimés, plus ils vont faire

évoluer un organe par exemple (ailes des drosophiles…).

E) Une preuve de l’évolution : les baleines

Baleines, dauphins et orques ont la forme de poissons et une absence apparente de pattes et de poils.

Pourtant, les cétacés ne sont pas des poissons :

• Ils doivent remonter pour respirer l’air en surface par un évent (pas de branchies mais des poumons).

• Ils se propulsent grâce aux mouvements horizontaux de leur nageoire caudale (alors que les poissons

ont plutôt des mouvements verticaux).

• Les petits boivent le lait de leur mère (mamelles).

Ce sont bien des mammifères : Darwin a le premier émis l’hypothèse qu’ils descendaient de mammifères

terrestres.

Remontons l’évolution par la découverte récente de fossiles :

Basilosaurus (40 Ma), en 1983, en Egypte, baleine « à pattes », aquatique, 18 m.

Rhodocetus (47 Ma), en 2001 au Pakistan, baleine « capable de ramper à terre » comme un phoque, 3 m.

Ambulocetus (48 Ma), en 1992 au Pakistan, baleine « qui marche » avec sabots au bout des doigts, 4 m.

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Pr. Larcher

Pr. JM Chao de la Barca

Pakicetus (50 Ma) en 1979 au Pakistan, ancêtre des baleines, mammifère (quasiment) terrestre, 2 m.

Les baleines étaient des espèces de gros chiens qui ont évolués dans un milieu aquatique.

En 1990, le séquençage de l’ADN des baleines les rapproche des hippopotames (ancêtre commun). Confirmé

en 2007 par la proche parenté de Pakicetus avec un nouveau fossile Indohyus (mammifère totalement terrestre). Ce

n’est pas une évolution linéaire, on a un buisson d’espèces. Linéarité dans les caractères mais pas dans les espèces.

Conclusion

Les baleines ne sont pas apparues brusquement par magie. Elles sont le produit d’une longue d’histoire évolutive à

partir d’ancêtres terrestres. La classification par diagramme montre comment les fossiles sont reliés aux espèces

actuelles. On observe des ancêtres communs qui donnent plusieurs espèces. L’origine terrestre explique la

présence d’os du bassin complètement inutiles dans l’eau. Ancêtre hypothétique. On peut ainsi ajouter de

nouveaux fossiles.

Plus ancien

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 1 : Qu’est-ce que l’évolution ?

➢ Concept moderne défini par Darwin comme une descendance avec modification

➢ Attention !! L’évolution : o N’est pas un progrès vers un but particulier o A des défauts, ne rend pas la vie parfaite o Modifie ce qui existe déjà o Peut rendre vulnérable aux maladies

➢ Aristote = théorie du fixisme + théorie de la génération spontanée ➢ Théophraste = père de la botanique et classification des plantes ➢ Carl Von Linné = dénomination binomiale ➢ Pasteur = fin de la théorie de la génération spontanée

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Notes

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Pr. Larcher

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CHAPITRE N°2 : L’HISTOIRE DU VIVANT

En inventant le mot biologie, Lamarck fait la distinction entre le vivant et l’inerte.

Qu’est-ce qu’être vivant ?

Définir par ce qu’il est, structures (principe de la systématique) et non par ce qu’il fait, fonctions (qu’est-ce

qu’un être vivant ?) :

➢ Système autonome et réplicatif,

➢ Selon la NASA, système chimique autonome capable de suivre une évolution darwinienne

(détecteurs de vie basés sur la respiration et la photosynthèse).

Virus et prions (protéines déformées très résistantes aux protéases qui peuvent entrainer une déformation de la

protéine normale et donc transmettre la maladie neurodégénérative) n’obéissent pas à cette définition car

incapables d’autonomie réplicative : doivent infecter obligatoirement des cellules. Débat parmi les biologistes : est-

ce la vie ?

Et si on définissait le vivant par les structures minimales lui fournissant des capacités évolutives, les

protéines :

➢ Constituées d’acides aminés polymérisables en milieu abiotique,

➢ Adoptent une structure tridimensionnelle précise et variable : la protéine globulaire,

➢ Peuvent transmettre leur conformation par contact à une protéine semblable : cas des prions

(même protéine mais dans un autre agencement qui transmet sa conformation aux autres protéines

de sa famille).

Variation et transmission sont 2 propriétés à la source de la sélection.

Trois domaines du vivant :

➢ Bactérie

➢ Archaé

➢ Eucaryote

I. Le temps des origines

Nouvelle définition : Un être vivant est alors une entité constituée au minimum de protéines globulaires (ce

qui inclut les virus et les prions).

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A) L’approche scientifique des origines de la vie

Jusqu’au XIXème siècle, la théorie du vitalisme domine : le vivant animé d’une force vitale n’est pas

réductible aux lois physico-chimiques. Confirmé par le fait que les composés organiques restent impossibles à

fabriquer à partir de composés minéraux.

En 1828, le chimiste allemand Friedrich Wöhler réussit la synthèse d’urée à partir de sel de cyanure. Il

montre que d’éléments minéraux on peut passer à une molécule organique.

En 1871, Charles Darwin émet l’hypothèse de la formation d’un organisme primordial à partir d’éléments

chimiques simples associés à des sources d’énergie dans de petites mares chaudes.

En 1924–1929, le biochimiste russe Alexander Oparin et le généticien anglais JBS Haldane proposent le

scénario de la « soupe primitive » :

➢ Atmosphère réductrice (pas d’oxygène) favorable à la formation de molécules organiques à partir

de simples molécules,

➢ Énergie apportée par la foudre et les UV (pas de couche d’ozone à l’époque)

➢ Océans primitifs, soupe de composés organiques favorable à l’apparition de la vie : ammoniac (NH3),

méthane (CH4), dioxyde de carbone (CO2 qui arrive des volcans aussi), le soleil, la foudre, les pluies,

l’eau liquide.

Oparin a obtenu des coacervats, petites sphères capables de retenir certaines molécules et mimant les premières

membranes. Des petites sphères ont capables de s’agréer et de s’isoler du milieu.

En 1953, Stanley Miller reste le pionnier de la chimie pré biotique en réussissant la première synthèse

d’acides aminés. Il reproduit les conditions de la Terre primitive et soumet le mélange gazeux à l’action de la chaleur

(bec benzène) et de décharges électriques (électrodes). Il retrouve des composés organiques mais aussi des acides

aminés (2/3 sur les 20) qui constituent nos protéines. Confirmé en 2008 avec la découverte de 17 nouveaux acides

aminés. C’est bien mais on se rend compte que créer des acides aminés n’est pas suffisant pour créer de des protéines,

des macromolécules, de la vie…

En 1957, Sydney Fox obtient de protéinoïdes par chauffage dans l’eau bouillante d’un mélange d’acides

aminés. En refroidissant, les polymères précipitent sous forme de microsphères nommées protocellules. Ces sphères

encapsulent des molécules organiques et bourgeonnent.

Problème de l’œuf et de la poule : qui est apparu en premier l’ADN ou les protéines ? Protéines, incapables

d’autoréplication et codées par les acides nucléiques. Les enzymes doivent être codés par les acides aminés, mais

on a besoin des enzymes pour faire les acides aminés. Et si les acides nucléiques sont les supports de l’émergence de

la vie ? Découverte en 1980 d’ARN doués de pouvoir catalytique (activité enzymatique). Hypothèse du monde à

ARN par le microbiologiste Carl Woese et le biochimiste Walter Gilbert dans les années 1980. Ils émettent

l’hypothèse que la première molécule qui est apparue serait l’ARN.

Le désoxyribose est un sucre plus stable donc l’ARN aurait donné le rôle de support génétique à l’ADN (molécule plus

stable mais pas totalement stable pour permettre l’évolution) et l’ARN aurait donné le rôle de catalyse aux protéines.

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Conclusion : ARN à la fois support de l’information et capable catalyser les réactions enzymatiques :

ribozymes. Mais on bute sur le fait qu’on dû mal à créer de l’ARN dans les conditions pré biotiques. Est-ce vraiment lui

qui sont apparus en premier ? Le débat reste ouvert.

B) Le contexte des origines de la vie

Depuis le Big Bang, l’âge de l’univers est de 13,8 Ga :

• Preuve par le rayonnement fossile découvert en 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson,

• Confirmé récemment par le satellite Planck (met en évidence le rayonnent fossile) → analyse du fond diffus

cosmologique (300 milles an après le Big bang)

L’Univers est en expansion. D’une température très élevée, il ne va pas cesser de se refroidir.

A 4,6 Ga naît notre système solaire d’un amas de poussières et de gaz, la nébuleuse primitive qui s’est

effondrée et a pris la forme d’un disque :

• L’effondrement va amener de l’énergie au centre, une étoile, le Soleil,

• En périphérie, les planètes (Agrégation de la matière) formées par agglomération de matériaux du disque.

• Les planètes gazeuses (Jupiter Saturne…) sont en dehors du système solaire et les planètes solides

(telluriques) sont tournées vers le soleil.

Bombardement météoritique les premiers 500 Ma. Collision de la Terre avec une météorite Théia (mère de

la déesse de la lune mythe grec) :

• Perte de l’atmosphère et de l’eau initiale,

• Formation de la lune (composée d’une partie de la croûte terrestre).

Terre, boule incandescente :

• En profondeur, noyau d’éléments lourds, nickel et fer,

• En surface, croûte d’éléments légers, silicium, aluminium, magnésium, gaz. Croûte continentale plus légère

que les croûtes océaniques

Plus ancienne roche recherchée dans les cratons :

Le zircon (surprise remise en question) trouvé à Jack Hills (Australie) de 4,4 Ga. Preuves de contact avec l’eau

liquide. La terre aurait été chaude puis plus froide → eau liquide puis de nouveau chaude ? ou alors eau liquide dans

la croute et pas dans les océans ?

• Reconstitution atmosphère et eau à partir des impacteurs (météorites, comètes) et du dégazage des volcans.

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• Formation des océans à la suite du refroidissement et condensation de l’eau vapeur (pluies) en 400 à 700 ans.

Origine de l’eau plutôt météoritique que cométaire (avec analyse Deutérium/Hydrogène par Rosetta).

➢ Eau liquide (indispensable à la vie) sur Terre car bonne taille (gravité suffisante pour retenir l’atmosphère)

et bonne distance au Soleil = dans la zone d’habitabilité. Notre Soleil est une étoile moyenne.

C) D’où vient la vie ?

L’origine de la vie reste un mystère : la vie aurait pu arriver de l’espace.

• A 3,2 Ga : stromatolithes d’Onverwacht (craton de Barberton, Afrique du Sud) et à 3,5 Ga : stromatolithes

de Warrawoona (craton de Pilbara, Australie) qui sont des preuves non ambiguës.

• Les plus anciens indices : Isua (Groenland) en 3,86 Ga et l’île Akilia en 3,8 Ga avec du graphite enrichi en

C12 et faible en C13. Plutôt contesté car pas de fossiles retrouvés juste des roches riches en C12.

• Découvertes en 2017 : microorganismes fossiles entre 3,77 et 4,29 Ga repérés dans la Ceinture de

Nuvvuagittuq au Canada. La plus ancienne preuve : roches sédimentaires à Saglek Block au Canada datant

de 3,95 Ga (grains de graphite enrichis en C12 provenant d’organismes vivants).

La vie est donc apparue précocement : il y a eu peu de temps entre la fin du bombardement météorique et les

plus anciennes traces de vie. Stanley Miller et Antonio Lazcano suggèrent une durée de 10 Ma pour aller de la

soupe primitive à une cyanobactérie ! Actuellement, recherche sur Mars de traces de vie (vie qui aurait existé un

moment avant de disparaître).

Hypothèse de la panspermie (ensemencement de la Terre par les météorites) :

L’origine de la vie serait-elle extraterrestre ? Scénario proposé au début du XXème siècle par Lord Kelvin et

Svante Arrhenius. Relancé en 1960-1970 à la suite de la collection de micrométéorites issues des pôles et riches en

glycine, alanine, adénine, acide malique. La Terre reçoit encore 10 000 tonnes par an de micrométéorites. On pense

de plus en plus que les acides aminés n’auraient pas été fabriqués sur Terre mais seraient venus de l’espace.

Les sources hydrothermales

En 1977, mission Famous d’exploration sous-marine de la dorsale médio-atlantique (volcanisme qui sépare

les continents). Lors de l’exploration franco-américaine à 4 000 m à fond, on découvre une profusion de vie

inattendue : poissons, crustacées, vers géants… Éléments métalliques, énergie, chaleur du magma, etc. dans les

fumeurs noirs au niveau des volcans sous-marins. « Oasis de vie » dans des conditions inhabituelles.

Mise en évidence de colonies bactériennes chimiolithotrophes associées aux fumeurs noirs d’un type nouveau : les

archées (ou archéobactéries) MAIS CE NE SONT PAS DES BACTERIES. Elles auraient des caractéristiques

eucaryotes et bactéries d’où le nouveau type.

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Les intra terrestres

Découverte d’une biosphère bactérienne dans : des sédiments de l’Océan Pacifique, les lacs en Antarctique,

la croûte terrestre (à 2 800 m de profondeur), les milieux très chauds (Parc de Yellowstone…), des milieux

hypersalés (Tunisie), des milieux très acides, etc.

La vie est présente dans des environnements beaucoup plus larges qu’imaginés. La vie aurait pu arriver très

rapidement et dans des conditions très difficiles d’où la recherche de vie sur Mars qui a connu les mêmes conditions

que la Terre il y a 3,5 Ga. La vie aurait pu se réfugier en profondeur d’où la nécessité de creuser.

➢ Extension du champ des possibles pour la vie.

D) La quête du plus vieil ancêtre commun

« Nous devons admettre que tous les êtres organisés qui vivent ou qui ont vécu sur la Terre descendent d’une seule forme

primordiale. » De l’origine des espèces, 1859, Charles Darwin.

Quête de la « bactérie ancestrale » qui se poursuit actuellement selon 3 axes :

• Retrouver (ou plutôt confirmer) les premières traces de vie dans les roches anciennes,

• Reproduire une cellule vivante en laboratoire dans les conditions de la Terre primitive (biologie de

synthèse),

• Détecter la présence d’une vie extraterrestre ou d’une vie sur une exoplanète (exobiologie).

But : Trouver LUCA ou Last Universal Common Ancestor, dernier ancêtre commun universel ou co-ancêtre à tous

les êtres vivants actuels. Ne pas confondre avec la première cellule apparue bien avant. LUCA est un portrait-robot

à partir duquel les 3 grands domaines du vivant se sont diversifiés (bactéries, archées, eucaryotes ; pas les virus car

pas encore considérés comme un être vivant).

Les archées sont proches des eucaryotes (structure au niveau des membranes, manière de se répliquer). Les

eucaryotes seraient dérivés des archées ?

En 2004, découverte d’un virus géant Mimivirus ayant des caractéristiques bactériennes puis Mamavirus,

Marseillevirus… En 2013 et 2014, super-géants Pandoravirus et Pithovirus (Sibérie, dans le permafrost). Ce sont des

virus relativement autonomes. Beaucoup de virus géants dans la mer. Les virus sont-ils la 4ème branche du vivant ?

II. Épanouissement de la vie

Les premiers organismes :

• Apparus dans une atmosphère sans dioxygène (atmosphère réductrice),

• Ont utilisé le Soleil pour convertir l’eau et le dioxyde de carbone en sucres grâce aux pigments

chlorophylliens, photosynthétiques.

• Ont libéré un déchet, nocif au début avant d’être incorporé dans le métabolisme : l’oxygène (premier

polluant de l’atmosphère).

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A) L’oxygène, ange et démon

Production d’oxygène entraîne la modification de la composition de l’océan il y a 3,5 Ga :

• Précipitation du fer ferreux présent dans le fond des océans en fer ferrique

• Accumulation de couches rouges sur de grandes épaisseurs (Banded Iron Formations, BIF, formations de fer

rubanées).

• L’océan est devenu limpide, (le fer ferreux la rendait trouble), les rayons du soleil ont atteint le fond des

océans, photosynthèse en profondeur d’où l’accélération de la production d’oxygène.

Modification de la composition de l’atmosphère il y a 3,2 Ga :

Quand tout le fer a précipité : dissolution de l’oxygène dans l’eau → passage dans l’atmosphère → formation de la

couche d’ozone O3 en haute atmosphère qui capte les UV agressifs rendant la colonisation terrestre possible

(couche qui a failli disparaître à cause de produits polluants, maintenant elle se reconstruit). Le ciel est passé de

marron-orangé à bleu (avec le changement d’atmosphère).

Crise du vivant, il y a 2 Ga à cause de l’Oxygène (oxygène comme poison) :

• Soit refuge dans des habitats anaérobies (sédiments, eaux stagnantes),

• Soit sélection de bactéries capables de dégrader des substances nutritives par des mécanismes oxydatifs

(chaîne respiratoire des mitochondries actuelles qui sont d’anciennes bactéries). Transformation de l’O2 en

H2O.

Teneur en O₂ atmosphérique actuelle a été atteinte il y a 600 Ma. L’oxygène est un élément qui a poussé à la

diversification du vivant car sa dégradation produit beaucoup d’énergie.

B) Les cyanobactéries (à l’origine des stromatolithes) dominent le monde

Les premiers organismes vivants photosynthétiques larguent de l’O₂ mais captent du CO₂ d’où un

déséquilibre chimique dans l’environnement. Ils sont présents depuis 3,5 Ga et peut-être 3,8 Ga. Dépôts de calcaire

: stromatolithes, concrétions en chou-fleur mêlant des couches de CaCO₃ et un tapis de filaments bactériens (plutôt

vert), cyanobactéries.

Ce qui conduit à :

• Une désacidification des océans,

• Une diminution du CO₂ atmosphérique provoquant une baisse de la température terrestre jusqu’à - 50° C

: périodes critiques de « Terre boule de neige » (4 fois dont la 1ère entre 2,4 et 2,1 Ga, la plus récente il y a

700 000 ans) : sortie grâce à un volcanisme important. Cette notion est assez récente.

C) L’avènement des eucaryotes

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L’accroissement en oxygène a provoqué une nouvelle explosion de vie avec les premiers organismes

eucaryotes avec un ADN contenu dans un noyau et un métabolisme plus complexe, issus de la phagocytose de

bactéries par une cellule hôte primitive (peut-être de type archée).

En 1970, Lynn Margulis propose la théorie endosymbiotique : les mitochondries proviendraient de

l’endocytose de protéobactéries et les chloroplastes de cyanobactéries. La chaîne respiratoire est un moyen de

détoxifier l’oxygène. Les cellules ont développé cette technique pour s’adapter à l’environnement oxygéné. Le noyau

serait peut-être aussi issu de bactéries tout comme le flagelle.

➢ Cellule eucaryote = mosaïque, chimère de plusieurs autres cellules.

D) L’explosion de la vie pluricellulaire

En 2010, découverte étonnante d’êtres multicellulaires à Franceville (au Gabon) datant de 2,1 Ga par un

géologue. Si c’est confirmé, recul d’1,5 Ga de l’émergence de formes de vie complexes. Jusqu’ici, on pensait 2 Ga la

cellule eucaryote et 700 Ma-1 Milliard, les êtres pluricellulaires. Il va sans doute falloir reculer la date.

Les premiers organismes pluricellulaires (bien connus) ont été trouvés dans des roches sédimentaires à

Ediacara en Australie datant de 600 Ma, faune d’Ediacara :

• Organismes mous sans coquille ni squelette (type méduse),

• Formes de disques, tubes, sacs molletonnés

• Connue dans 50 sites dans le monde.

• Sans descendance ? Biais d’archives fossiles ? On n’arrive pas à relier cette faune avec la suite.

A 530 Ma, brusque augmentation des espèces : explosion cambrienne. Faune marine découverte dans les

schistes de Burgess en Colombie-Britannique (Canada) au début du XXème siècle. Retrouvée en Chine (faune de

Chengjiang), au Groenland, en Australie.

Faune de Burgess caractérisée par :

• Une grande diversification et complexification,

• Des stratégies de prédation/défense : animaux à coquilles, carapaces…

• Apparition de nombreux plans anatomiques.

Cette faune est à l’origine des groupes d’animaux actuels. Les vertébrés vont dérivés de Pikaia. Beaucoup

d’animaux ont disparus mais ceux qui ne se sont pas éteint sont la base des êtres vivants d’aujourd’hui. Pourquoi un

tel succès ? Bio-minéralisation (coquilles, squelettes) exige de l’énergie puisée à partir de réactions oxydatives (on

récupère beaucoup d’ATP dans les mitochondries). Rendues possibles à 10 % d’O₂, niveau atteint à 500 Ma. Pic d'O²

il y a 2 Ga.

E) La diversification de la vie

• A 500 Ma, premières espèces de vertébrés : animaux cartilagineux dépourvus de mâchoires et de dents.

Exemple : Metaspriggina, poisson primitif sans mâchoires. Maintenant on trouve des lamproies.

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• A 440 Ma, poissons osseux à mâchoires. Exemple : Entelognathus, poisson placoderme (= avec une

carapace).

Les événements importants de la vie se sont déroulés dans l’eau, 9/10 de son histoire soit de 3,8 Ga à 550 Ma.

Etape nouvelle : installation de la vie sur les continents.

• A 500 Ma, lichens et mousses sont les premiers à s’installer sur terre. L’eau ne circule pas dans les tissus

mais les imprègne. Annonce la colonisation par les animaux qui en dépendent. Mais possible que si couche

d’Ozone.

• Vers 470-460 Ma, extension des végétaux sur les continents sans vaisseaux conducteurs (xylème et

phloème conduisant la sève brute et la sève élaborée) au départ puis acquisition vers 450 Ma avec des formes

ligneuses (formes avec du bois). Le bois devait sans doute être là pour aider à la circulation de l’eau et après

a servi de base pour l’élévation des végétaux (bois lutte contre la gravité). Les plantes à tige s’élèvent.

Exemple : fougère arborescente, tissus non rigidifiés par le bois.

• A 430 Ma, arthropodes (acariens, araignées, scorpions) sur Terre. La carapace permet de résister aux

rayonnements solaires (couche d’ozone en formation) et de garder l’eau. Après une période de reliefs

importants (chaîne calédonienne en Ecosse, Bretagne, Ardenne), la Terre retrouve une forme lisse et plate

vers 400 Ma. Les eaux envahissent les continents et laissent des flaques qui s’assèchent ce qui favorise le

passage des espèces de l’eau à l’air. Adaptation au milieu aérien (par les protopoumons par exemple).

• A 400–395 Ma, forêts de 10 m de haut s’étendent sur les continents constitués de lycopodes. Les vertébrés

tétrapodes (4 pattes) s’installent après les plantes (nourriture).

Nombreuses adaptations pour les plantes et les animaux :

• Respiration (stomates, poumons),

• Gestion de l’eau (cuticule de structure lipidique chez les végétaux, écaille),

• Pesanteur (vacuoles d’eau exerçant une pression sur les parois, cage thoracique et membres).

Pourquoi « Sortie des eaux » ? Amorcé en milieu aquatique encombré (mangroves) et pauvre en oxygène

(marécages chauds). Ce n’a pas été décidé mais c’était parce que c’était plus avantageux de vivre sur la Terre ferme

(moins de monde, moins de prédateurs, plus de nourriture) Exemple : Acanthostega, tétrapode fossile à appendices

locomoteurs.

Installation sur la terre ferme, les premiers amphibiens dont les descendants actuels, grenouilles et

salamandres. Mode de vie toujours lié à l’eau (reproduction par exemple).

• A 310 Ma, leurs descendants, les reptiles, se répandent sur les continents et résistent aux climats arides.

Innovation : l’œuf (amnios) à coquille ou pas (utérus), permettant de l’affranchir de l’eau pour la

reproduction et de s’aventurer en milieu terrestre : développement des amniotes. Exemple : Hylomonus

de Joggins (Canada), plus ancien reptile, pondait des œufs dans des abris humides. Cette étape n’est pas un

verrou : il y a encore des espèces qui retournent dans l’eau ou qui sortent sur la Terre ferme. Ex : des

baleines qui sont issues d’un animal terrestre.

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• Vers 210 Ma, indépendance totale du milieu aquatique et prémices de la thermorégulation : les reptiles

(Mammaliens ou thérapsides). Coût énergétique élevé pour maintenir la température interne mais capacités

d’acclimatation exceptionnelles. Ces animaux peuvent être actifs dans différentes zones climatiques. Groupe

disparaît à la fin du Trias. « L’ère des reptiles » dont les dinosaures (Jurassique) mais aussi les grands reptiles

marins : grande taille (surtout parmi les herbivores), sang-froid endothermique. Mais beaucoup d’animaux

de taille moyenne ou petite. Développement des plantes à fleurs (angiospermes) en parallèle. Ça induit la

multiplication des insectes pollinisateurs avec le bouleversement des écosystèmes.

• Disparition des grands reptiles, et des autres espèces : extinction massive → fin du Crétacé (impact

d’astéroïde, il y a 65 Ma induisant un hiver nucléaire : montée de poussières dans l’atmosphère).

• A partir de 65 Ma (Cénozoïque), diversification des oiseaux (oiseaux issus des dinosaures peut-être à sang

chaud) et des mammifères qui colonisent tous les écosystèmes (ils étaient déjà présents avants mais là, ils

se développent car ils ont plus de place) avec retour à une vie aquatique pour certains (baleines, pingouins).

• Verdissement des paysages (herbe) à 40 Ma. Puis apparition des primates et d’un groupe de singes

bipèdes… Exemple : Darwinius, fossile de lémurien à Messel (Allemagne)

Y-a-t-il eu progrès depuis l’origine de la vie ? Non. L’évolution biologique n’est pas synonyme de progrès mais

plutôt le résultat de la survie et de la reproduction des individus les mieux adaptés aux conditions du moment et de

l’endroit.

« Le progrès est une illusion reposant sur un préjugé social et un espoir psychologique. » Stephen Jay Gould

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 2 : L’histoire du vivant

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Notes

CHAPITRE N°3 : L’ARBRE DE LA VIE

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Les espèces actuelles dérivent d’espèces ancêtres disparues mais la généalogie ne nous est pas accessible

(qui descend de qui ?). Cependant, l’étude des relations de parentés entre êtres vivants (qui est plus proche de qui ?)

est possible : c’est la phylogénie. La phylogénie prend en compte un ensemble de caractères héritables visibles (les

critères anatomiques, embryologiques et morphologiques) auxquels s’ajoutent les données paléontologiques

(non visibles, séquences d’ADN, d’ARN, des protéines) grâce aux progrès récents avec le séquençage du génome qui

permet d’établir la classification phylogénétique des êtres vivants.

Mais comment évoluent les individus au sein d’une espèce et comment apparaissent les nouvelles espèces ?

I. Principe de la classification phylogénétique

A) Analogie et homologie

Exemple d’analogie : nageoire caudale de la sardine et du cachalot : ces deux espèces ont-elles hérité du caractère «

nageoire caudale » d’un ancêtre commun ?

D’autres critères morpho-anatomiques (squelette, cerveau, appareils respiratoire et circulatoire) démontrent que

ces 2 espèces sont en fait très éloignées (confirmé de nos jours par l’ADN) Et donc par l’ADN : les baleines sont des

cétacés avec des ancêtres à pattes qui sont retourné dans le milieu aquatique.

Conclusion : les nageoires de la baleine et de la sardine sont analogues elles se ressemblent, mais elles n’ont pas

d’ancêtre commun.

Il y a des erreurs qui ont été commises par les premiers systématiciens qui ont :

- Regroupé des espèces ressemblantes morpho-anatomiquement (Considéré comme éloignées des espèces

proches génétiquement pourtant d’aspect très distinct)

- Pas connaissance de l’ADN

Exemple d’homologie : le membre locomoteur des tétrapodes : aspect et fonction distinctes et pourtant exactement

la même structure, os pour os, liée à une ascendance commune. Homologie des caractères anatomiques entre

hommes, manchot, poulet, dauphin et donc ces espèces ont tous un ancêtre commun : les tétrapodes.

On recherche maintenant l’hémogénie puis la phylogénie.

B) Construction d’un arbre phylogénétique actuel

Appelé aussi cladistique, due à Willi Hennig, biologiste allemand.

La recherche d’homologies est le principe de base de la classification phylogénétique. On va s’intéresser à

sur des faisceaux de caractères et y déceler des homologies en :

- Repérant les connections morpho-anatomiques (même sur les fossiles)

- Observant le développement embryonnaire

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- On aligne les séquences d’ADN (phylogénie moléculaire) embryons.

On peut avoir un caractère sous plusieurs états :

- Ancestral (état plésiomorphe) (écaille)

- Etat Dérivé (état apomorphe) (plume)

Exemple : on passe du bourgeon thermique de l’état ancestral « écaille » à l’état dérivé « plume »

Selon Hennig, on se sert de l’état dérivé du caractère appelé caractère dérivé partagé ou synapomorphie (permet de

savoir les espèces d’oiseaux) et du partage de cet état pour :

- Etablir des relations de parenté

- Déterminer l’ancêtre hypothétique

Comment lire un arbre phylogénétique (cladogramme) ?

Elle se lit verticalement, de bas en haut, en termes de « qui est plus proche de qui » en fonction de la profondeur du

nœud :

• Les feuilles = taxon, espèces actuelles ou fossiles

• Nœuds = ancêtre hypothétiques, portraits robots

• Branches = transitions évolutives, état dérivé de caractère homologues

A chaque bifurcation, on attribue à chacun des deux groupes frères un même hiérarchique (classe, sous classe, infra-

classe → on n’a plus à faire ça car c’était compliqué à voir) donc on le lit directement avec l’arbre.

Après avoir formulé des hypothèses d’homologie sur des caractères, on construit tous les arbres possibles. On part

du principe que, la probabilité des innovations se répète plusieurs fois, arrive plus souvent qu’ils arrivent que une fois

: principe de parcimonie → on ne retient que celui qui présente le plus petit nombre d’étapes évolutives.

C) Groupes définis par un arbre phylogénétique

Groupe monophylétique ou clade : comprend un ancêtre commun hypothétique et l’ensemble de ses

descendants. Pour tous les niveaux. Concept de la systématique phylogénétique.

Groupe paraphylétique : c’est un groupe où il n’y a qu’une partie de descendant (Exemple de groupe paraphylétique

: les reptiles)

Groupe polyphylétique : pas d’ancêtre commun (Exemple de groupe polyphylétique : les protistes)

II. Les mécanismes de l’évolution

Darwin défend 2 grandes thèses : il fonde l’unité et la diversité du vivant sur l’évolution et il explique l’évolution par

l’adaptation soumise à la sélection naturelle.

A) Sélection naturelle et adaptation

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Les individus qui survivent et se reproduisent le mieux sont ceux qui possèdent les variants (les caractères)

qui les avantagent le plus dans leur milieu mais ils peuvent après ne plus être avantagés et amener à disparaître. Le

tri réalisé sur des variants issus de 2 processus aléatoires : les mutations au niveau de l’ADN et les recombinaisons

des allèles liées à la reproduction sexuée.

Ça amène des différences héréditaires dans le patrimoine génétique des individus. La sélection naturelle

augmente l’adaptation des populations à leur environnement. L'avantage dépend du milieu.

B) Théorie de la « Reine rouge »

L’adaptation prend en compte le milieu mais également les interactions avec les autres organismes vivants

(coévolution). Exemples de coévolution :

• Prédateur/proie : course aux armements → relation de prédation

• Fleur/insecte : pollinisation

Les espèces sont toujours en train de s’adapter pour répondre à l’adaptation des espèces qui les entourent. C’est une

course sans fin à l’adaptation pour survivre et rester à la même place, dans leur environnement : hypothèse de la

reine rouge. Allusion au roman de Lewis Carroll où Alice est entrainée dans une course effrénée par la reine rouge et

constate que le paysage ne bouge pas.

La complexification du vivant est le fruit d’une « course à la survie » mais elle ne rend pas les espèces

supérieures les unes aux autres.

Relation linéaire entre le temps de survie et le nombre d’espèces : taux d’extinction constants.

Durée d’un taxon (groupe d'êtres vivants) : 1 à 2 Ma (durée de vie moyenne d’une espèce). Plus le temps de

vie est élevé moins on a de taxon. Le genre Homo existe depuis 2-3 Ma …

C) Sélection sexuelle

En dehors de la survie (sélection naturelle), une autre sélection peut s’opérer uniquement chez les animaux

se reproduisant de manière sexuée : l’accès aux partenaires du sexe opposé ou sélection sexuelle. Elle favorise les

individus capables de s’accoupler plus souvent que les autres. La sélection sexuelle agit avant la sélection naturelle.

Adaptation = compromis entre 2 sélections. Exemple : queue du paon, avantage pour la sélection sexuelle mais

handicap pour la survie (sélection naturelle). Une des raisons majeures qui fait que les espèces ne sont pas

parfaitement adaptées à leur milieu.

D) Dérive génétique

Sélection naturelle trie les variants avantageux et pas les variants neutres. Un individu peut porter 2 versions

d’un même gène : allèles. Les cellules sexuelles portent un allèle (variant) du gène. Lors de la reproduction sexuée,

transmission au hasard qui fait varier la fréquence des variants neutres dans la population : dérive génétique.

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Plus on est nombreux, moins on dérive. Plus la population est petite, plus l’ampleur du phénomène est

grande et l’évolution rapide. Par exemple, effet d’étranglement d’une population à la suite d’une épidémie ou un

ouragan (goulot d’étranglement).

Conclusion : un caractère qui présente de la variation évolue toujours :

• Soit par sélection naturelle si les variants sont plus ou moins avantageux,

• Soit par sélection sexuelle (transmission des variants +)

• Soit par dérive génétique s’ils sont neutres,

• Une espèce évolue constamment (le « fossile vivant » n’existe pas)

➢ Les changements adaptatifs concernant les populations d’individus (microévolution) poursuivis

suffisamment longtemps conduisent à la macroévolution (formation de nouvelles espèces).

III. Comment se forment les nouvelles espèces ?

A) Concept d’espèce, difficile à définir

Depuis Ernst Mayr (néo darwinien), l’espèce est un ensemble de populations dont les individus peuvent

naturellement se reproduire en donnant des descendants viables et fertiles. Ceci exclut tous les croisements que

nous pouvons faire (mule). En fait, les espèces sont des catégories créées par nous. Dans la nature, il n’y a pas

d’espèces mais des barrières à la reproduction dont on se sert pour constituer des espèces. Si pour x ou y raison, les

espèces ne peuvent plus se reproduire, la barrière change.

B) Modes de spéciation

Pour qu’une nouvelle espèce se forme (spéciation), il faut donc qu’il se mette en place une barrière empêchant

la reproduction avec d‘autres individus (isolement reproductif). Comment peut s’opérer cet isolement ?

On distingue 4 types de spéciation :

• Spéciation allopatrique ou spéciation vicariante (contre) : la plus fréquente, résulte d’un isolement

géographique (spéciation vicariante) comme la construction d’une autoroute, les îles avec les pinsons de

Darwin…C’est un isolement géographique.

• Spéciation péripatrique (autour) : migration d’un petit nombre d’individus, effet fondateur

• Spéciation parapatrique (à côté de) : populations non complètement isolées, on peut avoir des hybrides

de contact (individus qui ont les 2 caractères car la reproduction est encore possible dans la zone de contact)

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• Spéciation sympatrique (avec) : isolement dû à des facteurs génétiques ou comportementaux

(reproduction, ressource alimentaire)

Cladogenèse : Une population donne naissance à une nouvelle population mais se maintient

Anamnèse : population se transforme et individus d'origine disparaissent

C) Extinctions massives et radiations adaptatives

Au cours de l’histoire de notre planète, la vie est passée par une vingtaine de crises biologiques dont 5

extinctions massives « Big Five » souvent suivies de radiations adaptatives.

Fin du Permien (225 Ma), la plus massive : disparition de 90 % des espèces → Bouleversements des écosystèmes,

libération de niches écologiques.

Fin du Crétacé (65 Ma), la plus médiatique : disparition des dinosaures mais pas tous (dinosaures non aviens

seulement) → Développement des mammifères : radiation adaptative. Poussières donc plus de soleil, plus de

photosynthèse et plus de végétaux et plus d’herbivores. Sans la crise Cétacé-Tertiaire, on ne serait pas là. Il n’y aurait

pas eu de développement des mammifères.

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D) Rythme de la spéciation

L’évolution procèderait non pas graduellement (gradualisme) mais

de manière discontinue : bouffées soudaines d’intense activité évolutive,

séparées par de longues périodes de stabilité. En 1972, Stephen Jay Gould

et Niles Eldredge développent la théorie des équilibres ponctués. Le

débat n’est pas véritablement réglé même si on tend vers un équilibre

ponctué.

Conclusion : Des « microévolutions » se traduisent finalement par une «

macroévolution ».

E) Contingence et décimation

Sélection naturelle importante mais également rôle du

hasard. Les extinctions de masse ou contingence (accidents et

hasard) ont un rôle dans la diversification des espèces.

Notion développée dans les années 1980 par S. J. Gould et

Richard Lewontin qui permet :

• D’éclairer la disparition d’espèces complexes et

parfaitement adaptées (faune de Burgess)

• De revoir la vision stéréotypée de l’évolution des organismes allant du plus simple au plus complexe.

D’après Gould, l’élimination aléatoire a dû jouer un rôle

déterminant dans le monde vivant : décimation. Caractère

aléatoire de la survie ou de l’élimination d’une espèce.

Conclusion : Pour nous-mêmes, et si Pikaïa (qui annonce les vertébrés) n’avait pas survécu ?

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 3 : L’arbre de la vie

➢ Pour faire un arbre de vie, on prend en compte des caractères à la fois visibles et non visibles → classification phylogénétique

➢ Construction des arbres = cladistique due à Hennig ➢ 3 groupes définis par un arbre :

a. Monophylétique ou clade b. Paraphylétique c. Polyphylétique

➢ Sélection naturelle s’opère par le tri sur des variants génétiques → augmente adaptation des populations à leur environnement

➢ Sélection sexuelle AVANT sélection naturelle : basée sur accès au partenaire ➔ Adaptation = compromis

➢ Dérive génétique a plus d’impact sur une petite population ➢ Dans la nature, pas d’espèces, seulement des barrières à la reproduction ➢ 4 types de spéciation :

a. Allopatrique b. Péripatrique c. Parapatrique d. Sympatrique

➢ 5 extinctions massives ➢ L’évolution est un phénomène discontinu → théorie des équilibres ponctués

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Notes

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CHAPITRE N°4 : APPORTS DU POINT DE VUE EVOLUTIONNISTE

Enseigner la biologie de l’évolution ne complique pas la biologie mais au contraire la simplifie et surtout lui donne

une logique (origines de l’homme). Connaître l’évolution biologique, connaître l’histoire de la vie permet d’avoir une

certaine logique dans la prévention des maladies futures (médecine évolutionniste).

I. L’origine de notre propre espèce

Visions erronées :

• De la « marche au progrès » de l’Homme : l’Homme n’est pas l’aboutissement de l’évolution

• L’Homme descend du singe : l’Homme est cousin des grands singes. Le dernier ancêtre commun (DAC) a

évolué en un buisson d’espèces. On a des caractères acquis progressivement qui vont se maintenir au sein

des différentes espèces.

A) Place de l’homme dans le règne animal

L’Homme est un primate : groupe de mammifères apparus il y a 55 Ma (seulement 10Ma après l’extinction).

L’homme est un singe. Tous les primates ne sont pas des singes (par exemple : les lémuriens).

L’Homme est un singe de l’Ancien Monde (Afrique et Asie) qui ne possède pas de queue longue (brachiation),

vivant plutôt au sol. Exemples de grands singes : orang-outan, gorille, chimpanzé, Homme et gibbon.

B) De Toumaï à l’homme moderne

Les chimpanzés sont nos plus proches parents : 99% de gènes identiques mais il existe une divergence floue

entre les gorilles, les chimpanzés et la lignée humaine car rareté des fossiles.

• En 2001, découverte au Tchad de Toumaï, 6 à 7 Ma.

• Dans la lignée humaine, il y a aussi les Australopithèques : en 1924, Raymond Dart identifie le crâne de

l’enfant de Taung et lui donne le nom de singe de l’Afrique du Sud, Australopithecus.

• Depuis, découverte d’une vingtaine d’hominidés dont en 1974 en Ethiopie, Lucy datant de 3,2 Ma. On

découvre grâce aux os de la jambe que Lucy est bipède, la bipédie n’est pas l’apanage de l’homme.

• Homo Habilis, premier homme indiscutable découvert en Tanzanie, il a vécu entre 2,4 et 1,6 Ma. Il fabrique

des outils à partir de galets.

➢ La bipédie serait un mode de locomotion ancien que l’Homme aurait emprunté et développé. De même,

on aurait aussi retrouvé des outils avec des Australopithèques.

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• Homo ergaster, apparu il y a 1,9 Ma, bipède, excellent marcheur. Conquiert l’Afrique, l’Europe et l’Asie.

Donne naissance à : Homo erectus en Asie et Homo heidelbergensis ou prénéanderthalien en Europe qui

donnera naissance à Homo neanderthalensis il y a 300 000 ans.

• Tous disparaissent sauf les Hommes de Cro-Magnon (Homo sapiens) qui se différencient d’Homo ergaster

en Afrique il y a 300 000 ans (fossile de Jebel Irhoud, Maroc). L’ensemble de l’humanité actuelle descend de

ces hommes métissés avec l’homme de Néandertal : 2 % de similitudes dans notre génome.

II. La médecine évolutionniste

L’Homme n’est pas l’aboutissement de l’évolution, pas forcément le mieux adapté à son environnement.

A) Qu’est-ce que la médecine évolutionniste ?

Elle concerne tout ce qui résulte du conflit entre notre génome façonné durant des millions d’années et

l’environnement actuel modifié par l’homme de manière bénéfique (suppression des famines, augmentation de

l'espérance de vie, notamment dans les pays occidentaux) ou délétère (pollution, suralimentation, réchauffement

climatique, d’un point de vue occidental également).

Génotype : réponse de l’individu à son environnement.

Maladie : phénotype résultant d’un conflit entre génome et environnement.

Le génome n’est pas encore adapté. Selon les conditions, on peut définir une sorte de gradient, de la

génétique à l’environnemental : forte pression génétique qui déclenche la maladie sans intervention de

l’environnement (maladies monogéniques homozygotes) ou à l’inverse le génotype n’intervient pas dans la

maladie comme par exemple une infection massive (cause environnementale).

Pathologie courante se situe entre ces 2 extrêmes : 100

% génétique (drépanocytose ou mucoviscidose), 100 %

environnemental (fracture de jambe).

Entre les deux, influence génétique variable : 60 % dans l’obésité, 30 % dans le cancer, moins dans la sensibilité

aux infections, etc. Le génome ne fait pas tout !! On peut avoir les gènes sans développer la maladie, avoir la maladie

sans avoir les gènes… Les tests génomiques ne sont donc pas très efficaces.

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B) Conséquences sur la santé des changements environnementaux

Ce qui est nouveau : impact de son activité sur l’environnement et le monde du vivant. Est-ce que l’homme

est capable de s’adapter à cette nouvelle donne ? Est-ce que le génome va pouvoir suivre ?

Exemple : mise en place d’un plan national de lutte contre l’obésité (toujours d’un point de vue occidental, les

pays en voie de développement font plutôt face aux maladies infectieuses).

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 4 : Apports du point du vue évolutionniste

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Notes

CHAPITRE N°5 : L’AVENIR DE LA BIOLOGIE

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Deux grandes questions subsistent et mobilisent les chercheurs :

➢ Comment recréer le vivant (biologie de synthèse, la cellule minimale), ce qui permettrait de mieux le

comprendre, voire réinventer le vivant (xénobiologie) ?

➢ Existe-t-il une vie extraterrestre (exobiologie) ?

I. La biologie de synthèse Pour la culture générale, à ne pas apprendre.

Comprendre quels sont les mécanismes pour recréer le vivant. C’est un domaine qui va combiner à la fois biologie

et ingénierie dans le but de concevoir et synthétiser un système à fonctions biologiques.

Objectifs : apprendre le fonctionnement biologique en reconstruisant un être vivant, construire des

organismes pouvant servir à diverses applications (production de biocarburants, production de médicaments,

séquestrer le CO2).

Premiers essais : ce sont les premiers instants où on utilise le vivant pour ce qui nous intéresse, donc on a

de nombreuses bactéries transformées (ADN) par génie génétique pour produire des composés.

• Comme en 1978, avec la bactérie Escherichia coli, on produit de l’insuline humaine.

• On a réussi à bricoler le virus de la poliomyélite, on le fait marcher avec un génome qu’on a reconstitué

artificiellement, en 2003.

Actuellement, la biologie de synthèse s’inspire de la biochimie, de la génétique et de l’informatique (traite les

milliers de données).

Axes de recherches pour se rapprocher de la biologie de synthèse : créer un génome minimal dans lequel on

aurait un certain nombre de gênes qui ferait marcher un être vivant.

• En 2002 : Fred Blattner (Scarab Genomics) commercialise des souches de colibacilles dont l’ADN est réduit

de 15%.

• En 2008 : Venter réalise la synthèse du novo du génome du Mycoplasma genitalium

• En 2010 : J. Craig Venter (Institut) copie et transplante le génome d’une bactérie Mycoplasma mycoides dans

une souche cousine qui se reproduit.

• En 2014 : Jef Bocke et Joel Bafer (Université Hopkins) synthétisent un chromosome réduit de

Saccharomyces cerevisiae, et l’introduise dans la levure, et ça marche.

• En mars 2016, l’équipe de Craig Venter a annoncé qu’ils ont réussi à démanteler le génome de Mycoplasma

mycoides (bactérie de chats) pour découvrir l’ossature des instructions génétiques minimales pour la vie.

Ce mycoplasme nommé Syn 3.0 possède le plus petit génome, 473 gènes dont un tiers sont de fonction

inconnue.

➢ On réduit pour après essayer de fabriquer et de moduler.

Xénobiologie : la reprogrammation de l’ADN pour synthétiser des protéines exotiques (dont elle n’a pas

besoin) a été réalisée en 2013 avec une bactérie. Cela correspond à créer un type d’ADN différent.

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En 2014, Floyd Romesberg (Institut Scripps en Californie), insère deux nucléotides artificiels (X et Y) dans

l’ADN d’Escherichia coli qui le réplique.

➢ On commence à fabriquer des molécules du vivant

II. L’exobiologie

On l’appelle aussi astrobiologie (plus par les anglo-saxons). C’est la recherche de vie à l’extérieur terrestre. Cela

concerne l’étude des processus géochimiques et biochimiques menant à l’apparition de la vie et la recherche de vie

extraterrestre, y compris intelligente (programme SETI = écouter si des personnes extra-terrestres nous enverraient

des messages). On espère qu’ils pourront communiquer, ce qui nécessite un stade de développement équivalent, ce

qui est très limité dans le temps.)

A) Les envahisseurs de l’espace

La Terre a-t-elle été ensemencée par une vie venue d’ailleurs ? La vie serait venue d’astéroïdes, c’est

l’hypothèse de la panspermie (Lord Kevin et Svante Arrhenius). On ne pense pas que des bactéries seraient apparu

tel quel mais peut-être certains éléments de la vie.

L’ISS a réalisé une expérience, Expose, qui consistaient à mettre des bactéries sur une petite plateforme exposé

au vide UV et froid pendant 18mois. Même sous les UV durs et le rayonnement cosmique, ils ont survécu sous la forme

de Spores, donc des bactéries pourraient transiter dans l’espace. En analysant des météorites on avait vu des traces

de bactéries d’une météorite venant de Mars (mais les géologues ont démontré que ces traces étaient plutôt issues

de cristallisation de roches).

Dans l’espace, on n’a pas découvert de microorganisme mais on a :

• Une chimie organique active en milieu interstellaire (cf. Miller et acide aminée → acide cyanhydrique,

formaldéhyde, permet d’accéder aux acides aminés, ce qui signifie que les premières bases des protéines

sont présentes)

• Composés organiques (acide cyanhydrique, formaldéhyde) détectés par la sonde Giotto en 1986 sur la

comète de Halley (sur sa queue) : comètes composées de glaces, de poussières et de matières rocheuses et

perdent petit à petit leur matière. On a encore des morceaux de la nébuleuse primitive qui sont présents =

comètes (= témoins de la NP)

En 2014, on a réussi à poser le module Philae sur comète 67P (Churyumov-Gerasimenko), pendant la mission

Rosetta, et on a réussi à trouver de la glycine (AA) et aussi de l’oxygène moléculaire on ne comprend pas d’où ça

vient car normalement, l’o² vient de la photosynthèse. Le module a rebondi pour aller s’incruster dans une faille, donc

manque de données car pas d’énergie solaire reçue.

Mission japonaise qui a déposé deux modules et un module français sur la comète Ryodu.

Pourquoi les comètes ? Origines non altérées de notre système scolaire. On a des astéroïdes qui ont traversés

l’atmosphère de la terre, et donc ça donne des météorites, on a trouvé sur celle de Murchison, des AA, acides gras et

bases azotées = tous les éléments qui constituent les biomolécules. On a un apport de carbone par les

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micrométéorites qui tombent sur la Terre chaque année (120 tonnes ou 10 000). Bombardement 10 000 fois plus

important que sur la Terre primitive mais moins impactée.

B) L’abondance des planètes extrasolaires

En décembre 1995 : on a la découverte de la première exoplanète, 51 Pegasi par 2 astronomes suisses

Michel Mayor et Didier Queloz (Observatoire de Haute-Provence).

Octobre 2019 : 4118 exoplanètes confirmées. On estime même notre galaxie à 100 milliards de planètes.

Recherche de la vie sur une exoplanète ? Attention on a mis en évidence pleins de types de planètes, et la zone

d’habilité sur une planète est très étroite : on doit avoir de l’eau liquide donc la surface est tempérée avec une étoile.

Zone d’habilité dépend de chaque étoile.

Aout 2016 : découverte exoplanète rocheuse jumelle de la Terre (Proxima B), potentiellement habitable,

proche de nous rayonnement 100 fois supérieur à la Terre, à seulement 4,24 années lumières, autour de Proxima

du Centaure, l’étoile la plus proche de notre système solaire. Nuage d’Oort = là où on a encore des traces de la NP =

comètes.

C) Programme SETI

Search for ExtraTerrestrial Intelligence. On parle et on recherche des civilisations et non juste de vies pour

pouvoir communiquer. Première écoute radio de signaux extraterrestres en 1960 par Frank Drake, grâce à un

cratère équipé d’un bol radar. Son équation donne 10 civilisations dans notre galaxie. On les a appelés les optimistes,

c’est cherché une aiguille dans une botte de foin. On a mis des paraboles mais dans quelle direction ? Sur quelle

fréquence ?

Recherche passive : à partir de là, on a mis en place des recherches : écoute grâce radiotélescopes d’Arecibo

(île de Porto Rico, USA), Nançay (Sologne, France) et depuis 2007, Allen Telesope Array (Californie, USA).

Recherche active : nous aussi on va vouloir envoyer des messages sur les sondes.

• En 1974, message depuis le radiotélescope d’Arecibo (île dédiée à l’envoi de message) vers la constellation

d’Hercule, arrivé dans 30 000 ans.

• Plaque en aluminium dessus, sonde Pioneer, on espère qu’un vaisseau voit et récupère ce message.

• Vidéodisques, sondes Voyager (les sondes ont balayé plein de planètes), 33 tours avec des dessins, message

crypté. On a au moins pu étudier différentes planètes.

Le projet SETI est abandonné en 1993 par Décision du Sénat américain puis repris en 1995 par une association

privée (projet Phoenix) mais peu scientifique.

En juillet 2015, le projet Breakthrough Initiative parrainé par Stephen Hawking vise à contacter d’autres formes

de vie intelligente dans l’Univers. On abandonne car certains se demandent si on est bien dans le bon mode de

recherche.

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D) Système solaire

Europe, Satellite de Jupiter

La mission Galileo en 1995 montre des plaques de glace recouvrant vraisemblablement un océan d’eau

liquide salé découvert par des faisceaux, ce qui surprenant car eau liquide aussi loin du Soleil. C’est l’effet d’attraction

de Jupiter sur ses satellites qui créerait de la chaleur.

• Surface gelée : 10 à 30km d’épaisseur

• Océan : 100km de profondeur

On a des conditions favorables à l’émergence de la vie. Depuis les années 70 on sait qu’elle peut apparaître dans

des conditions extrêmes.

Programme avec une sonde qui perforerait la glace pour sonder l’océan, on pourrait aussi profiter de certains

geysers. Des Satellites doivent explorer Europe pour 2030 : projet JUICE ESA, programme de haute priorité pour la

NASA (projet Europa Cliper).

Titan, satellite de Saturne

La vie y semble impossible (- 180° C) mais rassemble les caractéristiques de la Terre primitive il y a 4 Ga :

atmosphère dense siège de chimie prébiotique. On se dit que la couleur orangée de l’atmosphère pourrait être le

siège de ces transformations.

La mission Cassini-Huygens en 2005 : deux astronomes. Découvertes :

• Atmosphère, brouillard complexe de molécules organiques : Tholin, précurseurs d’acides aminés

• Surface, lacs d’hydrocarbures : étendues liquides de méthane et d’éthane alimentées par des pluies et

vallées, repéré par la sonde Cassini. On a ensuite envoyé Huygens, qui a observé des morceaux de glaces ou

de roches

Prochaine mission : Titan Saturn System Mission (ESA, NASA) dont montgolfière qui pourrait flotter dans

l’atmosphère et atterrisseur sur lac de méthane, prévu pour 2030. But : comprendre mieux la chimie prébiotique.

Mars, le mythe des Martiens

Tout espoir de trouver une vie à la surface anéanti suite aux images de surface cratérisée par Mariner 4 (1965),

qui montre des structures géologiques gigantesques et de sol désertique par Viking (Viking 1 et 2), qui

recherchaient des traces de vie, mais on n’a pas trouvé de bactérie.

Les UV ne sont pas retenus donc stérilisent la planète (1976). On avait emporté des détecteurs de vie qui ont

fonctionné mais on n’en a rien conclu, car la chimie là-bas est un peu différente, peut-être dans le sol ?

A partir de là, on va avoir la poisse car après une 40aine de sondes spatiales envoyés, il y a eu une 20aine

d’échecs ! (Ex : mars 96 : fusée russe explose). En 97, enfin une mission a fonctionné, résultat : Il y a 3,8 Ga, on avait

la même condition que la Terre ; climat chaud et humide (eau liquide), atmosphère épaisse = conditions favorables

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à la vie. Puis, on a eu une rapide dégradation des conditions (eau se refroidit, perte d’atmosphère…), mais il existe

encore des poches d’eau souterraines.

On fait des missions d’exploration martienne pour répondre à 2 questions :

➢ La vie a-t-elle démarré sur Mars dans un passé lointain ? Et a-t-elle disparu ?

➢ Subsiste-t-il des poches d’eau abritant encore une forme de vie ?

Actuellement deux hypothèses : soit la vie est apparue puis a disparue, soit elle s’est réfugiée dans le sol.

Actuellement, on a un robot américain, un rover Curiosity (de la taille d’une voiture) de la mission Mars

Science Laboratory (NASA, 2012) : analyse des conditions favorables à la vie dans les roches. Il peut se déplacer. Il

retient les roches intéressantes. Il va essayer de monter le mont Aeolis.

En juin 2018 : découverte dans des roches sédimentaires datant de 3,5 Ga de molécules organiques

(benzène, toluène issu de kérogènes), ce qui prouve qu’il y a eu un lac quand Mars était favorable à la vie.

Confirmation d’émanations de méthane saisonnières, plus fort en été qu’en hiver, ce qui montre qu’il y a une source

productrice qui peut s’expliquer par des processus abiotiques ou biotiques. Cependant, ces observations peuvent

s’expliquer par une chimie particulière.

Curiosity a prouvé que Mars a été propice dans un passé lointain à l’existence de vie microbienne. On a

découvert des structures qui ressemblerait à des stromatolithes. En montant, Curiosity est en train de passer dans la

zone au-dessus de l’eau (changement des roches). Le lac d’Aeolis serait passé par des périodes d’asséchement, de

remplissage complet et d’écoulement donc de pluie.

On a 4 futures missions de prévues :

• ExoMars 2016 parti en mars 2016, arrivée en octobre, la sonde s’est écrasée. Mais sonde qui permet d’évaluer

la source de méthane. Objectif : recherche d’indices d’une vie biologique présente ou passée sur Mars.

• Insight 2018, arrivée sur Elysium Planitia en novembre, chargée d’estimer la sismicité de Mars mais difficile

(tremblement de l’appareil, vent) pour mieux comprendre la structure interne.

• Exomars 2020 rover Pasteur destiné à forer le sol martien jusqu’à 2m de profondeur et identifier des

marqueurs biochimiques dans l’échantillon. Par ESA et FKA (Russie). Objectif : analyse de la composition

interne de Mars et un projet de collecte d’échantillons par rover.

• Mars 2020 (mission retour vers la Terre ?)

Mission habitée vers Mars ? En décembre 2014, premier vol spatial réussi de la capsule Orion (NASA). Peu

d’espace vital d’où l’idée de modules gonflables utilisés pour augmenter le volume des habitats sur le trajet

Terre/Mars et aussi dans les habitats Martiens sans trop augmenter le poids. Expérience de la NASA : sortie récente

de 6 volontaires enfermés pendant 1 an dans un dôme à Hawaï, théoriquement on resterait au moins 2 ans (1 an aller,

6 mois sur place, 6 mois pour revenir).

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Premier pas vers une mission destinée à transporter des Hommes vers la Lune et Mars envisagée pour

2039 suite à une initiative privée : débarquement en 2030 pour la NASA, 2025 proposé par Space X (Elon Musk) mais

explosion de la fusée, succès en novembre 2015 du lancement de la fusée Blue Origin avec un retour par Jeff Bezos

PDG d’Amazon. Quelques questions concernant ces missions : Combien de personnes on envoie ? seulement des

hommes ou des femmes ? Les deux ? Qui choisir, comment sélectionner ? Quelles sont les conséquences physiques

et psychologiques ? Comment faire si on doit effectuer un sauvetage ?

Mars One : projet néerlandais de sélection parmi 200 000 candidatures des 24 premiers colons de la

Planète Rouge qui pose les questions des conditions et critères…

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 5 : L’avenir de la biologie

➢ Exobiologie = astrobiologie = recherche de vie extraterrestre ➢ Panspermie = hypothèse de l’origine extraterrestre de la vie sur Terre ➢ Abondance des exoplanètes ➢ Programme SETI → découverte de civilisations ➢ Recherche passive = écoute (on n’agit pas vraiment) ➢ Recherche active = on va essayer d’envoyer des signaux (on agit) ➢ Europe = satellite de Jupiter (EJ)

a. Plaques de glace b. Conditions ++ émergence vie

➢ Titan = satellite de Saturne (TS) a. Vie semble impossible (comme la TS petit moyen mnémotechnique) b. Chimie prébiotique c. Etendue liquide d’hydrocarbures

➢ Mars : vie microbienne possible dans le passé + plusieurs missions à venir → composition interne de Mars ?

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Notes

ED : APPLICATIONS DU CONCEPT D’EVOLUTION

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I. L’évolution en direct

A) Spectaculaire évolution chez les Cichlidés ➢ Poisson cichlidés, (petits poissons d’aquarium) plus de 2 500 espèces. Diversification stupéfiante d’une lignée

dans le lac Victoria (Afrique). C’est un exemple de radiation adaptative, c’est-à-dire une évolution rapide

où chaque nouvelle espèce est dans une niche particulière. Développement rapide de spécialisations (rôles

écologiques) : 500 espèces en moins de 15 000 ans.

➢ En comparaison, émergence des 4 espèces de pinsons de Darwin en plusieurs millions d’années.

➢ Radiation récente à l’échelle des temps géologiques : premiers cichlidés venant du Nil.

➢ Changements importants du niveau de l’eau :

• Nouveaux habitats après inondation puis

• Spécialisation à la suite du dessèchement il y a 14 000 ans et enfin

• Remontée du niveau de l’eau

Diversité des cichlidés :

• Taille de 5 à 25 cm.

• Variété des couleurs pour les mâles

• Diversification écologique et morphologique remarquable pour une brève période

• Mode d’alimentation très spécialisé (une espèce par ressource alimentaire) avec mâchoires orales

→ Risque si la source de nourriture disparaît

• Mais caractéristique anatomique unique : second système de mâchoires (dents pharyngées) en plus

des mâchoires orales adaptables aux modes d’alimentation

• Généraliste et spécialiste à la fois : souplesse évolutive

➔ Extinction brutale au cours des dernières années : introduction de la perche du Nil (espèce invasive !!)

(Années 50) dont voracité a entraîné la disparition de plus de 70 % des espèces de cichlidés. Le lac meurt !!

Film : Le cauchemar de Darwin explique tous les problèmes de cette région sur l’environnement et aussi sur la

population locale

Comment expliquer cette diversification ?

➢ Mutations nombreuses

Certaines sont neutres, d’autres avantageuses et enfin certaines posent des problèmes.

➢ Gènes soumis à la pression de la sélection intense

Avantage important pour la survie et la reproduction : évolution rapide. Dont les gènes impliqués dans le développement des mâchoires.

➢ Duplication de gènes

Taux élevé de duplication génique dû à des erreurs de réplication de l’ADN. Les copies supplémentaires peuvent

changer de fonction sans dommage pour l’animal et donc l’aider à s’adapter à son environnement.

➢ Activité de gènes « sauteurs »

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Sections du génome dupliquées qui s’insèrent ailleurs dans l’ADN = transposons. Ils modifient la fonction d’un gène.

16 à 19 % du génome chez les poissons classiques. Chez les cichlidés, accumulation plus importante et rapide de

gènes sauteurs.

➢ Mutations de régions non codantes (Perturbent sans doute l’expression des gènes)

Régions du génome ne codant pas mais conservées au cours de l’évolution car elles affectent la fonction des gènes.

Nettement plus de mutations chez les cichlidés.

➢ Nouveaux micro-ARN (joue un rôle dans la modulation de certains gènes)

Eléments capables de modifier l’expression des gènes et des protéines. Davantage de nouveaux micro-ARN chez

les cichlidés → rôle probable dans leur spécialisation alimentaire.

Conclusion : outre les mécanismes génomiques à l’œuvre dans l’évolution rapide des cichlidés (évolution

mathématique), d’autres facteurs sont intervenus :

➢ Facteurs environnementaux : lacs aux habitats complexes, nombreuses niches écologiques → pas

d’espèces inférieures ou supérieures mais des espèces plus ou moins adaptées à leur environnement

➢ Sélection sexuelle (accès des mâles aux femelles) : préférence des femelles pour des teintes

particulières.

B) Sulfureuse évolution chez les Poeciliidés (aussi en aquariophilie)

Les eaux de certaines sources mexicaines, riches en sulfure d’hydrogène, sont très toxiques.

➔ Comment certaines espèces de poissons s’y sont adaptées ?

Poeciliidés, famille des poissons vivipares dont le molly taupe à cycle reproductif court.

H2S extrêmement toxique car :

• Il se lie à l’oxygène.

• Il bloque l’activité de l’hémoglobine : mort par suffocation.

Eaux sulfureuses naturelles : source hydrothermales océaniques, marais salants et aux douces (au Mexique).

Traits adaptatifs aux eaux sulfureuses :

➢ Comportementaux, respiration en surface car l’eau est plus riche en oxygène.

➢ Physiques, augmentation de la taille de la tête avec un élargissement des ouïes.

Exemple du Molly soufre qui possède des appendices sur la lèvre inférieure pour améliorer la prise d’oxygène.

➢ Biochimiques, action de la sulfure quinone oxydoréductase (SQR) à concentration élevée en H2S.

Constat : partage de ces traits parmi des espèces différentes et d’implantation géographique éloignée. Question : modifications génomiques communes ou adaptations par des voies moléculaires différentes ? Objectif : analyser l’ADN de plusieurs centaines de mollys taupes. Résultats : ➢ Modifications génomiques spécifiques des populations adaptées au soufre.

➢ Gènes d’adaptation variables mais impliqués dans la régulation des mêmes voies métaboliques.

Les poissons ont suivi différentes voies moléculaires vers les mêmes solutions au stress de l’H2S.

Pourquoi la sélection naturelle a facilité cette adaptation ?

➢ Eaux sulfureuses, refuges contre les prédateurs et moindre concurrence avec d’autres espèces.

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➢ Favorise de nouvelles espèces car séparation de celles vivantes en eau claire sans barrière géographique.

On constate que :

1. Hors de leur habitat, les poissons spécialisés sont plus facilement victimes de prédateurs.

2. Faible reproduction entre populations spécialisées et non spécialisées.

Spéciation :

➢ Rapide car les lignées adaptées sont âgées de 100 000 ans.

➢ Accélérée par les conditions extrêmes car si H2S augmente, le degré d’isolement reproductif

augmente.

➢ En cours car croisements génétiques plus ou moins possibles.

Modèle pour les problèmes de pollution environnementale ?

Des poissons, les fondules, proches des poeciliidés, vivent dans des sites pollués d’Amérique du Nord. On constate

ainsi des adaptations évolutives rapides et répétées aux polluants toxiques industriels.

II. La drépanocytose ou anémie falciforme

A chaque génération, des mutations nuisibles apparaissent spontanément, responsables de maladies génétiques.

Pourquoi la sélection naturelle n’élimine pas totalement ces mutations ?

• Maladie héréditaire la plus répandue chez les personnes d’ascendance africaine : 1 afro-américain sur 400.

Elle est due à la substitution d’un seul acide aminé dans l’hémoglobine (acide glutamique devient une

valine). L’hémoglobine est une protéine contenue dans les globules rouges, c’est notre molécule de

transport.

• Dans des conditions de faible teneur sanguine en dioxygène (haute altitude, effort

physique intense), les molécules d’hémoglobine (Hb) s’agrègent et cristallisent en

longs bâtonnets déformants les globules rouges en faucilles : Hb S pour Sickle

cells disease.

Différentes mutations :

• Mutation à l’état homozygote : enfants transfusés régulièrement, aucune guérison possible.

• Mutation à l’état hétérozygote : 1 allèle normal compense l’allèle muté : 50 % Hb normale et 50% anormale, individus habituellement sains (mais il ne faut pas faire des sports extrêmes) avec quelques symptômes.

➢ Par ailleurs, en Afrique, présence du parasite du paludisme (malaria) dont le cycle de

développement passe par les globules rouges. Si le sujet est atteint de drépanocytose, les globules

rouges en faucilles contribuent à interrompre le cycle du parasite et donc résistance au parasite.

Conclusion : être hétérozygote à la drépanocytose devient un avantage

Autre exemple : On pense que la mutation de la mucoviscidose entrainait une meilleure résistance au choléra.

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La sélection naturelle favorise l’hétérozygotie :

➢ Survie liée à la forme atténuée de l’anémie.

➢ Fournit une protection contre le parasite responsable du paludisme.

Dans les régions tropicales d’Afrique où le paludisme sévit, porter un allèle de l’anémie falciforme constitue une

bénédiction et un fléau. Ceci explique que la mutation se soit maintenue malgré la gravité de la maladie et la

fréquence encore élevée de l’allèle drépanocytaire chez les afro-américains, vestige de leur origine africaine.

III. Nouveau traitement de la goutte

Tous les organismes détruisent l'ADN de l'alimentation à des stades variables selon les espèces :

• Allantoïne (grenouille) → très soluble dans l’eau

• Acide urique (Homme)

L'homme s'arrête à l'acide urique éliminée par le rein dans les urines ce qui retire l’acide urique du sang.

Si on a trop d’acide urique, on dépasse le seuil de solubilité. Elle se cristallise au niveau des reins formant des calculs

au niveau des reins (calculs rénaux) ou au niveau des articulations aux extrémités. C’est très douloureux = crise de

la goutte.

➔ Perte il y a 20 Ma chez l’ancêtre commun à l’homme et aux grands singes du gène de l’uricase, enzyme transformant en allantoïne. (Allantoïne demande beaucoup d’eau. Arrêté sa production a permis d’économiser l’eau dans l’histoire de l’évolution)

➔ Idée de traiter la goutte chez les patients en prescrivant de l’uricase. Or, c’est peu efficace…

Comment font les autres espèces pour transformer en allantoïne ?

Découverte de 2 nouvelles protéines agissant avec l’uricase, également inactivée il y a 20 Ma.

Dégradation de l’acide urique :

- Grenouille, jusqu’à l’allantoïne grâce à l’uricase.

- Homme, s’arrête à l’acide urique car gène inopérant.

➢ Découverte d’autres gènes qui coexistent avec l’uricase : COG2351 et COG3195 → Uricase et

COG2351 sont des pseudogènes chez l’Homme :

➢ Nouveaux traitements pour les maladies impliquant l’acide urique associant l’uricase et 2 enzymes

(COG2351 et COG3195). On a mis au point un traitement grâce à des données de l’évolution.

IV. Adaptation pigmentaire de l'Homme (point de vue chez l’homme sain)

Chez l’Homme, il existe une adaptation en fonction du degré d’ensoleillement : couleur de peau.

Elle est gouvernée par un pigment, la mélanine :

➢ Variant noir : eumélanine (peau foncée)

➢ Variant jaune : phéomélanine (peau claire)

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La mélanine est synthétisée par les mélanocytes de l'épiderme. C’est un compromis entre deux pressions de sélection

:

➔ Nécessité de protéger la peau contre l'action mutagène des rayons : mélanisation en climat chaud.

➔ Nécessité de synthétiser la synthèse de vitamine D à partir d’un précurseur du cholestérol sous

l’action des UV : démélanisation en climat froid.

Par exemple : Population d’Europe du nord toujours plus ou moins en carence en Vitamine D

Chez l'Homme, il existe 12 gènes pour la pigmentation dont MC1R (Melanocortin 1 Receptor gene) impliqué dans

la peau foncée. Ce gène confère un avantage sélectif d'autant plus car perte du pelage à 1,2 Ma en Afrique ! (Homo

Sapiens est apparu il y 300 000 ans). Puis démélanisation par évolution convergente en Asie et en Europe : en Europe

entre les hommes de Neandertal et les hommes de Cro-Magnons. On constate des variants de MCI1R donnant le

teint clair et les cheveux roux présents :

• Dans l’ADN de 2 Néanderthaliens (disparition il y a 28 000 ans).

• En Europe du Nord dont l’Irlande (15 % de roux).

• Taches de rousseur ( → protection partielle au soleil)

Au Néolithique, apparition de céréales apportant des phytates gênant l’absorption de calcium et plus faible

insolation d’où la nécessité d’optimiser la synthèse de vitamine D. Sélection de 3 gènes associés à la peau claire

entre 11 000 et 19 000 ans.

V. Métissage chez l’Homo sapiens

L’Homo Sapiens est sorti de l’Afrique, il y a 120 000 ans. Depuis 30 000 ans, Homo sapiens est le seul représentant de

l’espèce humaine restant.

Avant en Eurasie, il y avait la présence de :

➢ L’homme de Neandertal

➢ L’homme de Denisova découvert en Sibérie en 2010 avec peu d’os : phalanges de main adolescente,

os de l’orteil et 3 dents

Mais on dispose de bonnes connaissances génétiques de cet homme depuis peu :

• Publication en 2010 de la séquence du génome de Neandertal.

• Séquençage en 2014 du génome dénisovien à partir de phalanges.

Conclusion : Néandertalien et Dénisoviens ont disparu mais leurs gènes se retrouvent dans les populations

actuelles :

➢ 1,5 % à 2 % du génome néandertalien est présent chez les hommes modernes non africains : gènes qui sont rares individuellement

➢ MAIS 20 % à 30 % du génome de Neandertal est présent dans la population générale.

➢ Jusqu’à 5 % du génome dénisovien chez les mélanésiens actuels : papous de Nouvelle-Guinée, traces

génétiques de métissage néandertaliens/sapiens et néandertalien-sapiens/dénisoviens. Les

dénisoviens sont plus en Asie. Ce métissage s’est fait vers 100 Ma.

On pense qu’il y a aussi eu des métissages entre les dénisoviens et les néanderthaliens. On suppose qu’il y aurait aussi

des métisses entre Homo dénisova et une autre espèce encore inconnue.

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Contribution pour l’homme moderne :

- Adaptation à l’altitude, gènes dénisoviens EPAS1 présents chez 80 % des Tibétains. Il évite la polyglobulie,

source d’épaississement du sang, de maux de tête et de crise cardiaque.

- Fonctionnement des kératinocytes impliqués dans la peau et les cheveux : adaptation aux climats froids

(Europe, Asie) des néandertaliens ?

- Métabolisme des acides gras et des protéines : réserves de graisse pour Neandertal. Maladies de peau et

obésité chez l’homme moderne ?

- Résistance aux pathogènes conférées par les gènes TLR1, 6 et 10 dont 2 néandertaliens et 1 dénisovien.

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

ED : Applications du concept d’évolution

➢ L’évolution est permise par des mécanismes génomiques (ex : « gènes sauteurs » …) mais aussi environnementaux (ex : le climat …)

➢ La sélection sexuelle et la sélection naturelle interviennent aussi dans l’évolution des espèces

➢ Hors de leur habitat, les poissons spécialisés sont plus facilement victimes de prédateurs.

➢ Faible reproduction entre populations spécialisées et non spécialisées. ➢ Être hétérozygote à la drépanocytose est un avantage contre le paludisme ➔ Cette hétérozygotie est favorisée par la sélection naturelle ➢ Crisse de goute correspond à un excès d’acide urique (=produit de

dégradation de l’ADN) qui va cristalliser ➔ Il y 20Ma, perte de l’uricase qui dégradait l’ADN en allantoïde qui est plus

soluble (donc moins de cristallisation) que pour l’acide urique ➢ La couleur de peau est gouvernée par un pigment, la mélanine :

➢ 20 % à 30 % du génome de Neandertal est présent dans la population générale

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Notes

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Entrainements QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LA THEORIE SYNTHETIQUE DE L’EVOLUTION,

LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Elle correspond au néodarwinisme B) Elle intègre l'hérédité mendélienne C) Elle fait appel à la génétique des populations D) Elle intègre la découverte des gènes homéotiques E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte.

QCM 2 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LA FAUNE DE BURGESS, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Elle a été découverte à Franceville, au Gabon B) Elle est apparue avant la faune d’Ediacara C) Elle est associée au phénomène de biominéralisation (coquilles, carapaces) D) Elle est caractérisée par l'apparition de nombreux plans anatomiques E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte.

QCM 3 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ? UN

CARACTERE EVOLUE :

A) Par sélection naturelle B) Par dérive génétique C) Par sélection sexuelle D) Par l'hérédité des caractères acquis E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte.

QCM 4 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LA THEORIE DE LA REINE ROUGE, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Elle correspond au phénomène de co-évolution B) Elle s'appuie sur des exemples comme l'interaction fleur/insecte pour la pollinisation C) Elle décrit une course sans fin à l’adaptation pour survivre D) Elle démontre que la course à la survie rend supérieures les espèces vivantes E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 5– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LE PHENOMENE DE CONTINGENCE, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Il joue un rôle dans la diversification des espèces B) Il éclaire la disparition d'espèces parfaitement adaptées C) Il renforce une vision du plus simple au plus complexe de l'évolution des organismes vivants D) Associé à la décimation, il fournit un nouveau modèle de diversification du vivant E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 6– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT UN NOUVEAU TRAITEMENT DE LA GOUTTE

ELABORE A PARTIR DE DONNEES EVOLUTIONNISTES, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Il associe l'uricase et deux autres enzymes B) Il permet de dégrader l'ADN en acide urique C) ll apporte les enzymes dont les gènes sont devenus inactifs chez le singe et l'homme il y a 20 Ma D) Il a été mis au point en comparant les gènes impliqués dans la dégradation de l'ADN chez diverses espèces

vivantes E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

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QCM 7– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT L’EVOLUTION, LAQUELLE (LESQUELLES) EST

(SONT) EXACTE(S) ?

A) C’est un progrès régulier B) Elle a été définie par Pasteur C) Elle est définie comme une descendance avec modification D) Elle peut nous rendre vulnérable aux maladies E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 8– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT L’HISTOIRE DU VIVANT, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Un être vivant est défini par ses fonctions et non par ses structures B) Un virus n’est pas un être vivant C) Les plantes à fleurs sont apparues après les poissons osseux D) La teneur atmosphérique en dioxygène actuelle date de 500Ma. E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 9– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LES MALADIES GENETIQUES, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) La drépanocytose est une maladie totalement d’origine génétique B) Le cancer a une origine à la fois génétique et environnementale C) L’athérosclérose est à 50% d’origine génétique D) La fracture est totalement d’origine environnementale E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 10– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT L’EVOLUTION DES CICHLIDES, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) C’est un exemple de radiation adaptative (évolution lente où chaque nouvelle espèce est dans une niche particulière)

B) Leur évolution est liée à des mécanismes génétiques et environnementaux. C) Il y a eu peu de changements dans leur environnement D) Chez cette espèce, on a une accumulation importante de gènes sauteurs E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

Exercice 2 :

VRAI/FAUX

A) Lamarck considère l’hérédité des variations B) Théophraste est considéré comme le père de la botanique C) Carl von Linné est à l’origine de la théorie du fixisme D) L’oxygène a modifié la composition de l’air et des océans E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

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Pr. Larcher

Pr. JM Chao de la Barca

Corrections QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LA THEORIE SYNTHETIQUE DE L’EVOLUTION,

LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) VRAI C) VRAI D) FAUX, c’est le concept des gènes homéotiques ! E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 2– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LA FAUNE DE BURGESS, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX, elle a été découverte au Canada B) FAUX, Ediacara = 600Ma et Burgess = 530Ma C) VRAI D) VRAI E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 3– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ? UN

CARACTERE EVOLUE :

A) VRAI B) VRAI C) VRAI D) FAUX, les caractères acquis ne se transmettent pas ! E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 4– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LA THEORIE DE LA REINE ROUGE, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) VRAI C) VRAI D) FAUX, elle permet la complexification du vivant mais attention, il n’y a aucune espèce supérieure à une

autre ! E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 5– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LE PHENOMENE DE CONTINGENCE,

LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) VRAI C) FAUX, ce phénomène montre une vision du plus simple au plus complexe de l’évolution D) VRAI E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 6– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT UN NOUVEAU TRAITEMENT DE LA GOUTTE

ELABORE A PARTIR DE DONNEES EVOLUTIONNISTES, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) FAUX, il permet de dégrader l’acide urique en allantoïne C) VRAI D) VRAI E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

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QCM 7– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT L’EVOLUTION, LAQUELLE (LESQUELLES) EST

(SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX, au contraire, l’évolution n’est pas un progrès régulier vers un but particulier B) FAUX, par Darwin ! C) VRAI D) VRAI E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 8– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT L’HISTOIRE DU VIVANT, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX, c’est l’inverse ! B) FAUX, un être vivant est défini comme une entité constituée au minimum de protéines globulaire donc les

virus sont des êtres vivants C) VRAI D) FAUX, c’est 600Ma E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 9– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT LES MALADIES GENETIQUES, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) VRAI C) VRAI D) VRAI E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 10– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS CONCERNANT L’EVOLUTION DES CICHLIDES, LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX, attention à toujours bien lire les qcm, ici l’item est vrai sauf que dans le cas d’une radiation adaptative qui est une évolution rapide

B) VRAI C) FAUX, au contraire, leur environnement a subi des modifications telles que des inondations ou des

sécheresses qui ont eu un impact sur l’évolution de cette espèce D) VRAI E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

Exercice 2 :

VRAI/FAUX

A) FAUX, il les considère comme acquises B) VRAI, il a notamment écrit le Traité sur les Plantes C) FAUX, c’est Aristote, mais Carl Von Linné était aussi un fixiste ! D) VRAI E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

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Biochimie structurale

CHAPITRE N°1 : LES ACIDES AMINES

I. Définition

Les acides aminés sont des molécules amphotères qui possèdent à la fois

un groupement carboxyle acide et une fonction amine primaire basique.

À pH physiologique (c’est-à-dire aux alentours de 7,4) :

• La fonction carboxyle est déprotonée : elle présente une charge négative.

• La fonction amine présente une charge positive : l’azote peut normalement faire trois liaisons et possède,

en plus, un doublet non liant. C’est grâce à ce doublet non liant que l’azote s’hybride au carbone alpha avec

une hybridation sp3, présentant ainsi une charge positive.

Ces deux fonctions carboxyle et amine sont liées à un carbone que l’on appelle le carbone alpha, lui-même

lié à un atome d’hydrogène et à une chaine latérale. Dans les AA, la chaine latérale n’est pas un atome d’hydrogène

donc le carbone alpha est asymétrique.

Exception faite de la glycine : sa chaine latérale est exclusivement composée d’un atome d’hydrogène, dans

ce cas le carbone n’est plus asymétrique.

Selon la théorie de Brönsted-Lowry :

• Un acide est un composé, un ion ou une molécule susceptible de libérer un proton H+.

• Une base est un composé, un ion ou une molécule susceptible de capter un proton H+.

À tout acide correspond sa base conjuguée et inversement, à toute base correspond son

acide. Il y a ainsi création d’un couple acide-base : AH ↔ A- + H+. On retiendra que plus l’acide

est fort, plus la base est faible. Et inversement, plus l’acide est faible, plus la base est forte.

➢ Une molécule amphotère est une molécule qui présente à la fois une fonction acide et une

fonction basique. Ce qui est le cas des acides aminés.

II. Classification des AA

A retenir :

Tous les AA ont donc comme structure : ➢ Un groupement carboxyle, ➢ Un groupement amine primaire (sauf pour la proline où il est secondaire), ➢ Un carbone alpha asymétrique (sauf pour la glycine), ➢ Un atome d’hydrogène, ➢ Une chaîne latérale R

Les différentes propriétés physico- chimiques des AA sont déterminées par leur chaine latérale R.

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III. Chiralité des AA

Une molécule a un carbone asymétrique lorsque ce carbone est lié à quatre substituants différents.

L’isomère de cette molécule n’est pas superposable à celle-ci, mais images de celle-ci dans un miroir (= image

spéculaire). Le carbone asymétrique est donc le centre chiral de la molécule. En revanche, si dans une molécule un

carbone a deux substituants identiques, on pourra superposer l’isomère de la molécule par simple rotation. Le

carbone est alors symétrique et n’est pas le centre chiral de la molécule.

➢ Les carbones alpha dans les AA (sauf pour la glycine) sont des carbones asymétriques et donc des centres

chiraux.

Pour la notation des centres chiraux on va utiliser la notation de Fischer. Cette classification va permettre de

classer les AA en D ou L. On place le groupement carboxyle (COO-) en haut.

• Lorsque le groupement amine (NH3+) est à gauche, l’AA est L, on parle de L-AA.

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• Lorsque le groupement amine (NH3+) est à droite, l’AA est D, on parle de D-AA.

➢ Tous les AA protéinogènes (sauf la glycine, car non chirale) sont dans la CONFIGURATION L.

IV. Rôle des AA

V. Acides aminés essentiels, conditionnellement essentiels, non essentiels et leur polarité

A) AA essentiels, non essentiels ou conditionnellement essentiel

L’homme, à la différence des plantes et des bactéries, ne peut pas synthétiser tous les AA à partir de l’azote

inorganique.

Les AA impossibles à synthétiser pour l’homme, doivent être apportés par l’alimentation : ce sont les

acides aminés essentiels. On retrouve la leucine, l’isoleucine, la valine, la méthionine, la phénylalanine, le

tryptophane, la thréonine et la lysine.

Les AA pouvant être synthétisés par notre organisme sont appelés les AA non essentiels.

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Les AA qui sont synthétisés par notre organisme mais en quantité insuffisante sont appelés les AA

conditionnellement essentiels. On retrouve la glutamine, la tyrosine, l’arginine, l’histidine et la cystéine. Lors de la

croissance chez l’enfant ou chez la femme enceinte, ces AA conditionnellement essentiels vont devenir essentiels.

B) Polarité

Une liaison est polaire lorsqu’il y a un déséquilibre (ou apolaire lorsqu’il n’y a pas de déséquilibre) dans le nuage

électronique des groupes fonctionnels de la chaine latérale.

En solution et à pH physiologique (environ 7,4), tous les AA sont polaires du fait de leur groupe amine

(chargé positivement) et de leur groupe carboxyle (chargé négativement). Les résidus aminoacyls sont en

revanche plus ou moins polaires en fonction de la polarité de leur chaine latérale.

C) Résumé sous forme de tableau et moyen mnémotechniques

Heureusement certains moyens mnémotechniques permettent de mieux les mémoriser.

AA essentiels : Leu Thré Lyric Trystan Phé Vachement Marcher Iseult (la leucine, l’isoleucine, la valine, la

méthionine, la phénylalanine, le tryptophane, la thréonine et la lysine )

AA R polaire neutre : Glenn Cisaille, Théo Certifie : c’est l’Assassin (Glutamine, Cystéine, Thréonine, Sérine,

Asparagine)

AA R polaire basique : L’Histoire c’est de l’Argent et des Lys (Histidine, Arginine, Lysine)

VI. Structure et propriétés des AAPS

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C) Ionisation et charges des AA

Cela est lié aux propriétés acido-basiques des AA :

On a soit un acide protoné (R-COOH) et sa base conjuguée

déprotonée (R-COO-), soit une base (R-NH2) et son acide conjugué protoné

(R-NH3+). On appelle :

• pKc, le pH de demi-dissociation pour lequel 50% des groupes R-COOH sont dissociés (50% sous la forme

R-COOH et 50% sous la forme de R- COO-).

• pKn, le pH de demi-dissociation pour lequel 50% des groupes R-NH3+ sont dissociés (50% sous la forme

R-NH2 et 50% sous la forme de R-NH3+).

• Le point isoélectrique (ou pHi), le pH où la charge nette de l’AA est nulle. L’AA prend alors le nom de

zwittérion.

• Il existe aussi le pKr, le pH de demi-dissociation de la chaîne latérale (même chose que le pKc ou le pKn

mais pour la chaine latérale des AA acides et basiques).

Grâce à ces propriétés acido-basiques, on va pouvoir réaliser des courbes de titrage d’un AA qu’on appellera

X. Elles sont construites en ajoutant des « équivalents OH » (= une base forte, comme la soude) à une solution très

acide contenant de l’acide aminé X :

• À chaque fois qu’on ajoute une quantité connue et faible de la base, on mesure le pH.

• Si dans la solution il n’y a pas de composé avec une fonction acide ou basique, alors on obtient une droite car

le pH augmente linéairement au fur et à mesure qu’on ajoute de la base forte.

• Pour les AA, on n’obtient jamais une droite car ils possèdent tous au moins une fonction acide (COOH) et une

fonction basique (NH2), ainsi que les éventuelles fonctions acide ou basique dans les chaines latérales des AA

acides ou basiques.

Exemples :

Il n’y a pas de pKr pour la glycine car sa chaine latérale ne comporte pas de fonction acide ou basique.

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1

Création de la courbe de dissociation de la glycine (AA hydrophobe aliphatique) :

1. On va commencer par une solution à pH très acide, contenant la glycine. Il y a donc de nombreux protons dans la

solution et la glycine va pouvoir capter les H+, le COO- va donc devenir COOH. La charge totale à un pH inférieur au

pKc et va donner +1. La seule charge déterminante de la charge de la glycine à ce stade est la charge + portée par

l’amine.

2. On va ajouter de la soude à la solution initialement très acide et on va arriver un moment du pKc, stade du pH de

demi-dissociation où 50% des groupes R-COOH sont dissociés (donc sous la forme R-COO-). A ce stade le pH est

égal à 2,34, la charge nette est de + 0,5. Il y a 50% de la glycine sous sa forme avec le pH acide et 50% sous sa forme

de zwittérion.

3. On continue à ajouter de la soude à la solution et on va voir apparaitre une autre forme : la forme zwittérion. Le

COOH s’est déprotoné au fur et à mesure que le pH a augmenté. La charge nette de cette forme est égale à 0 (+1

de l’amine et -1 du carboxyle). Le pH dans la solution à ce stade est égal au pHi isoélectrique de la glycine (5,97).

4. On va ajouter encore de la soude à la solution et on va arriver un moment du pKn, stade du pH de demi-dissociation

où 50% des groupes R-NH3+ sont dissociés (donc sous la forme R- NH2). A ce stade le pH est égal à 9,60, la charge

nette est de - 0,5. Il y a 50% de la glycine sous sa forme de zwittérion et 50% sous sa forme avec le pH basique.

5. On continue à verser de la soude et on arrive sur une solution très basique. Il y a donc de nombreux OH- dans la

solution et la glycine va libérer les H+ dans la solution, le NH3+ va donc devenir NH2. La charge totale à un pH

supérieur au pKn et va donner -1. La seule charge déterminante de la charge de la glycine à ce stade est la charge -

portée par le carboxyle.

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Création de la courbe de dissociation de la glutamate (AA polaire chargé négativement) :

1. On va

commencer par une solution à pH très acide, contenant le glutamate. Il y a donc de nombreux protons dans

la solution et le glutamate va pouvoir capter les H+, le COO- va donc devenir COOH (attention ici le carboxyle

lié au carbone alpha ET celui de la chaine latérale vont tous les deux se protoner). La charge totale à un pH

inférieur au pKc et va donner +1. La seule charge déterminante de la charge de la glycine à ce stade est la

charge + portée par l’amine.

2. On va ajouter de la soude à la solution initialement très acide et on va arriver un moment du pKc, stade du

pH de demi-dissociation où 50% des groupes R-COOH sont dissociés (donc sous la forme R-COO-). A ce stade

le pH est égal à 2,19, la charge nette est de + 0,5. Il y a 50% du glutamate sous sa forme avec le pH acide et

50% sous sa forme de zwittérion.

3. On continue à ajouter de la soude à la solution et on va voir apparaitre une autre forme : la forme zwittérion.

Le COOH s’est déprotoné au fur et à mesure que le pH a augmenté (attention seulement celui lié au carbone

alpha). La charge nette de cette forme est égale à 0 (+1 de l’amine et -1 du carboxyle). Le pH dans la solution

à ce stade est égal au pHi isoélectrique du glutamate (3,22).

4. On va ajouter encore de la soude à la solution et on va arriver un moment du pKr, stade du pH de demi-

dissociation où 50% des groupes COOH DE LA CHAINE LATERALE sont dissociés (donc sous la forme COO-

). A ce stade le pH est égal à 4,25, la charge nette est de - 0,5. Il y a 50% du glutamate sous sa forme de

zwittérion et 50% sous sa forme où les deux carboxyles sont déprotonés.

5. On ajoute encore de la soude et on arrive aux stades où les deux carboxyles du glutamate sont déprotonés.

Le pH de la solution est supérieur au pHi du glutamate mais inférieur à son pKn. La charge nette est de -1. La

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1

seule charge déterminante de la charge du glutamate à ce stade est la charge - portée par la carboxylase de

la chaine latérale (la charge – et la charge + lié à l’amine et au carboxyle du carbone alpha s’annulent.

6. On va ajouter encore de la soude à la solution et on va arriver un moment du pKn, stade du pH de demi-

dissociation où 50% des groupes R-NH3+ sont dissociés (donc sous la forme R- NH2). A ce stade le pH est égal

à 9,67, la charge nette est de - 1,5. Il y a 50% du glutamate sous sa forme où ses deux carboxyles sont

déprotonés et 50% sous sa forme avec le pH basique.

7. On continue à verser de la soude et on arrive sur une solution très basique. Il y a donc de nombreux OH- dans

la solution et le glutamate va libérer les H+ dans la solution, le NH3+ va donc devenir NH2. La charge totale à

un pH supérieur au pKn et va donner -2. Les charges déterminantes sont les deux charges – portées par les

deux carboxyles du glutamate.

Création de la courbe de dissociation de la lysine (AA polaire chargé positivement) :

1. On va commencer par une solution à pH très acide, contenant la lysine. Il y a donc de nombreux protons dans

la solution et la lysine va pouvoir capter les H+, le COO- va donc devenir COOH. La charge totale à un pH

inférieur au pKc et va donner +2. Les charges déterminantes sont les deux charges + portées par les deux

amines de la lysine.

2. On va ajouter de la soude à la solution initialement très acide et on va arriver un moment du pKc, stade du

pH de demi-dissociation où 50% des groupes R-COOH sont dissociés (donc sous la forme R-COO-). A ce stade

le pH est égal à 1,82, la charge nette est de + 1,5. Il y a 50% de la lysine sous sa forme avec le pH acide et 50%

sous sa forme avec son carboxyle déprotoné.

3. On ajoute encore de la soude et on arrive aux stades où le carboxyle s’est déprotoné, il a libéré son proton.

Le pH de la solution est supérieur au pKc de la lysine mais inférieur à son pKn. La charge nette est de +1. La

seule charge déterminante de la charge de la lysine à ce stade est la charge + portée par l’amine de la chaine

latérale (la charge – et la charge + lié à l’amine et au carboxyle du carbone alpha s’annulent.

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4. On va ajouter encore de la soude à la solution et on va arriver un moment du pKn, stade du pH de demi-

dissociation où 50% des groupes R-NH3+ sont dissociés (donc sous la forme R- NH2) (attention pour l’instant

seul l’amine lié au carbone alpha se déprotone). A ce stade le pH est égal à 8,95, la charge nette est de + 0,5.

Il y a 50% de la lysine sous sa forme où son carboxyle s’est déprotoné et 50% sous sa forme zwittérion.

5. On continue à ajouter de la soude à la solution et on va voir apparaitre une autre forme : la forme zwittérion.

L’amine LIE AU CARBONE ALPHA s’est déprotoné au fur et à mesure que le pH a augmenté. La charge nette

de cette forme est égale à 0 (+1 de l’amine de la chaine latérale et -1 du carboxyle). Le pH dans la solution à

ce stade est égal au pHi isoélectrique de la lysine (9,74). Le pH est plus grand que le pKn mais plus petit que

le pKr.

6. On va ajouter encore de la soude à la solution et on va arriver un moment du pKr, stade du pH de demi-

dissociation où 50% des groupes NH3+ DE LA CHAINE LATERALE sont dissociés (donc sous la forme NH2). A

ce stade le pH est égal à 10,53, la charge nette est de - 0,5. Il y a 50% de la lysine sous sa forme de zwittérion

et 50% sous sa forme basique.

7. On continue à verser de la soude et on arrive sur une solution très basique. Il y a donc de nombreux OH- dans

la solution et la lysine va libérer les H+ dans la solution, le NH3+ (de la chaine latérale) va donc devenir NH2.

La charge totale à un pH supérieur au pKr et va donner -1. La seule charge déterminante est la charge + portée

par le carboxyle de la lysine.

Calcul de la charge nette : On calcule la charge d’un stade en additionnant les deux charges nettes des deux

stades entourant ce stade et en divisant la somme par deux.

Calcul du pHi : On peut retrouver le pHi en additionnant les deux pH des deux stades entourant le stade

zwittérion et en divisant la somme par deux.

D) Spectre d’absorption des AA

Rappel sur la loi de Beer-Lambert : A = log (I0/I) = εCl

• A => absorbance.

• I0 => Intensité de la lumière incidente. I => Intensité de la lumière transmise.

• ε => Coefficient d’absorption, propre à chaque molécule (et donc à chaque AA).

• C => Concentration dans la cuvette contenant la molécule. l => Largeur de la cuvette (svt 1cm en

standard).

L’absorbance est donc directement proportionnelle à la concentration. On pourra connaitre ainsi la

concentration d’un AA dans une solution pour un patient donné (par exemple le plasma).

Les AA présentent une absorption significative aux longueurs d’ondes UV inférieures à 230 nm (c’est la

longueur d’onde de la lumière incidente). Leur détection et leur quantification est facilitée par une conjugaison avec

la ninhydrine, ce qui va donner un composé coloré donc pas dans l’UV mais dans le visible. La longueur d’onde de la

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lumière incidente est de 440nm pour la proline et de 570nm pour les autres AA, pour donner une absorbance

maximale.

Cependant quand on analyse ce type d’échantillon avec cette méthode, tous les AA sont mélangés et on ne

peut pas les différencier entre eux. Donc il faut au préalable les séparer, pour quantifier chaque espèce

individuellement, pour cela on va se servir des charges des AA et de leur variation en fonction du pH.

E) Le pH, charge et quantification des AA

Principe de la séparation chromatographique :

Elle est constituée de deux phases : une phase stationnaire et une phase mobile. On dépose notre

échantillon contenant les différents AA en haut de la colonne, puis la phase mobile va venir traverser la phase

stationnaire dans la colonne. Cette phase mobile est composée de différentes solutions avec des pH différents.

On commence par verser dans la colonne des solutions au pH acide, puis de plus en plus basique (on fait un gradient

de pH). A la fin de la chromatographie, on aura donc une solution avec un pH basique. Les différents AA présent

dans l’échantillon vont se séparer dans la colonne suivant leur charge et le pH, puis ils vont sortir de celle-ci à

des temps différents. Leur temps de rétention n’est pas le même, on va ainsi pouvoir les séparer.

La particularité de la phase stationnaire est qu’elle est chargée négativement, donc à pH très acide, tous

les AA sont chargés positivement et donc ils vont venir d’accrocher aux charges négatives de la phase

stationnaire. Au fur et à mesure que le pH va monter, leur charge va changer (ils vont passer de cations à anions),

jusqu’à un pH très basique où ils seront pratiquement tous sous forme anionique. Donc au fur et à mesure que le pH

va monter, les AA vont tomber de la colonne en s’anionisant progressivement, donnant ainsi différents temps

de rétention permettant de les distinguer après passage dans le détecteur (spectrophotomètre). Ils vont tomber

en fonction de leur point isoélectrique. C’est quand le pH sera égale à son pHi que l’AA va tomber de la colonne.

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Par exemple sur le schéma, le glutamate va avoir un temps de rétention (tr) inférieur à celui de l’histidine. En effet

le glutamate est un AA acide alors que l’histidine est un AA basique, donc le pHi du glutamate est inférieur à celui de

l’histidine. Et comme le pH de la solution du plus acide au plus basique, l’AA ayant le pHi le plus bas va tomber en premier

(ici le glutamate).

Spectrophotomètre :

Dans le détecteur (ex : le

spectrophotomètre), on applique la loi de

Beer-Lambert pour connaitre la

concentration de chaque AA. Comme les

AA vont tomber les uns à la suite des

autres, on va pouvoir les quantifier

individuellement.

La loi de Beer-Lambert va pouvoir s’appliquer : on connait le temps de rétention de chaque AA, donc une

fois identifié, il suffira de regarder leur coefficient d’absorption pour appliquer la formule.

Exemple :

Sur cette courbe, on voit que le glutamate a été détecté

à un pH relativement acide, et l’histidine à un pH relativement

basique. On voit aussi que le glutamate est moins concentré

dans la solution que l’histidine.

➢ Aujourd’hui la quantification des AA se fait spectrophotométrie de masse mais la séparation

chromatographique avant la quantification est toujours d’actualité.

VII. Les AA non protéinogènes

Ce sont des intermédiaires clés dans :

• La synthèse d’arginine

• L’excrétion azotée (cycle de l’urée)

• La synthèse du monoxyde d’azote (NO)

• La synthèse des polyamines

La molécule d’ornithine ressemble beaucoup à la molécule de lysine. Ces deux AA étant non protéinogènes ne

seront jamais présents dans la structure d’une protéine.

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1

VIII. Les amines biogènes (AB)

Les amines biogènes sont obtenues après décarboxylation des AA et on va presque utiliser

systématiquement le phosphate de pyridoxal (PLP) comme cofacteur des carboxylases.

Réaction générale : On part d’un AA initial que l’on décarboxyle, grâce à une

décarboxylase pour obtenir à la fin à amine biogène.

Par exemple, on forme :

• De la DOPA, de la dopamine et des cathécolamines (adrénaline et

noradrénaline) à partir de la tyrosine.

• De la sérotonine à partir du tryptophane.

• Du gamma-aminobutyrate à partir du glutamate.

• De l’histamine à partir de l’hisitidine.

• Des polyamines à partir de l’ornithine.

A) Formation de la sérotonine à partir du tryptophane

La tryptophane hydroxylase va hydroxyler (rajouter un OH) sur le noyau indol du tryptophane pour former

le 5-OH- trytophane. Puis la décarboxylase d’AA aromatique et son cofacteur le PLP, vont décarboxyler le 5-OH-

tryptophane pour former la sérotonine.

La sérotonine est un neurotransmetteur dans le système nerveux central et les cellules

entérochromaffines du système digestif. Elle stimule aussi l’agrégation plaquettaire (avec les granules denses qui

sont riches en sérotonine).

La sérotonine est un neuromédiateur qui va participer à l’humeur. On retrouve un déficit de sérotinine dans

les cas de dépression et pour pallier ce problème, on utilise le Prozac (fluoxétine), qui est un inhibiteur de la

recapture de sérotinine qui va permettre de laisser plus longtemps la sérotonine dans la synapse des neurones

sérotoninergiques. C’est donc un anti-dépresseur.

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B) Formation de l’histamine à partir de l’histidine

Une histidine décarboxylase lié à son cofacteur le PLP, va décarboxyler l’histidine pour former l’histamine.

L’histamine est retrouvée dans les cellules de l’allergie, comme les mastocytes. Une fois que les cellules sont

en contact avec l’allergène (représenté en jaune), elles vont se dégranuler, ce qui va libérer l’histamine. L’histamine

va être responsable en partie des symptômes allergiques comme l’hyper-sécrétion bronchique ou nasale. Il existe

des médicaments appelés les anti-histaminiques qui vont aller agir sur le récepteur à l’histamine et qui vont

combattre ces symptômes d’hyper- sécrétion.

C) Formation de polyamines à partir de l’ornithine

L’ornithine décarboxylase lié au cofacteur PLP, va décarboxyler l’ornithine pour former la putrescine.

➢ La putrescine est considérée comme une polyamine simple ou précurseur de polyamines supérieurs : la

spermidine et la spermine.

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La spermidine synthase (ou propylamine tranférase 1) va transférer un résidu de S- adénosylméthionine

décarboxylée (en bleu sur le schéma) sur la putrescine pour former la spermidine. La méthionine intervient donc

aussi dans la synthèse des polyamines après décarboxylation par l’adoMet décarboxylase + PLP.

Enfin la spermine synthase, va utiliser une autre molécule de S-adénosylméthionine décarboxylée pour

former la spermine.

Les fonctions des polyamines :

• Structure et synthèse (acides nucléiques et protéines).

• Protection du stress oxydant.

• Régulation des canaux ioniques.

• Promotion de la prolifération cellulaire (cancer ou en cas d’infection bactérienne ou parasitaire).

IX. Traitement de la maladie du sommeil par un cheval de Troie « biochimique »

La maladie du sommeil est une maladie endémique de certains pays africains. Des chercheurs ont trouvé «

un cheval de Troie biochimique » pour traiter cette maladie.

Auparavant on essayait de traiter cette maladie par monothérapie avec des anticorps, mais cette maladie causée

par les tripanosum brucei (transmis par des morsures de mouche tsé-tsé) va muter très vite les antigènes de surface des

cellules, donc les anticorps vont devenir inefficaces.

Le tripanosum brucei va envahir le système nerveux central des patients, ce qui va provoquer :

• Un état d’insomnie la nuit et de léthargie le jour.

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• Des céphalées intenses.

• Les tâches les plus simples deviennent de plus en plus difficile à réaliser.

• La mort du patient in fine.

En utilisant l’enzyme : orthinine décarboxylase (ODC) comme cible

thérapeutique, les chercheurs ont mis au point un traitement. Ils ont pris en compte

le turn-over (renouvellement) très rapide de cet enzyme chez l’homme et très lent

chez le parasite.

La stratégie a donc été d’administrer un substrat « suicide » à l’ODC (qui bloque le complexe substrat-

enzyme). Ceci a :

• Peu de conséquences pour les cellules humaines car le turn-over rapide de l’ODC fait que des nouvelles

enzymes (non inhibées) sont synthétisées très rapidement.

• Mais beaucoup de conséquences pour le parasite car le turn-over de son ODC est lent, ce qui engendre une

restitution très lente de son stock de polyamines (indispensable à sa prolifération), et donc au final sa

mort.

Le nom de ce substrat est le DEMO (difluorométhylornithine), il forme un complexe irréversible avec

l’ODC.

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 1 : Les acides aminés

➢ Les acides aminés sont des molécules possédant une fonction amine primaire (sauf la proline), une fonction carboxyle et une chaine latérale R liée au carbone alpha, et qui donne les différentes propriétés de l’acide.

➢ Les acides aminés sont des molécules amphotères (possédant une fonction acide et basique) et peuvent être soit : Protéinogènes ( standard ou non ) au nombre de 22 (20 protéinogènes standards et 2 non standards) ou soit non protéinogènes (au nombre de 2). Il est fondamental de savoir dans quelle catégorie se trouvent les acides aminés, ainsi que leur polarité (sont-ils polaires positifs ? neutres ? négatifs ? ou bien apolaires ? )

➢ Le pKc, le pKn, le pHi et le pKr, sont 4 notions hyper importantes. Vous devez être capable de savoir, à un Ph donné, quelle sera la charge de l’acide aminé, et donc la charge globale d’un peptide à un pH donné (voir exercice p.49).

➢ Il est important de bien connaître les différentes structures des acides aminés, car il peut vous être demandé de les reconnaitre en examen.

➢ Les différentes réactions citées à la fin ne sont pas spécialement à connaître par cœur, mais cependant il faut les maitriser, et savoir à partir de quel acide aminé, on obtient tel produit.

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Notes

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CHAPITRE N°2 : LES GLUCIDES

I. Définition

Ce sont des composés organiques qui vont posséder une fonction carbonyle : soit une cétone (= cétose) ou

un aldéhyde (= aldose), ainsi qu’au moins 2 groupements alcool.

Exemple des deux monosaccharides les plus simple :

En assemblant plusieurs monosaccharides entre eux, on peut créer soit des disaccharides (2 unités

monosaccharidiques) soit des polysaccharides (plus long avec plus d’unités monosaccharidiques). A contrario,

l’hydrolyse d’oses plus compliqués (plus gros), permet d’obtenir des oses « simples » : des monosaccharides.

Les glucides sont également connus sous le nom de « sucre », « hydrate de carbone » ou encore «

carbohydrate ». Ils se nomment ainsi car leur formule brute est (CH2O)n → (on remplace le « n » par un chiffre, le

nombre de carbone de l’ose, et cela donne un glucide). Les glucides grâce à leur présence dans la cellulose des parois

des bactéries sont considérés comme les biomolécules les plus abondantes sur Terre.

II. Rôles des glucides Ils ont trois rôles majeurs :

• Energétique : grâce à l’oxydation du glucose +++ et d’autres glucides.

• Structurel : ils composent les parois des bactéries et des cellules végétales (cellulose +++) et certains

polymères de glucides, appelés glycosaminoglycanes (GAG) ou protéoglycane (PG) font partis des

tissus connectifs des animaux. Une grande partie joue également un rôle de lubrifiant articulaire

(présence dans le liquide synovial) et vision (présence dans l’humeur vitrée, ex : hyaluronate, le sel de

l’acide hyaluronique).

• Signalisation : Ils participent à la reconnaissance et à l’adhésion cellulaire (glycolipides et

glycoprotéines).

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III. Classification des glucides

On distingue les :

• Monosaccharides = ose simple : Une seule unité comportant au moins une fonction aldéhyde ou cétone

(carbonyle) et 2 groupements –OH.

• Oligosaccharides : molécules formées par un court enchaînement de monosaccharides (2 a environ 20), liés

par des liaisons osidiques ; les plus abondants sont les disaccharides (2 unités).

• Polysaccharides : polymères de > 20 unités monosaccharidiques (identiques = homosaccharidique ou pas =

hétérosaccharidiques), ils présentent une chaine linéaire (cellulose, hyaluronate) ou une chaine avec des

embranchements (amylopectine et glycogène).

A) Les monosaccharides

Aldéhydes avec au moins deux groupes –OH → Aldoses

• 3 carbones= aldotrioses (ou glycéraldéhyde)

• 4 carbones= aldotétroses

• 5 carbones= aldopentoses

• 6 carbones= aldohexoses …

Cette molécule a un carbone asymétrique, C* (au milieu sur le schéma).

Cétones avec au moins deux groupes –OH → Cétoses

• 3 carbones = cétotriose (ou dihydroxyacétone)

• 4 carbones = cétotétroses

• 5 carbones = cétopentoses

• 6 carbones= cétohexoses ….

Cette molécule n’a pas de carbone asymétrique

➢ Ces molécules peuvent parfois avoir une certaine symétrie, ainsi que des carbones

asymétriques (C*) ou non, on va alors parler de chiralité.

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Les objets chiraux et non chiraux :

Les mains sont chirales donc non superposables, mais image

l’une de l’autre dans un miroir. A l’inverse les objets achiraux vont se

superposés.

Les oses sont chiraux, leurs formules chimiques peuvent être les

mêmes, mais ils ont une configuration spatiale différente : on parle

d’énantiomères.

La présence d’un carbone asymétrique permet une « rotation »

du groupe hydroxyle autour de son carbone, ce qui explique que la

molécule est chirale car s’il y a rotation, on ne pourra pas les superposer,

comme dans l’exemple avec le glycéraldéhyde à droite.

Quand il y a « n » centres asymétiques il y aura

alors 2 « puissance n » stéréoisomères, donc 2 «

puissance n » molécules avec la même formule brute mais

avec une configuration spatiale différente, en étant soit

des énantiomères (non superposables mais images

identiques dans un miroir), soit des diastéréoisomères (ni

superposables, ni images identiques dans un miroir).

La chiralité est importante dans le monde vivant car, par exemple, les enzymes n’agissent souvent que sur un

seul énantiomère (L ou D) mais pas sur les deux !

Exemple :

• Les énantiomères des différents AA de la série D ne vont pas être reconnus des différentes enzymes

responsables du métabolisme des AA (car ces AA sont de série L).

• Il en est de même pour beaucoup de récepteurs chiraux (ils ne vont que reconnaitre une molécule de la série

D ou L à la fois). Exemple du limonène : s’il est D on aura une odeur plutôt d’orange et si on est dans une série

L, l’odeur sera celle d’un conifère.

➢ Retenir que la chiralité est présente partout et importante et qu’elle ne concerne pas que les oses ! (ex : des

récepteurs et des enzymes)

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Les monosaccharides de plus de 3 carbones :

Ils possèdent un ou plusieurs carbones asymétriques et sont soit de série D, soit de série L.

Comment savoir si le monosaccharide est de série D ou L ? On utilise (par convention) la position du -OH lié

au carbone asymétrique le plus éloigné de la fonction carbonyle :

➢ Si –OH à droite, il est D et s’il est à gauche, il est L.

La plupart des oses naturels sont de série D.

Les aldoses de plus de 3 carbones :

Ils sont principalement de configuration D et il y en a trois à connaitre :

• Le D-Glucose

• Le D-Mannose

• Le D-Galactose

On remarque que le D-mannose et le D-galactose diffèrent du D-glucose juste par la configuration d’un seul

carbone asymétrique : ce sont des épimères du D-glucose. Le mannose est un épimère du D glucose et inversement,

ils diffèrent seulement par rapport à la position du OH sur le premier carbone asymétrique. Il en est de même pour le

D galactose et le D glucose : seulement la position du OH sur le carbone asymétrique 3 diffère.

➢ Les épimères sont des diastéréoisomères qui vont différer seulement par la configuration spatiale d’un seul

carbone asymétrique.

Moyen mnémotechnique : coder sur la droite, les fonctions alcool : « 2 » et les atomes d’hydrogène : « 1 », puis

apprendre les combinaisons de chiffres : le D glucose = 2122, puis comme le mannose est un épimère en C1, il prend le

numéro 1122 et enfin le galactose est épimère en C3 donc 2112.

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Les cétoses de plus de 3 carbones :

Il faut juste retenir le D fructose (Fru) qui correspond au numéro 122, avec le même procédé

que pour les aldoses.

La cyclisation des oses en solution aqueuse :

Les aldoses (si ≥ 4 C) et les cétoses (si ≥5C) en solution aqueuse sont plus stables sous forme cyclique :

➢ Conséquence : le carbone de la fonction aldéhyde/cétose devient asymétrique (perte de la double liaison) =

carbone anomérique et donc création de nouveaux stéréoisomères (= anomères). C’est un phénomène

réversible. La molécule du glucose est en permanence en train de cycliser ou de se dé-cycliser.

Un ose cyclique peut donc avoir deux anomères (alpha ou beta) en fonction de la position du –OH sur le

carbone anomérique : s’il est placé en haut du plan => beta et en bas → alpha.

Le suffixe pyranose est utilisé pour les aldoses car il rappelle le pyrane (molécule cyclique). Pour les cétoses,

on utilisera le suffixe furanose car il rappelle le furane (molécule cyclique).

Exemple : L’α-D-glucopyranose

et le β–D-glucopyranose sont des

anomères, il est très facile de passer de

l’un à l’autre (équilibre en solution entre

forme linéaire et cyclique).

Exemple : Les anomères alpha et béta du D-fructose :

➢ Pour les aldoses la liaison est une liaison hémi-acétal et pour les cétoses c’est une liaison hémi-cétale.

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➢ La mutarotation désigne le passage entre la forme linéaire et cyclique. Elle s’applique à toutes les formes

cycliques, furanoses et pyranoses.

Certains oses s’oxydent facilement via leur fonction carbonyle pour donner un carboxyle.

Réaction de Benedict :

Il s’agit d’une réduction des ions cuivriques (Cu 2+) par des

sucres réducteurs (ayant une fonction aldéhyde) en ions cuivreux

(Cu1+), en présence de chaleur. Ce test n’est plus utilisé dans les pays

développés mais il permettait de suivre la glycosurie chez les

diabétiques.

La fonction aldéhyde du glucose (à gauche) va s’oxyder en

fonction carboxyle. Une fois oxydé, le glucose va réduire le Cu 2+ en

Cu 1+. En fonction de la couleur des réactifs, on va modifier la

quantité d’insuline à injecter (plus c’est rouge, plus la glycémie est

haute). Quand la couleur est bleue, on injecte la dose normale

d’insuline pour le patient, plus c’est rouge, plus il faut augmenter la

dose.

Dérivés des oses simples :

Il existe des dérivés des oses simples par modification des fonctions alcool ou carbonyle :

• Substitution –OH du carbone 2 par une amine –NH2 → Hexosamines

• Oxydation de la fonction aldéhyde (aldohexoses)→ Acides aldoniques

• Oxydation du carbone 6 (aldohexoses) →Acides uroniques

• Phosphorylation du C1 ou C6 (glucose/fructose), participe à des réactions métaboliques

• Sulfatation des oses dans les hétéropolyosides

➢ La fonction aldéhyde peut s’oxyder pour donner

l’acide gluconique = gluconate. Elle peut aussi se

phosphoryler pour donner le glucose 1 phosphate.

➢ Le groupe -OH lié au carbone 2 peut se substituer

avec NH2 pour donner la glucosamine puis il s’acétyle

pour donner le N-acétylglucosamine (qui se retrouve

beaucoup dans l’acide hyaluronique).

➢ Le carbone 6 peut s’oxyder pour donner le glucuronate ou peuvent se phosphoryler pour donner le G6P qui

est un intermédiaire très important dans la glycolyse et glycogénèse.

Quelques réactions d’oses simples sous l’action d’enzymes :

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Acides gluconique/gluconate :

Cette réaction est sous le contrôle d’enzymes, comme ici avec le glucose oxydase. Il y a un équilibre entre la

molécule du milieu et celle de droite. Sur la molécule de droite il n’y a pas d’alpha ou beta car pas de carbone

asymétrique (plus d’anomérie). La flèche est plus épaisse dans le sens de la cyclisation car c’est plus stable.

Dérivés phosphorylés du D-glucose et suivi du diabète :

La phosphorylation, via l’hexokinase, « active » le D-glucose qui s’engage ainsi dans la glycolyse ou dans

d’autres processus métaboliques. Rôle très important : le glucose phosphorylé ne peut pas échapper de la cellule

alors que s’il ne l’était pas il pourrait s’échapper par diffusion simple.

Au niveau musculaire, il y a une consommation « locale » du glucose phosphorylé issu de la glycogénolyse car

il n’a pas l’enzyme glucose 6 phosphatase donc il ne peut regagner le sang et être distribué ailleurs dans l’organisme.

Mais le glucose-6-phosphatase est présent dans le foie et donc les glucoses 6 phosphate peuvent se

déphosphoryler et être distribué dans l’organisme. Cela permet de réguler la glycémie et de faire fonctionner le

cerveau et les globules rouges (organes glucodépendants).

➢ Le foie peut donc contrôler la glycémie (taux du glucose dans le sang) mais pas le muscle !

Cette réaction catalysée par l’hexokinase est utilisée pour la quantification du glucose pour les patients

hospitalisés. C’est important pour le diagnostic et le suivi du diabète et des hypoglycémies (mortelles par convulsions

ou dysfonctionnement neuro permanent, si la détection n’est pas rapide).

Les méthodes les plus couramment utilisées font appel à la formation des dérivés acides ou phosphorylés du

glucose (hexokinase ou gluco-oxydase). Les glycémies se font soit par ponction veineuse (pour le diagnostic du

diabète, par exemple) ou par la glycémie capillaire (avant c’était le test de Bénédict).

Quantification du D-glucose au laboratoire :

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-> Mesure de la glycémie au laboratoire : hexokinase

Quand tous les réactifs sont en excès, la concentration en NADH (grâce à la réaction de la G6PD) est

directement proportionnelle à celle du glucose, c’est comme ça qu’on obtient la glycémie en mesurant la

concentration en NADH formé.

1ère réaction : phosphorylation du glucose

2ème réaction : déshydrogénation du glucose-6-phosphate, réduction du NAD

→ Le principe spectrophosphométrique : technique optique

Quand tous les réactifs sont en excès, à 340 nm (lumière incidente) l’absorbance est directement

proportionnelle à la concentration en NADH qui elle-même est directement proportionnelle à celle du glucose. Plus

il y a d’absorbance plus il y a de NADH et donc de glucose.

Quantification du D-glucose par des « lecteurs de glycémie » : technique ampérométrique

Presque tous les diabétiques de type 1 (besoin

d’injection d’insuline) en utilisent.

Glucomètres : Automates permettant une lecture

de la glycémie à partir d’une goutte de sang capillaire

prélevée au bout du doigt grâce à une réaction redox.

➢ Les deux méthodes optique (spectrophotométrie) et ampérométrique (lecteur de glycémie) font

appel à des enzymes qui vont produire des dérivés du glucose.

B) Les disaccharides

Ils résultent de la liaison de deux oses simples (liaison osidique). Il y en a trois à connaitre :

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• Le maltose (origine végétale) = 2 glucoses

• Le saccharose (sucre de canne/betterave) = 1 glucose + 1 fructose

• Le lactose (sucre du lait) (si déficit en lactase (enzyme qui hydrolyse la liaison osidique) → intolérance

au lait (diarrhée…)) = 1 galactose + 1 glucose

Réaction de synthèse catalysée par des enzymes : les disaccharides synthases, la réaction ne se fait pas

spontanément ( =/= mutarotation).

Le maltose :

Le carbone 1 anomérique d’un résidu de glucose se lie au carbone C4 d’un autre résidu (liaison osidique, Glc

α(1→4) Glc). Réaction de condensation avec formation d’une molécule d’eau.

Conséquence : le premier résidu de glucose perd sa propriété réductrice (due a la liaison osidique), mais pas

le deuxième résidu qui peut reformer le groupement aldéhyde et s’oxyder (il est libre).

Le maltose est donc un sucre réducteur : le premier résidu n’est pas réducteur car engagé dans la liaison

osidique mais le deuxième résidu pourra repasser en forme linéaire (et reprendre la fonction aldéhyde) ou s’oxyder

en acide carboxylique. Pour le nommer on commence toujours à nommer le résidu non réducteur puis alpha, puis

les numéros des carbones de liaison et nommer le deuxième résidu. (Glc α(1→4) Glc = maltose)

Le saccharose :

Le carbone anomérique (C1) d’un résidu de glucose se lie au carbone anomérique C2 d’un résidu de fructose

(liaison osidique, Glc α(1→2)β Fru ). Le fructose n’est pas un sucre réducteur car il ne possède pas dans sa forme

linéaire un aldéhyde mais une cétone très dure à oxyder.

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Conséquence : le premier résidu de glucose perd sa propriéte réductrice et le carbonyle du résidu du fructose est aussi

engagé dans la liaison osidique.

Le saccharose n’est donc PAS un sucre réducteur (on a inversé le sens de la deuxième molécule et aucun

sucre ne peut se décycliser pour former la fonction aldéhyde). Pour la nomenclature, on rajoute beta, car le fructose

est de configuration beta contrairement au glucose de configuration alpha.

Le lactose :

Le carbone anomérique (C1) d’un résidu de galactose se lie au carbone C4 d’un résidu de glucose (liaison

osidique, Gal β(1→4) Glc )

Conséquence : le premier résidu (Gal) perd sa propriété réductrice mais le deuxième résidu (Glc) conserve la

fonction aldéhyde qui peut s’oxyder.

➔ Le lactose est un sucre réducteur

C) Les polysaccharides

On distingue deux sous-groupes :

• Homopolysaccharides : répétition des mêmes oses (ex : polymères de D- glucose : comme l’amidon et

le glycogène). La cellulose et l’amylose sont des homopolysaccharides non branchés et linéaires. Le

glycogène et l’amylopectine sont des homopolysaccharides branchés. Fonctions : stockage du glucose

(amidon, glycogène) ou rôle structurel (cellulose qui forme la paroi des cellules de bactéries ou de

plantes).

• Hétéropolysaccharides : polymères de plusieurs types d’oses (ex : glycosaminoglycanes/ GAG).

Fonctions : composants de la matrice extracellulaire +++ (tendon, articulation). Les nombreuses charges

négatives de ces polymères vont attirer les cations (comme le sodium) et donc l’eau dans la matrice

extracellulaire (entre les cellules). Elle sera alors plus élastique comme dans les tendons ou les

articulations.

Un Il faut bien retenir ces 3 disaccharides :

➢ 2 réducteurs : le maltose (Glc α(1-4) Glc) et le lactose (Gal β(1-4) Glc) ➢ 1 non réducteur : le saccharose (Glc α(1-2) β Fru)

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Le schéma montre bien que les hétéropolysaccharides sont formés d’unités monosaccharidiques différentes.

Les homopolysaccharides :

• Amidon : mélange d’amylose et amylopectine. C’est la principale forme de

stockage du glucose chez les plantes. L’amidon est composé de deux types

d’homopolymères de α-D-glucose : amylose (20%) et amylopectine (80%).

▪ Amylose : chaıne linéaire de plusieurs milliers de résidus de D-glucose liés par des liaisons osidiques α(1→4)

▪ Amylopectine : homopolymère ramifié par plusieurs milliers de résidus (D- glucose) liés (liaisons osidiques

α(1→4)), avec branchements tous les 20-30 résidus (cela dépend des espèces végétales) de glucose de d’autres

chaines similaires, par des liaisons osidiques α(1→6)

• Glycogène : C’est la même structure que l’amylopectine mais elle est plus compacte avec des ramifications

tous les 8-12 résidus de glucose par des liaisons osidiques α(1→6). On le trouve dans le foie +++ et dans le

muscle (en noir sur cette coupe de foie). Sa synthèse commence par une protéine : la glycogénine, qui

s’autoglycosyle (sur –OH d’un résidu tyrosyl) générant ainsi une molécule de glycogène amorce.

Amidon et glycogène :

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Ce sont des structures très dynamiques (raccourcissement/ allongement constants). Cela dépend des apports

et des besoins en glucose et est sous contrôle hormonal. Ex : en cas d’hyperglycémie, l’insuline se libère et favorise la

synthèse du glycogène (ramifications +++) mais en cas d’hypoglycémie, le glucagon se libère et diminue la synthèse de

glycogène (ramifications --).

Les hétéropolysaccharides :

Ce sont les glycosaminoglycanes et protéoglycanes = rôle non pas énergétique mais structurel.

• Glycosaminoglycanes (GAG) : famille d’hétéropolysaccharides linéaires formés par la répétition plus ou

moins longue des unités disaccharides. Ils sont généralement liés de manière covalente à des protéines pour

former des protéoglycanes.

• Protéoglycanes = GAG + protéine. La partie « glycane » (GAG) domine en volume et en importance

biologique (fonction de soutien mécanique +++) par rapport à la partie protéique. Ils sont très abondant dans

la M.E.C. La partie protéique a plutôt un rôle informatif.

Exemple de GAG :

Hyaluronate : un GAG qui ne s’associe pas aux protéines de manière covalente.

(=/= des autres GAG qui peuvent s’associer aux protéines et formés des protéoglycanes). Le hyaluronate peut

exister « pur » (humeur vitrée dans la chambre postérieure de l’œil, liquide synovial) ou comme composant de la

M.E.C (ex : M.E.C de cartilages et tendons).

Pour les autres GAG :

Les unités disaccharidiques sont souvent sulfatées, ce qui augmente les charges négatives, donc l’interaction

avec des cations (Na+) et donc la rétention d’eau (cartilage et tendons). Ils sont associés de manière covalente à des

protéines (protéoglycanes) et sont plus courts que l’hyaluronate. Ex : chondroïtine sulfate et kératane sulfate.

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 2 : Les glucides

➢ Un glucide est une molécule du type (CH2O)n qui possède au moins 2 fonctions alcool et une fonction carbonyle (soit c’est une cétone, soit un c’est un aldéhyde).

➢ Il faut bien savoir faire la différence entre deux épimères (des isomères qui ne différent que par la position d’un OH autour d’un carbone asymétrique) et des anomères qui correspondent à deux glucides cycliques qui n’ont pas la même configuration autour de son carbone anomérique (l’un est alpha et l’autre est beta).

➢ Il faut savoir reconnaitre si un glucide est de configuration alpha ou beta par

rapport à son carbone anomérique, et si il est de configuration L ou D.

➢ Il faut bien connaître la configuration des 3 aldoses (le D-glucose, le D-

mannose et le D-galactose) au niveau de là où se trouvent leur fonction alcool pour pouvoir les reconnaitre. Par ailleurs, la structure du fructose est aussi à connaître par cœur.

➢ Les disaccharides à connaître sont le lactose (glucose + galactose), le maltose (2 molécules de glucose) et le saccharose ( fructose + glucose). Parmi eux, 2 sont réducteurs. Il s’agit du lactose et du maltose, contrairement au saccharose qui est lui non réducteur.

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Notes

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CHAPITRE N°3 : LES LIPIDES

I. Définition

C’est un groupe de molécules organiques très diverses ayant en commun leur insolubilité dans l’eau et leur

solubilité dans les solvants organiques (chloroforme, benzène, hexane, éther…).

On distingue :

• Les lipides simples, composés de C,H,O

• Les lipides complexes, composés de C,H,O + S,N,P

Il y existe trois grands groupes de lipides suivant leur fonction principale :

• Les lipides de réserve énergétique (surtout des lipides simples)

• Les lipides composants des membranes biologiques (surtout des lipides complexes : le souffre, l’azote et le

phosphore donnent la polarité aux lipides pour former la membrane biologique)

• Les lipides avec une fonction dans la signalisation cellulaire (surtout des lipides complexes)

II. Les lipides de la réserve énergétique

A) Les acides gras (AG)

On appelle les AG les graisses et les huiles. Ce sont les principales formes de stockage d’énergie. Les AG sont

composés de :

• Une chaine plus ou moins longue de groupement méthylène (-CH2-), de 2 à 34 unités → apolaire

• Un groupement méthyle (-CH3)

• Une tête polaire carboxyle (-COOH) à l’autre

Les AG sont soit linéaires (la majorité), soit branchés. Ils possèdent ou non des insaturations (=liaison

double), on distingue alors :

• Les AG saturés (sans insaturation) qu’on classe suivant la longueur de leur chaine :

AG à chaine courte → 4-6 carbones

AG à chaine moyenne → 8-12 carbones

AG à longue chaine → 14-20 carbones

AG à très longue chaine → plus de 22 carbones (22 compris)

• Les AG insaturés (ou non saturés) avec :

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Les MUFA (MonoUnsaturated Fatty Acids) → AG mono-insaturé

Les PUFA (PolyUnsaturated Fatty Acids) → AG poly-insaturé

Il y existe trois nomenclatures différentes des AG :

• La nomenclature simplifiée

• La dénomination systématique

• La dénomination usuelle

Les acides gras saturés :

4 AG saturés sont à connaitre avec leurs différentes nomenclatures, ce sont les plus fréquents :

Les acides gras insaturés (= non saturés) :

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Ces AG sont composés d’une ou plusieurs doubles liaisons (= insaturation(s)). La double liaison dans une

chaine linéaire donne lieu à deux stéréoisomères nommés cis (=Z) et trans (=E). Pour différencier les AG « cis » des

« trans », on rajoute un exposant « t » lors d’une configuration « trans ».

Les configurations « cis » prédominent largement dans la nature alors que les AG « trans » sont généralement

industriels.

Nomenclature simplifiée :

1. On écrit « C » suivi de la longueur de la chaine, puis « : » suivi du nombre d’insaturations.

2. On ajoute la position de(s) double(s) liaison(s) à partir du carbone carboxylique, en exposant et précédée(s) de

delta (Δ), le tout entre parenthèses.

3. On ajoute un « t » après le nombre indiquant les doubles liaisons « trans » (pour « cis » on ne met rien).

EXEMPLES :

Dénomination systématique :

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On écrit « acide » puis la configuration de la (des) double(s) liaison(s) puis «-», puis leur position, puis «-», puis

« alcène de la chaine de même longueur » suivi de « oïque ».

Exemple :

• C18 : 1 (Δ9) est l’acide cis-9-octadécènoïque

• C18 : 1 (Δ9t) est l’acide trans-9-octadécènoïque

• C20 : 4 (Δ5,8,11,14) est l’acide toute-cis-eicosatétraénoïque (on écrit « toute » pour éviter la répétition de plus

de trois « cis » ou « trans »)

Dénomination usuelle :

Comme pour les AG saturés, c’est une dénomination répandue par l’usage mais qui n’est pas informative de

la structure de l’AG. Ex : l’acide cis-9-hexadécènoïque ou C16 : 1 (Δ9) est connu comme l’« acide palmitoléique » dans

la dénomination commune.

La dénomination ω :

Il existe une autre dénomination pour les AG insaturés qui n’utilise plus Δ mais ω. On ne compte plus la

position des insaturations à partir du groupe carboxyle mais à partir du groupement méthyle à l’autre extrémité de

la chaine.

C’est une classification plus fonctionnelle car elle permet d’établir un « lien de parenté » entre les PUFA (de

plus de 16 carbones).

Les PUFA :

La polyinsaturation des AG est basée essentiellement sur 5 faits :

• Chez les mammifères, la synthèse des PUFA de plus de 16 carbones se fait obligatoirement à partir du C18 :

2 (Δ9,12) ou du C18 : 3 (Δ9,12,15) contenus dans les huiles végétales de l’alimentation (AG indispensables,

notre organisme ne peut les synthétiser)

• Les PUFA obtenus à partir du C18 : 2 (Δ9,12) et ceux obtenus à partir C18 : 3 (Δ9,12,15) ne sont pas

interconvertibles (la synthétisation de l’acide arachidonique ne peut se faire que par élongation de l’acide

linoléique). Ainsi un PUFA ω3 ne pourra jamais avoir comme précurseur un PUFA ω6 et inversement.

• L’élongation des PUFA se fait par leur extrémité carboxyle terminale

• Les désaturases ne peuvent pas ajouter des insaturations au niveau de l’extrémité méthyle d’un PUFA

• Les insaturations sont toujours séparées par un groupe méthylène

Les désaturases créent des doubles liaisons (insaturations), les élongases ajoutent des groupements

acétate (= 2 carbones) pour allonger la chaine à partir de l’extrémité carboxyle.

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Ex : quelques PUFA de la série ω6

Le passage du delta à l’oméga permet de mettre en évidence le lien de parenté entre ces AG. « n- » et « ω »

sont « synonymes », ils désignent le fait de compter à partir de l’extrémité méthyle. On sait que les doubles liaisons

sont séparées par des groupes méthylènes donc dans C18 : 2 ω6, il y a une double liaison entre le 6e et le 7e carbone

avant la fin de la chaine puis on laisse passer un groupement méthylène et on place la deuxième double liaison entre

le 9e et le 10e carbone avant la fin de la chaine…

La classification ω est donc plus simple et totalement spécifique.

Ex : quelques PUFA de la série ω3

Erreur schéma : pour C20 : 4 (Δ8,11,14,17) ce n’est pas « n-6 » mais « n-3 » et « ω3 » !

L’élongase ajoute des carbones à partir du groupement carboxyle, donc rien ne change à l’autre extrémité et

oméga reste toujours pareil !

Les AG « naturels » :

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On les trouve dans les graisses et les huiles, et sont :

• À nombre pair d’atomes de carbone (car synthèse des AG à partir d’acétate (à 2C))

• À chaine linéaire

• D’une longueur entre 12 et 24 carbones (quelques exceptions)

• Configuration « cis » des doubles liaisons

• Si mono-insaturé : la double liaison se trouve généralement entre C-9 et C-10 (Δ9)

• Si poly-insaturé : Δ9,12 ou Δ9,12,15 (exception notable pour l’acide arachidonique : 5,8,11,14)

• Les insaturations ne sont presque jamais en alternance mais après deux carbones (groupe méthylène entre

deux insaturations)

Propriétés physiques des AG :

Solubilité dans l’eau : Elle dépend de deux paramètres : la longueur de la chaine et le degré d’insaturation.

Plus la chaine hydrocarbonée est longue et moins il y a des insaturations, plus la solubilité dans l’eau est faible.

L’influence du groupe fonctionnel polaire –COOH (chargé à pH physiologique) est plus forte dans les AG à chaine

courte. Mais plus la chaine sera longue moins cette polarité aura d’importance, et moins l’AG sera soluble dans l’eau.

Ex : C4:0 est soluble dans l’eau mais les AG sont complètement insolubles à partir de C10:0.

Point de fusion : C’est la température à partir de laquelle on passe de l’état solide à l’état liquide. En

fonction de leur état (solide ou liquide) à température ambiante (25°C), on définit les graisses (état solide) ou les

huiles (état liquide). Le point de fusion dépend des mêmes paramètres : la longueur de la chaine et le degré

d’insaturation. Le point de fusion est proportionnel à la longueur de la chaine et inversement proportionnel au

degré d’insaturation. Ex : à température ambiante, tous les AG saturés entre 12 et 24 carbones sont des graisses

mais les AG de même longueur de chaine avec des insaturations (mono ou polyinsaturés) sont des huiles. Plus il y a

d’insaturations, plus le point de fusion est bas → on obtient des huiles.

Explication du point de fusion : En l’absence d’insaturations, la configuration la plus stable de la chaine est

sous forme dépliée. Ce dépliement favorise le rapprochement des chaines d’AG entre elles par des liaisons de Van

der Waals. Cela forme une structure compacte, le point de fusion est donc relativement élevé. Alors que quand il y a

des insaturations, il y a formation de coudes sur les chaines d’AG, donc les AG ne peuvent pas se lier entre eux. L’état

désorganisé entraine un point de fusion plus bas.

Propriétés chimiques des AG :

1) Oxydation des doubles liaisons : elle peut se faire de deux façons :

• Non enzymatique (grâce à l’oxygène de l’air), provoquant un rancissement des graisses, c’est-à-dire la

formation de composés à chaines courtes, volatiles et responsables de l’odeur des graisses rances.

• Enzymatique, avec la formation des prostaglandines à partir de l’acide arachidonique (C20 :4), (cf. cours

molécules signal)

L’oxydation enzymatique est contrôlée, alors que l’oxydation non enzymatique est une réaction non contrôlée.

2) Formation sels sodium/potassium : ce sont des savons à propriétés moussantes, mouillantes

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et émulsionnantes. Dans l’eau, les savons (ce sont des sels) vont se dissocier en ions Na+ et R-COO-, formant ainsi

une molécule amphiphile capable de dissoudre les graisses. Il y a ainsi

formation de micelles qui emprisonnent la tache de gras dans leur cœur

hydrophobe composé des chaines aliphatiques des AG, et qui sont en

contact avec le milieu hydrophile extérieur grâce aux têtes polaires

carboxyles. Quand on a les mains grasses, passer juste de l’eau dessus ne

sert rien, mais mettre du savon permet d’emprisonner la graisse dans les micelles et de les évacuer.

3) Formation d’ester et de thioester : on peut former des ester avec le glycérol et le cholestérol, et

des thioesters avec le coenzyme A. (non traité ici, sera vu avec Mr Larcher)

Quantification des AG (= dosage) :

Il est très difficile de doser les AG individuels, car il est délicat de différencier spécifiquement deux AG qui ne

sont différents que par quelques carbones en plus ou en moins. On peut néanmoins utiliser la spectrophotométrie

de masse couplée à une méthode séparative (chromatographie en phase gazeuse ou liquide). Non traité ici, car très

complexe.

Autrement, on peut faire la somme des AG non-estérifiés ou « libres » (dans le plasma par exemple). Mais

comme ils sont très apolaires, ils ne peuvent être transportés tout seuls et sont donc liés à l’albumine pour le transport

dans le sang. Les variations de ces AG « libres » vont s’effectuer lors de :

• L’exercice physique (consommation musculaire)

• Le jeûne (production adipocytaire des AG qui vont se greffer sur l’albumine, donc augmentation des AG «

libres »)

• Le froid

• Le tabac

• Les maladies hépatiques et endocriniennes (ex : diabètes)

Quantification des AG « libres » (AGL) au laboratoire : Il ne faut pas apprendre cette quantification par cœur,

mais il faut connaitre le principe !!

On a un échantillon de sang d’un patient contenant de nombreux AG « libres », on le place dans la cuve d’un

spectrophotomètre avec de nombreux réactifs en excès (ACS, ACOD, POD, ATP, 4-AA, MEHA).

La peroxydase (POD), en présence d’eau oxygénée (H2O2) synthétisée grâce aux autres réactifs et aux AG, va

regrouper la 4-aminoantioyrine (4-AA) et la MEHA, ce qui va entrainer une coloration pourpre qui sera mesurable par

le spectrophotomètre. On mesure l’absorbance (maximal à 550 nm) de l’échantillon qui sera directement

proportionnelle à la concentration des AG « libres ».

Manipulation des AG par la cellule : Comment la cellule et l’organisme « manipulent » les AG ?

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Les AG sont apolaires alors que le cytoplasme et le plasma sanguin sont des matrices aqueuses. Il faut donc

les transporter dans des « structures » spéciales : les lipoprotéines, (cf. cours suivant) et les stocker dans des cellules

spécialisées : les adipocytes, sous une forme « efficiente » complètement apolaire : les triglycérides.

B) Les triglycérides

C’est un résidu glycérol auquel sont attachés 3 résidus AG par des liaisons ester. Le glycérol est composé

d’un carbone dit pro-chiral (et non asymétrique), lié à un groupement OH, deux groupements CH2OH et un atome

H. On parle de pro-chiralité, car il suffit de brancher deux « choses » différentes au bout des groupements CH2OH

pour que la molécule devienne chirale.

La formation d’une molécule de triglycérides,

par les groupements ester, entraine la libération de trois

molécules d’eau.

Généralement les trois AG qui se branchent au glycérol sont différents, on parle de triglycérides

hétérogènes (en oppositions aux triglycérides homogènes qui sont constitués de trois AG identiques).

Les triglycérides sont encore plus apolaires que les AG « libres » car la fonction carboxyle des AG et les

fonctions alcool du glycérol sont engagées dans des liaisons ester. Cette hydrophobie est très importante pour leur

fonction de stockage des AG. Ex : pour le stockage d’1g de polysaccharide, il faut 2g d’eau, donc ce n’est pas une

forme efficiente de stocker de l’énergie. Alors que le stockage des AG ne requiert pas d’eau sous forme triglycéride,

donc c’est un stockage pur, très concentré.

Les triglycérides peuvent s’hydrolyser et libérer des AG et du glycérol (ou des monoglycérides), via :

• Des lipases pancréatiques pour les triglycérides de l’alimentation, pour qu’on puisse les absorber

• Des lipases hormono-sensibles dans le tissu adipeux, qui face à des signaux hormonaux (ex : adrénaline ou

cortisol) vont libérer des AG pour nourrir le muscle ou le foie

Les triglycérides permettent donc de fournir des AG (source d’énergie) et jouent un rôle dans l’isolement

thermique.

Les adipocytes contiennent presque

exclusivement des triglycérides. Le transport

des triglycérides dans le sang et leur

quantification sont abordés dans le prochain

cours sur le cholestérol et les lipoprotéines.

III. Les lipides composant les membranes biologiques

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Ces lipides ne sont plus apolaires mais amphiphiles (=

amphipathiques), avec une partie polaire et une partie apolaire. Dans

une bicouche lipidique, on retrouve une tête polaire qui fait face au

milieu aqueux et une partie hydrophobe qui permet de maintenir et

d’imperméabiliser la membrane. Il faut donc beaucoup de force pour

pouvoir dissocier cette structure.

Dans les lipides membranaires, on retrouve :

A) Les phospholipides

Les glycérophospholipides (= GPL) :

Ce sont des dérivés de l’acide phosphatidique (PA). C’est une molécule de

glycérol sur lequel est branché 2 AG par des liaisons ester et un groupement

phosphate. Ils sont constitués de deux parties :

• Une partie hydrophobe : 2 acyles et un résidu glycérol

• Une partie hydrophile : tête polaire (phosphate + un résidu polaire)

Les résidus polaires sont des alcools comme la choline, l’éthanolamine, la sérine, l’inositol et le glycérol. On parlera

alors de phosphatidylcholine, phosphatidyléthanolamine, phosphatidylsérine, phosphatidylinositol et

phosphatidylglycérol.

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La liaison entre le groupe fonctionnel

phosphate et la fonction alcool de l’autre résidu

polaire (choline, éthanolamine, sérine, inositol

ou glycérol), se fait par une réaction

d’estérification. Généralement, le deuxième

AG lié sur le glycérol est insaturé.

Ces GPL peuvent être hydrolysés par

des enzymes : des phospholipases. Il existe 4 phospholipases spécifiques : A1, A2, C et D.

La A1 hydrolyse la liaison ester entre le premier AG et un carbone du glycérol.

La A2 hydrolyse la liaison ester entre le second AG et le carbone central du

glycérol.

La C hydrolyse la liaison entre la tête polaire et le diglycéride.

La D hydrolyse la liaison entre l’acide phosphatidique et l’alcool.

Fonctions des GPL : composants majeurs des membranes biologiques et médiateurs de la signalisation

cellulaire (cf. cours signalisation).

Les sphingolipides (type sphingomyéline) :

Ce sont des dérivés du céramide, lui-même constitué d’une sphingosine N-acylée (en rose). L’AG (en jaune)

est lié à la sphingosine par le groupement amine de

celle-ci. On parle de céramide quand cette structure

est seulement lié à un atome d’hydrogène.

Le céramide à un rôle :

• Structurel : c’est le constituant principal d’une des couches de l’épiderme,

• De signalisation cellulaire : intervient dans la prolifération, la différenciation cellulaire et la mort cellulaire

programmée (apoptose).

Quand on rajoute à ce céramide, une phosphocholine ou une phosphoéthanolamine, il y a formation de

sphingomyéline. Sphingosine + AG + phosphocholine/phosphoéthanolamine = sphingomyéline

C’est un sphingolipide des membranes plasmiques, spécialement dans la gaine de myéline qui entoure et isole

(électriquement) les axones des neurones. La sphingomyéline est donc très importante dans le SNC et le SNP.

B) Les glycolipides

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Les sphingolipides :

• Les glycosphingolipides : ils ne contiennent pas de phosphate, donc ils ne sont pas polaires et ne sont pas

chargés à pH=7. On parlera de glycolipides neutres. On va trouver dans ce groupe :

Les cérébrosides, où un seul sucre est lié au résidu céramide (comme le D-galactose dans les tissus

nerveux ou le D-glucose dans les autres tissus)

Les globosides, où au moins deux sucres sont liés au résidu céramide (comme le D-glucose, le D-

galactose ou le N-acétyl-D-galactosamine)

Ils ont des fonctions multiples : antigènes, médiateurs de l’adhésion cellulaire, seconds messagers…

• Les gangliosides : ce sont les sphingolipides les plus complexes. On retrouve une tête polaire reliée au

résidu céramide, qui est composée d’un oligosaccharide et un (ou plusieurs) résidus d’acide N-

acétylneuraminique ou acide sialique. Ils sont chargés négativement à pH physiologique. Ex : ganglioside

GM1.

Fonctions des gangliosides : ils interviennent dans la communication et la reconnaissance inter- cellulaire grâce

aux motifs oligosaccharides liés au résidu céramide. En pathologie, les gangliosides sont dégradés dans le lysosome.

Plusieurs maladies assez rares comme les gangliosidoses, sont dues à l’accumulation lysosomale de gangliosides

(mutation de gènes codants pour les enzymes dégradant les gangliosides). Ex : maladie de Tay-Sach et maladie de

Gaucher.

Les galactolipides (= sulfolipides) : On les retrouve chez les plantes, donc on ne les verra pas.

Le cholestérol sera abordé dans un autre cours.

IV. Lipodomique

A) Définition

C’est l’étude (identification et quantification souvent relative) de l’ensemble des lipides (ou lipidome)

contenus dans un échantillon biologique ainsi que de la réponse du lipidome aux différents facteurs

environnementaux ou génétiques (ex : maladie, régime alimentaire…).

C’est un travail énorme demandant des multiples compétences : chimie, biochimie, biologie cellulaire, bio-

informatique, statistiques… On estime à 200 000 le nombre d’espèces lipidiques ! Aujourd’hui aucune méthode

analytique n’est capable de détecter et quantifier tous les lipides des matrices biologiques complexes (plasma,

différents tissus : cœur, foie, cerveau…).

B) Objectifs, méthodes d’analyse

Il y a 2 objectifs fondamentaux dans la lipidomique :

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• Découvrir des biomarqueurs lipidiques (molécules lipidiques qui vont par exemple pouvoir différencier un

sujet malade et un sujet sain)

• Comprendre les modifications du lipidome associées aux différentes maladies (cancer, diabètes,

Alzheimer…), et in fine proposer des médicaments

Il y a 2 méthodes analytiques fondamentales :

• Spectrophotométrie de masse (MS) : avantage = méthode très sensible donc peu de concentration

nécessaire, inconvénient = méthode très chère et échantillon unique.

• Résonance magnétique nucléaire (RMN) : avantage = rapide, inconvénient = peu sensible donc

grande concentration nécessaire et échantillon récupérable.

C) Organisation de l’analyse

1) La question biologique est définie. Ex : « le lipidome plasmatique est-il modifié dans la maladie d’Alzheimer ? »

2) On récupère des échantillons de sang des témoins (personnes sans la maladie d’Alzheimer) et des cas (patients

avec la maladie d’Alzheimer). On peut dire par exemple qu’on étudie 10 000 personnes, en faisant une cohorte

prospective dans le temps, et on regarde sur les dix années suivantes, ceux développent la maladie et ceux qui ne la

développent pas. On pourra alors éventuellement trouver des biomarqueurs prédictifs de la maladie d’Alzheimer.

3) On extrait les lipides présents dans les échantillons de plasma (par exemple avec du chloroforme, car lipide

soluble dans les solvants organiques).

4) On analyse ces extraits dans le MS ou la RMN.

5) Les profils obtenus sont analysés par des méthodes bio-informatiques qui permettent d’identifier et de faire

une quantification (relative) des différents lipides contenus dans ces échantillons.

6) Les concentrations (relatives) des lipides entre les patients Alzheimer et les témoins sont comparées (par des

méthodes statistiques multivariées) : les lipides discriminants sont des potentiels biomarqueurs de la maladie

d’Alzheimer et peuvent aussi aider à avancer sur la physiopathologie de cette maladie.

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1

L’étude présentée est une étude chinoise comparative. Ils ont

étudié le plasma des patients atteints de la maladie d’Alzheimer, et celui des

« cas sains ». Ils ont trouvé une signature lipidomique dans le plasma des

malades. Le schéma montre des ordonnées négatives qui indiquent une

baisse de lipides (sphingomyéline) par rapport aux patients sains et des

ordonnées positives qui indiquent une hausse de lipides (céramide) par

rapport aux patients sains.

Ils ont ensuite proposé une hypothèse biologique permettant d’expliquer certaines anomalies de la maladie

d’Alzheimer. Il y a peut-être un problème dans la sphingomyélinase (enzyme qui dégrade les sphingomyélines), qui

est mutée, entrainant une hausse de la concentration de céramides et une baisse de la concentration de

sphingomyélines, qui induit une destruction des « lipid rafts » (au niveau de la membrane plasmatique, région avec

une certaine composition lipidique, qui ont un rôle très important dans la signalisation cellulaire), et donc une

défiance dans le transporteur du glucose Glut4 (présent sur les membranes). Cela expliquerait que l’on retrouve chez

les malades Alzheimer une hyperglycémie (le glucose ne peut plus rentrer dans les cellules). En thérapeutique, on

pourrait donner des inhibiteurs de la sphingomyélinase, pour rétablir l’équilibre entre céramide et sphingomyéline.

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 3 : Les lipides

➢ Un lipide est une molécule complexe amphiphile qui possèdent à une de ses extrémités un CH3 (apolaire) , et à l’autre un radical carboxyle (polaire), reliés entre eux par des groupements méthylènes.

➢ Il faut bien connaître les différentes dénominations des acides gras que cela soit l’usuelle, la systématique ou la simplifiée. Les 4 AG cités sont à connaître absolument sous toutes leurs dénominations.

➢ Il faut savoir les propriétés des acides gras et notamment que leur point de fusion et leur insolubilité dans l’eau dépend de la longueur des chaines (de façon proportionnelle) et de leur insaturations (de façon inversement proportionnelle).

➢ Il faut aussi bien différencier ce qu’est un phospholipide (et les différents types de phospholipides) et les glycolipides (et les différents types de glycolipides).

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Notes

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Entrainements Cours 1 : Les Acides Aminés

Exercice 1 :

Complétez le texte avec les mots correspondant.

Les AA sont des molécules …………… possédant un groupement ……………. et une fonction ……….. .

Mais attention, tous les AA possèdent cette fonction …………. sauf la ………… .

À pH physiologique, la fonction carboxyle est sous forme …………, c’est-à-dire porteur d’une charge ……… .

Exercice 2 :

Donnez les définitions des termes suivants.

Acide :

Base :

Amphotères :

Centre chiral :

AA essentiel :

AA conditionnellement essentiel :

AA non essentiel :

Exercice 3 :

Parmi les AA suivants, lequel/lesquels sont des AA aliphatiques ?

Alanine

Sérine

Cystéine

Isoleucine

Tryptophane

Proline

Lysine

Histidine

Aspartate

Méthionine

Thréonine

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Exercice 4 :

Calculez la charge nette à pH = 1 et pH = 7, du tripeptide suivant : NH2-His-Val-Glu-COOH.

Données :

His (pKn = 9,2 / pKc = 1,8 / pKr = 6,0) Val (pKn = 9,6 / pKc = 2,3) Glu (pKn = 9,7 / pKc = 2,2 / pKr = 4,2)

Exercice 5 :

QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Les acides aminés sont des espèces amphotères, c’est-à-dire qu’ils sont solubles dans l’eau. B) Les acides aminés possèdent par définition, à la fois une fonction carbonyle acide et une fonction amine basique C) La valine fait partie des acides aminés branchés tout comme la leucine et l’isoleucine D) Tous les acides aminés possèdent un carbone asymétrique E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 2 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, CONCERNANT LES STRUCTURES DES ACIDES AMINES

LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) La valine possède comme chaine latérale R :

B) L’histidine possède comme chaine latérale R :

C) L’arginine possède comme chaine latérale R :

D) L’alanine possède comme chaine latérale R :

E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 3 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) L’arginine, tout comme l’isoleucine, fait partie des acides aminés chargé positivement B) La sérotonine et la citrulline sont tout 2 des acides aminés protéinogènes non standard C) On compte un total de 20 acides aminés protéinogènes et 2 acides aminés non protéinogènes D) La glycine, l’alanine, la méthionine, l’histidine et la leucine, sont tous des acides aminés apolaires E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

Cours 2 : Les Glucides

Cours 2 : Les Glucides

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Exercice 1 :

Exercice 2 :

Complétez le texte avec les mots correspondant.

D-GLUCOSE

D-MANNOSE

D-GALACTOSE

GLYCERALDEHYDE

DIHYDROXYACETONE

D-FRUCTOSE

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Les glucides, aussi appelés … ou … sont des composés organiques qui possède une fonction ………… et un moins deux

groupements ……… . Les glucides ont un rôle ……………., ……………. et de …………………. On classe les glucides en 3

familles : les ………………….., qui sont des oses simples ; les ………………, qui sont des molécules formées par un

enchainement de 2 à 20 oses ; ainsi que les ………………., molécules formées par un enchainement de plus de 20 oses.

Exercice 3 :

VRAI/FAUX

A) La chiralité n’a aucune importance pour les glucides

B) Un épimère est un ose qui diffère dans la configuration d’un seul carbone asymétrique

C) La plupart des oses naturels appartiennent à la série D

D) La fonction alcool est notée 2 et la fonction hydrogènes est notée 1

E) Pour les anomères alpha, le groupement OH est vers le haut

Exercice 4 :

Donnez la composition des 3 disaccharides à connaitre, dire lequel/lesquelles sont réducteurs et donnez le

type de liaisons qu’ils émettent.

Maltose :

Lactose :

Saccharose :

QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Les sucres, autrement appelés les hydrates de carbones, ont pour formule générale (COH2)n B) Les glucides peuvent être soit des aldéhydes (exemple du fructose) ou bien des cétones (exemple du glucose) C) Les carbohydrates sont plus stables sous leur forme cyclique D) Le saccharose réalise une liaison entre une molécule de glucose et une molécule de galactose E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 2 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Le fructose a pour formule développé :

B) Le lactose, qui est un sucre réducteur, réalise une liaison du type Gal β(1→4) Glc C) Le maltose est formé de deux molécules de glucose D) On peut facilement identifier la glycémie, en dosant la quantité de NADH, suite à l’action de l’hexokinase sur le

glucose E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 3– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

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A) L’oxydation du glucose au niveau de sa fonction cétone donne du gluconate B) L’amidon (un polymère végétal) est constitué d’un assemblage d’amylose et d’amylopectine C) L’amidon, tout comme le glycogène, sont des hétéropolysaccharides puisqu’ils sont constitués d’amylose et

d’amylopectine D) Le glycogène est plus ramifié que l’amidon E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

Cours 3 : Les Lipides

QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Les lipides simples jouent majoritairement un rôle dans la signalisation cellulaire B) On peut retrouver de l’azote au sein d’un lipide complexe C) La longue chaîne carbonée retrouvée au sein des AG est ce qui confère leurs propriétés hydrophobes D) Les AG possèdent un groupement carboxyle aux 2 extrémités de la molécule E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 2 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Les AG insaturés à chaine longue font entre 14 et 20 carbones B) Les AG insaturés à chaine moyenne font entre 14 et 20 carbones C) « Acide eicosanoïque » est un exemple pour nommer un AG saturé sous sa dénomination usuelle. D) C16 :1 est l’acide hexadécanoïque E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 3 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Les lipides sont solubles dans le chloroforme

B) C18.1 (Δ9t) représente un AG insaturé de 18 carbones avec une seule instauration de configuration « trans »

entre le 8ème et le 9ème carbone

C) C18 : 1 (Δ9) représente l’acide cis-9-octadécènoïque

D) Les AG insaturés n’ont pas de dénomination usuelle E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 4 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) La dénomination ω de l’AG C16 :1 (Δ10 ) est ω6

B) Chez les mammifères, la synthèse des PUFA de plus de 16 carbones se fait obligatoirement à partir de 2 AG saturés spécifiques

C) Chez un PUFA, une désaturase peut ajouter une instauration au niveau méthyle D) Un méthylène sépare toujours une insaturation E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 5 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) C20 : 4 (Δ8,11,14,17) est un PUFA de la série ω6

B) C18 : 3 (Δ9,12,15) est l’acide α-linolénique, il est retrouvé dans les huiles végétales. De plus, il fait partie de la série

ω3 C) Les AG naturels sont principalement sous configuration « cis » D) Plus il y a d’insaturations, plus les AG sont solubles dans l’eau E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 6 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Plus il y a d’insaturations au sein d’un AG, plus son point de fusion sera bas

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B) A température ambiante, un AG saturé de 18 carbones sera retrouvé sous forme d’huile alors qu’un AG insaturé (3 insaturations) de 18 carbones sera retrouvé sous forme de graisse

C) L’oxydation enzymatique des AG abouti à la formation de prostaglandines D) L’oxydation non enzymatique des AG abouti à la formation de graisses rances E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 7 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Il est assez simple de doser les AG individuels B) Il est facile pour l’organisme de transporter nos AG via notre circulation sanguine C) Les AG libres sont dits estérifiés D) Les AG sont transportés sous forme de triglycérides par les adipocytes E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 8 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Un triglycéride est un résidu glycérol auquel est attaché 3 résidus d’AG via des liaisons éther B) Les triglycérides sont encore moins solubles que les AG libres C) Les triglycérides permettent de fournir de l’énergie (indirectement) D) Les lipides ne sont pas apolaires E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 9 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Il existe 3 grandes classes de lipides membranaires B) Les sphingolipides font parti des glycolipides C) Les lipides peuvent être utilisés pour identifier un individu malade d’un individu sain D) Analyser des lipides via la résonance magnétique nucléaire sera plus lent que par spectrophotométrie de masse E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

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Corrections Cours 1 : Les Acides Aminés

Exercice 1 :

Complétez le texte avec les mots correspondant.

Les AA sont des molécules amphotères possédant un groupement carboxyle acide et une fonction amine primaire.

Mais attention, tous les AA possèdent cette fonction amine primaire sauf la proline.

À pH physiologique, la fonction carboxyle est sous forme déprotonnée, c’est-à-dire porteur d’une charge négative.

Exercice 2 :

Donnez les définitions des termes suivants.

Acide : composé, ion ou molécule susceptible de libérer un proton H+.

Base : composé, ion ou molécule susceptible de capter un proton H+

Amphotères : molécule qui présente à la fois une fonction acide et une fonction basique

Centre chiral : c’est un carbone asymétrique, c’est-à-dire un carbone portant 4 groupements différents.

AA essentiel : AA apportés uniquement par l’alimentation

AA conditionnellement essentiel : AA synthétisé par l’organisme mais de manière insuffisante.

AA non essentiel : AA synthétisé par l’organisme en quantité suffisante.

Exercice 3 :

Parmi les AA suivants, lequel/lesquels sont des AA aliphatiques ?

Parmi la liste proposée, uniquement 4 étaient aliphatiques : l’alanine, la proline, l’isoleucine et la méthionine.

Exercice 4 :

Calculez la charge nette à pH = 1 et pH = 7, du tripeptide suivant : NH2-His-Val-Glu-COOH.

Données :

His (pKc = 1,8 / pKn = 9,2 / pKr = 6,0)

Val (pKc = 2,3 / pKn = 9,6)

Glu (pKc = 2,2 / pKn = 9,7 / pKr = 4,2)

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Etape 1 : Représenter le peptide pour savoir quelles fonctions entrent en jeu dans le calcul de charge.

NH2-His-Val-Glu-COOH

I I

NH2 COOH

C’est un peptide donc certains groupements NH2 et COOH sont engagés dans la liaison peptidique et perdent donc la

capacité à se protoner. C’est le cas du COOH lié au carbone alpha de l’histidine et de la valine et du NH2 lié au carbone

alpha de la valine et du glutamate. De plus, la valine n’étant pas chargée, on ne la prend pas en compte dans le calcul des

charges.

Au final seulement quatre valeurs de pK vont nous intéresser :

Etape 2 : Il est important de savoir comment prédire si une fonction est ionique ou non selon le pH, et ce en connaissant

les inégalités suivantes :

➢ NH2 ionisé positivement si pH < pkn

➢ COOH ionisé négativement si pH > pkc

➢ NH2 ionisé positivement si pH < pkr

➢ COOH ionisé négativement si pH > pkr

Toutes ces inégalités découlent du cours et des trois grands exemples sur l’ionisation des AA suivant les pH.

Etape 3 : Calculer la charge nette aux différents pH avec ces inégalités.

A pH = 1 :

Le NH2 lié au carbone alpha de l’histidine ainsi que le NH2 de la chaine latérale de l’histidine sont ionisés (sous la forme

NH3+), le COO- lié au carbone alpha du glutamate ainsi que celui de la chaine latérale du glutamate sont protonés (sous la

forme COOH). Donc : + 1 + 1 = 2

La charge du tétrapeptide à pH=1 est +2.

A pH = 7 :

Le NH2 lié au carbone alpha de l’histidine est ionisé (sous la forme NH3+), le NH2 de la chaine latérale de l’histidine n’est

pas ionisé, le COO- lié au carbone alpha du glutamate ainsi que celui de la chaine latérale du glutamate sont ionisés (sous

la forme COO-). Donc : + 1 – 1 – 1 = -1

La charge du tétrapeptide à pH=7 est -1.

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Exercice 5:

QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : Amphotère ne signifie pas soluble dans l’eau. Une espèce amphotère n’est pas forcement soluble dans l’eau

B) FAUX ! Tout est vrai, sauf que c’est une fonction carboXyle et non carboNyle C) VRAI : La valine fait partie des acides aminés branchés tout comme la leucine et l’isoleucine D) FAUX : La glycine est l’exception E) FAUX

QCM 2 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, CONCERNANT LES STRUCTURES DES ACIDES AMINES

LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : La valine possède comme chaine latérale R : B) FAUX ! C’est la chaine latérale de l’arginine :

C) FAUX ! C’est la chaine latérale de l’histidine :

D) VRAI : L’alanine possède comme chaine latérale R :

E) FAUX

QCM 3 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : L’arginine fais partie des acides aminés positifs mais pas l’isoleucine qui est apolaire B) FAUX : La sérotonine oui mais la citrulline est non protéinogène C) FAUX : On compte un total de 22 acides aminés protéinogènes (et non 20) + 2 acides aminés non protéinogènes D) FAUX : L’histidine n’en fait pas partie E) VRAI

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Cours 2 : Les Glucides

Exercice 1 :

D-GLUCOSE

D-MANNOSE

D-GALACTOSE

GLYCERALDEHYDE

DIHYDROXYACETONE

D-FRUCTOSE

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Exercice 2 :

Complétez le texte avec les mots correspondant.

Les glucides, aussi appelés sucres ou hydrates de carbone sont des composés organiques qui possède une fonction

carbonyle et un moins deux groupements alcools.

Les glucides ont un rôle énergétique, structurels et de signalisation cellulaire.

On classe les glucides en 3 familles : les monosaccharides, qui sont des oses simples ; les oligosaccharides, qui sont des

molécules formées par un enchainement de 2 à 20 oses ; ainsi que les polysaccharides, molécules formées par un

enchainement de plus de 20 oses.

Exercice 3 :

VRAI/FAUX

A) FAUX, la chiralité est extrêmement importante, particulièrement pour les glucides. En effet, certaines enzymes ne

vont reconnaitre qu’un seul des deux énantiomères et n’agiront pas sur l’autre.

B) VRAI

C) VRAI

D) VRAI

E) FAUX, il est vers le bas.

Exercice 4 :

Donnez la composition des 3 disaccharides à connaitre, dire lequel/lesquelles sont réducteurs et donnez le

type de liaisons qu’ils émettent.

Maltose : glucose + glucose, sucre réducteur, liaisons en Glc alpha(1→4) Glc

Lactose : galactose + glucose, sucre réducteur, liaison Gal béta(1→4) Glc

Saccharose : glucose + fructose, sucre NON réducteur, liaison Glc alpha(1→2)béta Fru

QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : Les sucres, autrement appelés les hydrates de carbones, ont pour formule générale (CH2O)n B) FAUX : C’est l’inverse ➔ Les glucides peuvent être soit des aldéhydes (exemple du glucose) ou bien des cétones

(exemple du fructose). On parle alors d’aldose et de cétose C) VRAI : Les carbohydrates sont plus stables sous leur forme cyclique D) FAUX ! C’est à savoir, le saccharose c’est une molécule de fructose et de glucose E) FAUX

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QCM 2 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : C’est la formule du galactose ! Et en plus ce ne peut pas être le fructose car c’est une cétone et ici c’est un aldéhyde

B) VRAI : Le lactose qui est un sucre réducteur réalise une liaison du type Gal β(1→4) Glc C) VRAI : Le maltose est formé de deux molécule de glucose D) VRAI : Grâce à un glycomètre on peut facilement identifier la glycémie, en dosant la quantité de NADH, suite à

l’action de l’hexokinase sur le glucose E) FAUX

QCM 3– PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX ! C’est l’oxydation du glucose au niveau de sa fonction ALDEHYDE qui donne du gluconate B) VRAI : L’amidon (un polymère végétal) est constitué d’un assemblage d’amylose et d’amylopectine C) FAUX : Tous deux sont des homopolysaccharides car l’amylose et l’amylopectine sont des assemblages de

molécules de glucose D) VRAI : Le glycogène est plus ramifié que l’amidon E) FAUX

Cours 3 : Les Lipides

QCM 1 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : ce sont majoritairement les lipides complexes qui sont impliqués dans la signalisation cellulaire. Les lipides simples quant à eux peuvent jouent un rôle clé dans le stockage énergétique

B) VRAI : de même que du C,H, O, S et P C) VRAI D) FAUX : qu’à une seule extrémité, c’est ce qui confère une forme très minoritaire de polarité aux AG E) FAUX

QCM 2 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : ce sont les AG saturés à chaine longue qui font entre 14 et 20 carbones B) FAUX : on parle d’AG saturés lorsqu’on souhaite les classer selon la longueur de leur chaine, de plus les AG

saturés à chaine moyenne font entre 8 et 12 carbones C) FAUX : Acide eicosanoïque est la dénomination systématique de l’acide arachidique (dénomination usuelle) D) FAUX : C16:0 est l’acide hexadécanoïque, « 0 » car il y a aucune insaturation E) VRAI

QCM 3 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : ils sont solubles dans les solvants organiques tels que le chloroforme ou le benzène B) FAUX : tout est vrai mais l’insaturation se trouve entre le 9ème et le 10ème carbone C) VRAI D) FAUX : ils en ont une, tout comme les AG saturés, néanmoins cette dénomination ne renseigne pas sur la

structure de l’AG en question E) FAUX

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QCM 4 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : on part du groupement méthyle à l’autre extrémité de la chaine et on trouve bien ω6 (16-10=6)

B) VRAI : il s’agit C18 : 2 (Δ9,12) et du C18 : 3 (Δ9,12,15)

C) FAUX : elle ne pourra jamais, seulement au niveau carboxyle (COOH) D) VRAI : un CH2 sépare toujours une insaturation E) FAUX

QCM 5 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : ω3 car 20-17=3

B) VRAI : L’acide linoléique (C18 : 2 (Δ9,12)) lui est retrouvé dans les noix de pécan et les graines (aussi huiles) de

tournesol C) VRAI D) VRAI : et plus la chaine carbonée est courte plus les AG sont solubles dans l’eau

E) FAUX

QCM 6 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) FAUX : c’est l’inverse : plus il y a d’insaturations moins l’AG est organisé (formation de coudes sur la chaine),

donc moins de cohésion donc point de fusion abaissé par rapport à son homologue (même longueur de chaine carbonée) saturé qui lui à une bonne cohésion est sera donc retrouvé sous forme de graisse (solide) à température ambiante

C) VRAI D) VRAI : graisses rances à chaines courtes et volatiles E) FAUX

QCM 7 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : c’est difficile car il est délicat de différencier spécifiquement deux AG qui ne sont différents que par quelques carbones en plus ou en moins

B) FAUX : car les AG sont hydrophobes et donc ne peuvent être transportés seuls dans notre circulation sanguine, de ce fait ils se lient à des transporteurs (ex : l’albumine)

C) FAUX : ils sont dits non-estérifiés D) FAUX : ils sont bien transportés sous forme de triglycérides mais par les lipoprotéines, les adipocytes eux sont le

lieu de stockage E) VRAI

QCM 8 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : liaison ester B) VRAI : car la fonction carboxyle des AG et les fonctions alcool du glycérol sont engagées dans des liaisons ester.

Cette hydrophobie est très importante pour leur fonction de stockage des AG C) VRAI : via la libération d’AG D) VRAI : ils sont amphiphiles (avec une partie polaire et une autre apolaire) E) FAUX

QCM 9 – PARMI LES PROPOSITIONS CI-DESSOUS, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : les phospholipides, les glycolipides et le cholestérol B) VRAI C) VRAI : via des biomarqueurs lipidiques D) FAUX : la RMN sera plus rapide E) FAUX

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CHAPITRE N°4 : CHOLESTEROL ET LIPOPROTEINES

I. Le cholestérol

C’est le plus abondant des stérols (lipides structuraux présents dans

les membranes de la plupart des cellules eucaryotes y compris chez les plantes,

mêmes si chez elles, ce sont les stérols végétaux qui dominent).

Le cholestérol possède 27 atomes de carbone. Il est composé d’un

noyau stérane, d’une double liaison entre C5 et C6 et d’une fonction alcool en

C3.

A) Etapes de formation du cholestérol

Le noyau stérane est composé de 4 cycles (A,B,C et D), 3

Ccycles avec 6 cotés et le dernier avec 5.

S’ajoute à ce noyau un alkyle en C17 ainsi que 4 méthyles qui

Cforment ensemble le noyau stéroïde.

Le noyau stéroïde perd ses méthyles en position 28, 29 et 30

Cpour devenir le cholestane.

Le cholestane va ensuite acquérir une insaturation (double

liaison carbone) en C5-C6, et une fonction alcool en C3 (position Béta) pour devenir le cholestérol.

B) Propriétés physicochimiques et biologiques

• Amphiphilie (ou amphipathique) : une grande région apolaire (noyau stéroïde) et une région polaire

modeste (groupe fonctionnel alcool -OH). Ce caractère permet au cholestérol d’éviter de former des micelles

comme peuvent le faire les phospholipides (savon)

• Structure rigide (grâce aux cycles) avec un point de fusion élevé → solide à 37 °C

• Formation des esters en C3 (grâce à la fonction alcool), très utiles pour le stockage et le transport, on rend

donc la molécule complètement apolaire : avec des acides gras (esters de cholestérols ou stérides, très

apolaire) ou l’acide sulfurique (sulfate de cholestérol)

• Participe à la constitution des membranes (où il diminue la fluidité et la perméabilité passive) et forme des

lipoprotéines (soit au niveau de l’enveloppe des lipoprotéines mais surtout avec des esters de cholestérol au

niveau du cœur de ces lipoprotéines).

• Production de ses dérivés : les acides ou sels biliaires, les hormones stéroïdiennes (ou hormones stéroïdes) et

la vitamine D, indispensables au bon fonctionnement de l’organisme.

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C) Origine du cholestérol

Les besoins et apports en cholestérol de l’organisme sont de l’ordre de 1,2 – 1,5 g/jour. Il provient de deux

sources :

• Synthèse endogène au niveau hépatique (même s’il peut être synthétisé par toutes les cellules nucléées mais

ne le font pas car demande beaucoup d’énergie) et recyclage du cholestérol biliaire : suffisante pour couvrir

presque la totalité des besoins journaliers

• Exogène : Apport alimentaire sous forme de stère de cholestérol : varie de 0,5 à 2 g/jour.

Efficacité d’absorption limitée à 50 % (95% pour les autres lipides). Une estérase pancréatique libère l’acide gras

estérifié en cholestérol qui peut ainsi être capté par l’entérocyte qui le réestérifie à nouveau avant son transport dans

les chylomicrons.

D) Métabolisme du cholestérol

Le métabolisme du cholestérol se déroule dans tous les tissus. Toutes les cellules nucléées ont des récepteurs

(LDLr) qui leur permettent de capter les lipoprotéines riches en cholestérol : les LDL et IDL.

L’élimination se fait par voie intestinale sous forme de sels biliaires ou directement. Cependant, c’est une voie

d’élimination du cholestérol peu efficace car la réabsorption des sels biliaires est importante, il y a donc très peu de

cholestérol éliminé sous forme de sels biliaires.

La dynamique du métabolisme du cholestérol, à l’échelle de l’organisme entier, peut être divisée en trois

compartiments : un compartiment hépatique, un compartiment intestinal et un compartiment périphérique.

Au niveau du foie : on a une synthèse endogène du cholestérol, avec une récupération du cholestérol

provenant de l’intestin et des tissus périphériques (qui va se faire grâce aux lipoprotéines HDL) et une élimination du

cholestérol dans la bile.

Au niveau de l’intestin : on a une absorption du cholestérol alimentaire et une réabsorption du cholestérol

biliaire qui a été éliminé dans la bile grâce au foie, réabsorbé dans les intestins puis envoyé à nouveau dans le foie qui

va à nouveau l’éliminer dans la bile (=cycle entéro-hépatique).

Au niveau des tissus périphériques : on a une récupération du cholestérol des lipoprotéines (IDL, et LDL)

et une synthèse des hormones stéroïdes (gonade ou glande surrénale). Les tissus renvoient vers le foie le cholestérol

en excès (via les HDL - lipoprotéine à haute densité).

➢ Important : La synthèse de cholestérol est très endergonique, l’organisme va donc le recycler, le réutiliser

au maximum pour limiter les dépenses énergétiques.

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Les voies métaboliques du cholestérol sont :

1) Sa synthèse à partir de l’acétyl-CoA

2) Les réactions de estérification et hydrolyse des esters (transport et stockage)

3) Sa transformation en sels biliaires pour faciliter l’absorption des lipides

4) La synthèse des hormones stéroıdes

La synthèse endogène du cholestérol en 4 étapes :

1) Synthèse du mévalonate (6 carbones) à partir de 3

acétyl-CoA, grâce à la HMG-CoA réductase. Cette

étape est la plus importante car elle permet la

régulation de la synthèse.

2) Transformation du mévalonate en isoprène actif

(isopentényl pyrophosphate, à 5 carbones)

3) Polymérisation de 6 isoprènes actifs pour former le

squalène (30 carbones)

4) Cyclisation du squalène puis clivage de 3 atomes

(cholestérol, 27 carbones)

La synthèse du cholestérol se déroule dans le cytoplasme et dans le réticulum endoplasmique lisse (le

rugueux c’est un RE lisse + ribosome qui sert à la synthèse protéique, ici pas besoin de ribosome donc synthèse dans

le RE lisse) et est finement régulée, par une régulation à court et long terme.

C’est une synthèse très compliquée et qui doit donc être finement régulée pour n’avoir que le taux de

cholestérol souhaité.

➢ Remarque : L’HMG-Co-A réductase est l’enzyme principale de la synthèse du cholestérol, la régulation de la

synthèse de cholestérol passe donc dans le contrôle de l’activité de celle-ci.

La régulation de la synthèse :

Régulation à court terme au niveau du foie, via 2 mécanismes :

• Allostérique : le mévalonate (produit direct) et le cholestérol (produit final) inhibent la HMG-CoA réductase

(les produits de la réaction sont eux-mêmes inhibiteurs de l’enzyme = rétrocontrôle négatif).

• Modification covalente (par phosphorylation) : Le

glucagon active une kinase qui phosphoryle l’HMG-CoA

réductase qui est ainsi inhibée. L’insuline active une

phosphatase qui déphosphoryle l’HMG-CoA réductase

qui devient donc active. (Voir schéma)

Régulation à long terme dans le noyau, au niveau des gènes : elle prend du temps mais a une régulation plus

fine.

Ne pas connaître ce schéma mais juste les principes généraux (la première étape !)

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Si on augmente la concentration des récepteurs LDL on va augmenter le nombre de LDL capturé et donc le

nombre de molécule de cholestérol de la cellule. L’augmentation de la HMG-CoA Réductase permet la

transformation de l’Acétyl-CoA en Mévalonate, donc active la synthèse de cholestérol. L’ACAT permet d’estérifier le

cholestérol pour le stocker dans des gouttelettes lipidiques.

S’il y a une diminution du cholestérol, la protéine SCAP va pouvoir en sortant du RE migrer avec SREBP vers

le Golgi, pour ensuite activer le clivage de SREBP par des protéases. Le fragment de SREBP clivé va migrer vers le

noyau et entrainer l’augmentation de la transcription pour la synthèse de LDLr et de HMG-CoA réductase. Il y aura

en parallèle, une diminution de l’activité de ACAT donc moins de cholestérol estérifié et stocké et plus de cholestérol

libre.

Au contraire s’il y a une augmentation du cholestérol alors celui-ci va se lier à la protéine SCAP empêchant la

migration de SCAP-SREBP vers le Golgi et inhibant donc la transcription de LDLr et de HMG-CoA Réductase. En

parallèle de l’augmentation de l’activité ACAT qui forme des esters de cholestérol pour les stocker et ainsi diminuer

le taux de cholestérol libre.

Le complexe SCAP-SREBP se lie donc au cholestérol en fonction de sa concentration : s’il y a beaucoup de

cholestérol, celui-ci se lie à SCAP ce qui empêche la migration de SCAP et donc la formation du complexe SCAP-

SREBP. S’il y a peu de cholestérol l’équilibre se déplace vers la forme SCAP non lié au cholestérol, SCAP peut alors

migrer vers SREBP et il y a formation du complexe SCAP-SREBP activant la synthèse du cholestérol et

l’augmentation de sa concentration intracellulaire.

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Les esters de cholestérol :

La réaction d’estérification du cholestérol se fait grâce à une liaison ester,

entre un acide gras et la fonction alcool en C3 du cholestérol. L’estérification rend le

cholestérol complètement hydrophobe (qui était auparavant un peu amphiphile à

cause de la fonction alcool en C3). Cela permet le stockage (sous forme de gouttelettes

lipidiques) et le transport (dans les lipoprotéines) du cholestérol. Situation analogue

pour les AG = les triglycérides sont la forme complètement apolaire de transport et stockage des AG.

Ces réactions d’estérification sont assurées par deux enzymes :

• L’acyl-CoA-cholestérol acyltransférase (ACAT).

o C’est une enzyme intracellulaire qui utilise l’acyl-CoA comme donneur d’acyle

• La lécithine-cholestérol acyl transférase (LCAT)

o C’est une enzyme trouvée au niveau sanguin,

associée aux lipoprotéines, son donneur d’acyle

est la phosphatidylcholine.

La réaction d’hydrolyse des esters de cholestérol via les

cholestérol estérases, libère du cholestérol et un acide gras (=

linoléate sur le schéma) : c’est l’inverse de l‘estérification.

Ces deux réactions sont irréversibles.

Les sels biliaires :

Les lipides ou les vitamines liposolubles, venant de l’alimentation sont présents

sous la forme de gros globules difficiles à digérer dans le milieu aqueux du mucus

intestinal. Il faut donc les « désagréger » (= émulsifier) pour augmenter la surface de

contact avec les lipases pancréatiques.

La synthèse du cholestérol :

➢ Est très endergonique (nécessite 18 molécules d’ATP par molécule de cholestérol), d’où

l’intérêt pour la cellule de bien réguler cette synthèse en fonction des besoins. C’est une

régulation précise à court et à long terme.

➢ Nécessite de nombreux intermédiaires/cofacteurs : 18 acétyl-CoA, des coenzymes réduits (13

NADPH), O2, 18 ATP.

Les intermédiaires de synthèse peuvent être divisés en 3 groupes chimiquement distincts :

des molécules contenant du CoA (acétyl-CoA), des molécules pyrophosphatées et des molécules

lipophiles (plus la chaine est longue moins la molécule est hydrophile et donc de plus en plus lipophile).

Attention, le mévalonate ne rentre pas dans ses trois groupes !

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C’est le rôle des micelles formées par les sels biliaires (plus polaire que le cholestérol) qui vont permettre

l’émulsification (mise en forme de petites gouttelettes lipidiques dans une solution aqueuse) des lipides et

contribuer à leur absorption en facilitant l’action des lipases pancréatiques en augmentant le surface d’échange.

La formation de ces sels biliaires est complexe et peut être résumée en 4 étapes principales :

1) Réduction de la double liaison entre C5 et C6.

2) Oxydation du (des) carbone(s) C7 (+/- C12), grâce à la 7α hydroxylase, avec formation d’une (ou deux) fonction(s)

alcool en configuration alpha.

3) Isomérisation de la fonction alcool du carbone C3 (passe de béta = au-dessus du plan estérol, à alpha = en

dessous)

4) Raccourcissement de la chaıne latérale (liée au carbone 17) et oxydation du carbone terminal en acide

carboxylique.

Les acides biliaires (= sels biliaires) obtenus à la fin de ces étapes sont des acides biliaires libres (primitifs) :

l’acide cholique et chénodesoxycholique. Ils seront ensuite conjugués (ce qui augmentera leur solubilité dans l’eau

et permettra le passage biliaire) avec la glycine ou la taurine pour former les acides biliaires primaires conjugués (ex

: glycocholate).

Dans l’intestin les acides biliaires primaires vont être déconjugués (hydrolyse de la liaison avec la taurine ou

la glycine) et réduits au niveau du 7α pour former les acides biliaires secondaires, via les bactéries de la flore

intestinale. (ex : acide lithocholique)

Les acides biliaires secondaires sont absorbés dans l’intestin pour retourner au foie (= cycle

entérohépatique) où ils peuvent être à nouveau excrétés dans la bile et inhiber la synthèse des acides biliaires

(inhibition de la 7α hydroxylase, RC négatif).

Il y a une élimination nette du cholestérol grâce à sa transformation en acides biliaires, mais elle reste très

faible car le cycle entérohépatique des acides biliaires est très efficace, presque 95% des acides biliaires sécrétés vont

être réabsorbés au niveau du cycle entéro-hépatique.

Les hormones stéroïdes :

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Le cholestérol sert de précurseur à la synthèse des hormones stéroïdes. Cette synthèse se déroule dans les

tissus glandulaires : corticosurrénales, gonades, unité fœtoplacentaire.

Le cholestérol est d’abord coupé et oxydé grâce au cytochrome P450 pour former la prégnénolone : le point

de départ de toutes les autres hormones stéroıdes. La voie du cytochrome P450 est très importante dans la voie des

médicaments car cette voie va les rendre polaire.

A partir de la prégnénolone, a lieu la synthèse de la progestérone (oxydation en 3ß (l’alcool devient cétone)

et isomérisation de l’insaturation en C5-C6 qui passe à C4-C5). La progestérone est l’hormone clé du maintien de la

grossesse (produite par le corps jaune puis par le placenta vers la 6ème semaine). Puis à partir de la progestérone et

en fonction de l’organe il y aura :

• Synthèse de cortisol et d’aldostérone = des minéralocorticoides (glande surrénale) pour réguler l’eau et les

sels dans l’organisme agissant surtout au niveau rénal (sodium et potassium)

• Synthèse des hormones sexuelles : androgènes (testicule et glande surrénale) et oestrogènes (ovaires)

La dégradation des hormones stéroıdes se fait au niveau hépatique par conjugaison avec le glucuronate ou le

sulfate, ce qui augmente leur polarité et donc leur hydrophilie pour ensuite être éliminées dans les urines.

E) Elimination du cholestérol

Elle se fait par voie intestinale sous forme de sels biliaires ou est directement libérée dans le liquide biliaire.

II. Les lipoprotéines

Les acides gras et le cholestérol sont amphipathiques mais la partie polaire est très petite :

• Pour l’AG la partie polaire est le groupement carboxylique

• Pour le cholestérol c’est le fonction alcool lié en C3

Ils sont incapables de former des micelles dans une solution aqueuse ou hydrophile, ils sont donc insolubles dans

le plasma.

Les lipoprotéines sont des structures discrètes transportant le cholestérol et les acides gras entre les sites de

production (foie, intestin) et les sites de stockage, utilisation, élimination (tissus périphériques : musculaire et

adipeux) pour les ré-estérifier en triglycérides et les stocker, et ceci de façon régulée grâce aux apolipoprotéines à la

surface des lipoprotéines.

A) Structure globale des lipoprotèines

Une lipoprotéine est composée d’une enveloppe amphiphile avec des phospholipides, du cholestérol non

estérifié et des apolipoprotéines (= partie protéique). Dans le cœur hydrophobe, on retrouve le cholestérol estérifié

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et des triglycérides qui permettent le transport des AG et du cholestérol vers la cellule. C’est grâce aux

apolipoprotéines, que la lipoprotéine va être « guider » et va savoir avec quelles enzymes elle doit interagir.

B) Les différentes familles des lipoprotéines

On peut les classer suivants deux systèmes :

• Classification suivant la composition du noyau :

Plus une LP (lipoprotéine) a des triglycérides plus son volume est grand et sa densité faible.

L’ultracentrifugation du sérum permet de séparer les LP suivant leur densité, celles qui flottent le plus sont les LP les

plus riches en triglycérides :

• Chylomicrons

• VLDL (Very Low Density Lipoproteins)

• IDL (Intermediate Density Lipoproteins)

• LDL (Low Density Lipoproteins)

• HDL (High Density Lipoproteins)

Plus on monte sur l’échelle du diagramme plus la densité diminue (on

part de 1.20 pour arriver à 0.95). Les chylomicrons et les VLDL ont donc les

diamètres les plus importants. Ils contiennent le plus de triglycérides et

sont peu denses. Ensuite viennent les IDL et LDL. Enfin les HDL sont les LP

les plus petites, les plus denses et les plus pauvres en triglycérides.

• Classification suivant la composition en apolipoprotéines de l’enveloppe :

Niveau de densité

(du – au +)

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On utilise la migration différentielle dans un champ électrique en fonction de la composition en apolipoprotéine (=

lipoprotéinogrammme). On distingue les lipoprotéines à Apo A (HDL) et les lipoprotéines à Apo B (toutes les

autres).

On observe une migration rapide des HDL qui migrent vers alpha (d’où le nom de Apo A) et les autres qui

migrent plus lentement dans la zone bêta (d’où le nom de Apo B).

En résumé :

Les densités ne sont pas à retenir par contre le reste si. Bien connaître la composante lipidique majeure et les principales

Apo des LP !!!

C) Fonctions des apolipoprotéines

• Elles ont un rôle structurel : les Apo B sont des charpentes inamovibles de plusieurs LP (VLDL, IDL, LDL,

chylomicrons) où l’on trouve qu’une seule apolipoprotéine par lipoprotéine de la série B par exemple pour les

LDL, VLDL, IDL on ne retrouvera qu’une Apo B-100 alors que dans HLD on peut trouver plusieurs Apo A-I.

• Elles confèrent un caractère « intelligent » à la LP (vers quel récepteur aller, avec quel enzyme agir, etc.) :

Reconnaissance par des récepteurs : Apo B48 reconnue par LRP (LDL récepteur protéine), Apo B100 reconnue

par LDLr, Apo A-I interagit avec 2 récepteurs pompes (consommateur de l’ATP) qui vont sortir le cholestérol des

cellules ABCA1 et ABCG1… .

Activateur/inhibiteur d’enzymes ou de récepteurs : Apo A-I active LCAT, Apo E cofacteur de Apo B100 dans la

reconnaissance par LDLr et c’est pour ça que les LDL sont très hétérogènes car ils n’ont pas de Apo E, mais

seulement la B100 et vont donc avoir du mal à se lier aux recepteurs LDLr, leur demi-vie va donc être beaucoup

plus longue (ce qui participe à leur pouvoir athérogène), Apo C active la LPL (lipase), etc.

Ces Apo sont très importantes pour nos LP car soit elles sont structurellement très importantes surtout pour

les Apo B donc les LP type VLDL, IDL, LDL et chylomicrons ; soit elles vont permettre l’adressage vers différents tissus

et donner l’interaction avec les récepteurs ou l’activation/inhibition de certaines enzymes.

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D) Métabolisme des LP

Il y a deux grandes voies de distribution du cholestérol et des triglycérides (TG) vers les tissus périphériques

: exogène (voie des chylomicrons (CM)) et endogène (voie des VLDL). Il existe aussi une voie de retour du cholestérol

vers le foie (pour synthèse acides biliaires) : voie des HDL.

Voie exogène → le métabolisme des chylomicrons :

Les chylomicrons contiennent surtout des triglycérides et des esters de cholestérol. Ils sont synthétisés dans

l’entérocyte après un repas riche en lipides (TG +++).

Dans leur noyau, on retrouve des TG+++ et des ester de cholestérol. Sur leur surface, on retrouve des

phospholipide (PL), du cholestérol non estérifié et des Apo B-48, A, C et E.

Les chylomicrons sont secrétés dans les vaisseaux lymphatiques intestinaux puis rejoint la circulation

sanguine pour aller dans les tissus musculaires. Ce trajet par la lymphe, court-circuite donc le passage par le foie

(premier passage hépatique). Au niveau des muscles, la lipoprotéine lipase (LPL) appauvri le chylomicron en TG qui

sont transformés en AG, grâce à la LPL, pour aller dans les muscles (énergie) ou dans les adipocytes pour être

réestérifiés et être stockés en TG.

Le chylomicron appauvri devient ensuite « remnants » (= résidus de la lipase), ils libèrent de l’Apo A- I (seules

précurseurs d’HDL) puis les « remnants » sont endocytés/catabolisés par le foie grâce aux Apo B-48 et Apo E pour y

finir leur vie.

Voie endogène → le métabolisme des VLDL :

Les VLDL ont une synthèse hépatocytaire à un taux basal qui augmente après un repas riche en lipides. Dans le

noyau des VLDL on retrouve des TG+++ et des ester-CH. Sur leur surface, on retrouve des phospholipides, du

cholestérol non estérifié et des Apo B-100 (en bleu sur le schéma), C et E.

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Les VLDL sont secrétés directement dans la circulation sanguine et sont dégradés rapidement par les LPL

(Apo C) (endothélium muscle, tissu adipeux). Cette dégradation est une source d’AG pour les tissus (énergie,

stockage).

La densité va donc augmenter, et le VLDL va devenir une IDL. Elle va échanger des TG contre du cholestérol

grâce à la CETP puis devenir une HDL (très riche en cholestérol).

Les « remnants » des VLDL sont :

• Les IDL qui sont internalisés dans le foie et toutes les cellules de l’organisme, en fonction des besoins en

cholestérol, grâce au LDLr qui reconnaıt Apo B100/E. Quelques IDL « échappent » à l’internalisation

eTsubissent l’action de la lipase hépatique donnant lieu aux LDL (elles sont donc plus petites, ont plus

d’ester de cholestérol et moins de TG que les IDL)

• Les LDL qui n’ont que l’Apo B-100 (pas d’Apo E) et donc sont moins facilement dégradés que les IDL, leur

demi-vie est donc plus longue que les IDL et sont à l’origine des plaques d’athérome.

Voie retour du cholestérol → le métabolisme des HDL :

C’est le chemin du cholestérol des tissus de l’organisme vers le foie.

Les HDL viennent de l’apoA1 (une protéine) synthétisée par le foie, l’intestin grêle, issue du chylomicron ou

recyclage d’ancien HDL. Une apoA1 capte le cholestérol dans les tissus. En effet, les cellules ont des pompes ABCA1

et ABCG1 qui pompent le cholestérol de la cellule pour le mettre dans le ApoA1.

Au début, on les appelle ApoA1 puis ils s’enrichissent en cholestérol et deviennent discoïdales en

préβ HDL. Ensuite, la LCAT estérifie ensuite les cholestérols → ester de cholestérol. Ces esters de

cholestérol rentrent dans le noyau ce qui donne des gros HDL.

Le HDL formé a plusieurs rôles :

• Echange avec les IDL de cholestérol contre des triglycérides

• Se lient à un récepteur aux HDL au niveau du foie → endocytose de l’HDL

• Peut donner son cholestérol au foie pour la synthèse d’acides biliaires primitifs puis recommencent leur

circuit (ApoA1 → … → HDL → ApoA1 → ….)

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Une partie est irréversiblement catabolisée par le foie. HDL sert au retour du cholestérol vers le foie. C’est le

bon cholestérol.

Risque cardio-vasculaire :

Les LDL sont très petits et denses avec une demi-vie relativement longue

qui est due à l’absence des Apo E donc la liaison à son récepteur (LCLr)

est moins efficace par rapport aux IDL. Les LDL vont passer à travers les

cellules endothéliales puis vont être oxydés par le milieu sous

endothéliales pro-oxydant (faiblement puis intensément). Elles vont être

captées par les macrophages puis vont activer les cellules endothéliales

et exprimer des récepteurs et des molécules d’adhérence.

Des monocytes vont s’accrocher à ces récepteurs et vont rentrer

dans l’endothélium. Ils se transforment alors en macrophages mais ils ne

vont pas être capable de dégrader les LDL fortement oxydés et vont donc

être à l’origine des plaques d’athérome au niveau artériel avec un gros

processus inflammatoire (engorgement, aspect de cellules spumeuses).

Cette plaque est à l’origine des AVC, infarctus… L’objectif des

médicaments est de diminuer le taux de LDL et augmenter le taux de

HDL.

Les HDL vont avoir un caractère antiathérogène et diminuent les risques cardio-vasculaires.

Ils vont inhiber les molécules d’adhérence, le macrophage va donner le cholestérol aux HDL qui va les

transporter au foie et également inhiber l’oxydation des LDL dans l’intima, grâce à leur contenu en antioxydant

(vitamine E et paraoxonase).

➢ LDL : Principale LP impliquée dans l’initiation et le développement de la plaque d’athérome !

E) Bilan lipidique

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Il comprend :

• Aspect du sérum à +4°C

• Dosage des triglycérides

• Dosage du cholestérol total

• Dosage du cholestérol-LDL (calculé ou mesuré)

• Dosage du cholestérol-HDL

Aspect du sérum à +4°C :

L’aspect trouble du sérum est toujours dû aux triglycerides (avec

une augmentation des chylomicrons) → aspect lactescent

Donc il faut mettre côte à côte l’aspect du sérum avec les dosages

des TG autrement dit il n’y a pas d’hypertriglyceridemie sans serum

trouble. Il y a deux lipoprotéines riches en TG : les chylomicrons

(lactescent) et les VLDL (opalescent).

Dosage des triglycérides :

Ce dosage est basé sur la mesure du glycérol libre dans le sérum des patients qui est normalement négligeable sauf

en cas de pathologies.

La teinture de quinone imine est un composé coloré qui va absorber de la lumière à une longueur d’onde

définie qui va être le reflet de la concentration en TG dans le sang (le TG étant composé de glycérol).

Quand tous les réactifs sont en excès, à 510 nm (lumière incidente) l’absorbance est directement

proportionnelle à la concentration en quinone imine qui elle-même est directement proportionnelle à celle du

glycérol qui est le reflet de la concentration en TG.

➢ Glycérol mesuré = glycérol des TG + glycérol libre dans sérum

On peut trouver des « fausses hypertriglycéridémies » due à des hyperglycérolémie dans certains cas :

• Troubles du rythme cardiaque et diabètes type 2 déséquilibré

• Médicaments : héparine (activation LPL), glycérol (œdème cérébral), dérivés trinitrés du glycérol (angor

stable), etc.

• Lors du jeûne

• Déficit congénital en glycérokinase (très rare)

Mais dans les fausses hypertriglycéridémies le sérum est limpide = différenciation des vraies/fausses.

Dans ces cas on dose le glycérol libre par la même réaction mais sans lipase (que dans le sérum) puis calculer le vrai

taux de TG par soustraction TG calculé = TG mesuré - Glycérol, permet de s’affranchir de ce problème.

Dosage du cholestérol total (CT) :

Il comprend le dosage du cholestérol estérifie (cœur hydrophobe des lipoprotéines) et le cholestérol non-estérifié (de

l’enveloppe de la lipoprotéine).

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Quand tous les réactifs sont en excès, à 510 nm (lumière incidente) l’absorbance est directement

proportionnelle à la concentration en quinone imine qui elle- même est directement proportionnelle à celle du

cholestérol.

Dosage du cholestérol-HDL (HDLc) :

On ajoute à l’échantillon des anticorps dirigés contre Apo B qui vont précipiter toutes les lipoprotéines à Apo B (VLDL,

IDL, LDL, chylomicrons). On dose le cholestérol dans le surnageant (donc le HDLc).

Dosage du cholestérol-LDL (LDLc) :

• Si les TG ne sont pas très élevés on calcule le LDLc grâce à la formule de Friedwald (méthode indirecte) :

LDLc (g/L) = cholestérol total - HDLc - (TG/5) en g/L (Basé sur le fait que la proportion TG/CH dans les VLDL

est de 5/1, car on suppose que tous les TG viennent du VLDL)

• Si les TG sont très élevés on fait une mesure directe du LDLc comme pour les HDLc : masquage des

lipoprotéines (chylomicrons, VLDL, IDL, HDL) au réactif de dosage du cholestérol puis dosage du cholestérol.

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 4 : Cholestérol et lipoprotéines

➢ Cholestérol : le plus abondant des stérols a. Etapes de formation du cholestérol

• 4 étapes : noyau stérane → noyau stéroïde → cholestane → cholestérol

b. Propriétés physicochimiques et biologiques • Amphipatique, structure rigide (point de fusion élevé), constitution des membranes, formation des esters

en C3, production de ses dérivés (sels biliaires et hormones stéroïdiennes).

c. Origine du cholestérol • Provenance de deux sources :

→ Endogène (hépatique)

→ Exogène (alimentaire)

d. Métabolisme du cholestérol • Dans tous les tissus. Trois compartiments notables :

→ hépatique – intestinal – périphérique.

• Synthèse très ENDERGONIQUE, cytoplasmique, en 4 étapes

• Régulation très fine à deux échelles :

• Court terme (niveau hépatique)

• Long terme (transcriptionnelle)

• Formation de liaisons esters entre un AG et le cholestérol

→ Hydrophobicité : permet stockage et transport

→ Permis par deux enzymes : ACAT - LCAT

• Réaction d’hydrolyse : libère un AG et un cholestérol.

• Les dérivés du cholestérol :

→ Les sels biliaires : émulsification et absorption des lipides

→ Les hormones stéroïdes : minéralocorticoïdes -androgènes- œstrogènes

e. Elimination du cholestérol

• Par voie intestinale. ➢ Les lipoprotéines

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• Structures permettant le transport du cholestérol et des AGs entre le site de production (foie, intestin) et les sites de stockage, d’utilisation et d’élimination de façon régulée (rôle des apolipoprotéines).

a. Structure globale des lipoprotéines :

→ Enveloppe amphiphile (phospholipides, cholestérol non estérifié, apolipoprotéines)

→ Cœur hydrophobe : Cholestérol estérifié, triglycérides

b. Les différentes familles des lipoprotéines :

→ 2 systèmes de classification :

• Composition du noyau en TG.

• Composition en apolipoprotéine de l’enveloppe.

c. Fonctions des apolipoprotéines :

→ 2 rôles :

• Rôle structurel : charpente inamovible de plusieurs LP

• Rôle informationnel : reconnaissance par des récepteurs – activateur/inhibiteur d’enzymes ou de récepteurs.

d. Métabolismes des LP

→ 2 grandes voies de distribution du cholestérol et des TG vers les tissus périphériques :

• Exogène : métabolisme des chylomicrons - synthétisés dans l’entérocyte.

• Endogène : métabolisme des VLDL – synthétisés au niveau hépatique

→ 1 voie de retour du cholestérol vers le foie

• Le métabolisme des HDL

• Différents rôles : échanges avec les IDL de CH contre TG ; endocytose ; fournit le CH pour la synthèse d’acide biliaire

LDL : Principale LP impliquée dans l’initiation et le développement de la plaque d’athérome.

HDL : considéré comme le « bon cholestérol ».

e. Bilan lipidique • Différents types d’examen :

→ Aspect du sérum à +4°C : un aspect lactescent correspond à une augmentation des TG.

→ Dosage des triglycérides : l’absorbance est directement proportionnelle a la concentration en quinone imine qui elle-meme est directement proportionnelle a celle du glycerol qui est le reflet de la concentration en TG.

→ Dosage du cholestérol total : dosage du cholestérol estérifié et non-estérifié

→ Dosage du cholestérol HDL : dosage du cholestérol surnageant après ajout d’un anticorps contre ApoB

→ Dosage du LDL cholestérol :

• Mesure indirecte (par calcul) avec la formule de Friedwald

• Mesure directe

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Notes

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CHAPITRE N°5 : LES VITAMINES

I. Introduction

Ces molécules ne sont pas ou insuffisamment synthétisées par l'organisme. Elles doivent donc être apportées par

l'alimentation (notion de micronutriment).

Sur un plan fonctionnel, il existe deux catégories de vitamines :

• Celles qui sont des coenzymes (participe à l’activité catalytique) ou leur précurseur (vitamines du groupe B)

• Celles qui agissent par d'autres mécanismes (ligand de récepteur nucléaire comme, par exemple, la vitamine

A ou la vitamine D).

Les vitamines sont chimiquement classées en deux groupes selon leur solubilité :

• Les vitamines hydrosolubles au nombre de 9 (vitamines du groupe B + la vitamine C)

• Les vitamines liposolubles au nombre de 4 (A, K, E et D), c’est-à-dire soluble dans les solvants organiques ce

sont donc des lipides.

II. Vitamines hydrosolubles

A) Vitamines du groupe B

Elles sont ou permettent la synthèse de coenzymes, c'est-à-dire de molécule auxiliaire permettant de prendre

transitoirement en charge le groupement transféré d'un substrat à un autre au cours de la réaction catalysée par

l'enzyme.

Sur un plan fonctionnel, on distingue deux groupes : les coenzymes vitaminiques transporteurs d'électrons

(Vitamine B3, Vitamine B2) que nous détaillerons et les coenzymes vitaminiques transporteurs de groupements

carbonés et aminés qui seront présentées sous forme d'un tableau.

Sur un plan biochimique, on fera la distinction entre coenzyme vrai = groupement prosthétique : partie

non protéique solidement liée (covalente) à l'apoenzyme (partie protéique del'enzyme) (exemple : vitamine B2) et

cosubstrat : partie non protéique, faiblement liée à l'apoenzyme, il s'en dissocie facilement après la réaction

(Exemple : vitamine B3).

La vitamine B3 et les coenzymes nicotoniques (NAD, NADP) :

Les vitamines sont des molécules organiques de faible poids moléculaire, sans valeur énergétique (=/=

lipides, protéines et glucides) (l’organisme ne peut pas les oxyder pour produire de l’énergie),

indispensables au bon développement et au fonctionnement normal de l'organisme d'où ce nom de

vitamine (vitale = vie, amine = molécule organique).

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La vitamine B3 correspond à deux molécules, l'acide nicotinique (= niacine) et son amide : la nicotinamide.

Elle est aussi appelée vitamine PP pour pellagra préventice car sa carence est responsable de la pellagre (champ de

maïs avec lésions cutanés (dermatite), troubles digestifs (diarrhée) et cérébraux (démence), il fallait d’abord libérer

la PP dans une solution alcaline). Les aztèques et les mayas ne tombaient pas malade de la pellagre bien que

mangeant du maïs car ils le ramollissaient dans de l’eau de chaux (qui était donc une solution alcaline). Ça permettait

de libérer la niacine et le tryptophane.

Cette vitamine est précurseur de deux coenzymes importants des oxydo-réductions, le NAD

(nicotinamide adénine dinucléotide) et le NADP (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate). Le nicotinamide

adénine dinucléotide (NAD+ dans sa forme oxydée) et le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP+) sont

composés de 2 nucléotides reliés par une liaison anhydride- acide phosphorique entre leurs groupement phosphate.

L'AMP est uni par une liaison anhydride phosphorique à un pseudo nucléotide, dont la base est remplacée par le

nicotinamide ou vitamine PP (ou nico-tinamide mononucléotide). Le coenzyme NAD par phosphorylation en

position 2' du ribose de l'AMP devient le NADP.

Le NAD et le NDADP sont le coenzyme de différentes déshydrogénase (cosubstrat). Ces 2 coenzymes

subissent une réduction réversible du cycle nicotinamide. Quand un substrat subit une oxydation

(déshydrogénation), libérant 2 atomes d'hydrogène, la forme oxydée du coenzyme reçoit un ion hydrure (H+ : un

proton et deux électrons) et est transformé en forme réduite, NADH ou NADPH. Le cycle nicotinamide à la propriété

de se réduire en fixant un électron sur l'azote, et un atome d'hydrogène sur le carbone. Le deuxième H+ enlevé du

substrat est libéré dans le solvant aqueux.

NAD+ + 2e- + 2H+ → NADH + H+

NADP+ + 2e- + 2H+ → NADPH + H+

En pratique courante, on note plus simplement NADH2 ou NADPH2 (même si erreur chimique). Le rapport

NAD+/NADH2 est élevé dans les cellules ce qui favorise la captation de l'ion hydrure sur le NAD+. Le NAD+ (le plus

nombreux dans l’organisme) est principalement utilisé lors des oxydations métaboliques et plus de 200 enzymes

(oxydoréductases ou déshydrogénases) utilisent ce coenzyme dans la cellule. Elles catalysent des réactions suivantes

:

AH2 + NAD ↔ A+ + NADH2

AH2 étant le substrat réduit et A, le substrat oxydé.

Le NADP est le coenzyme d'un nombre plus restreint de déshydrogénase. En revanche, le rapport

NADPH2/NADP+ est élevé ce qui favorise la perte de l'ion hydrure par NADPH2. Le NADPH2 participe ainsi au

maintien du potentiel réducteur de la cellule et est un donneur de protons dans les voies de synthèse réductrices

(cf. synthèse cholestérol).

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NAD+ et NADP+ sont des formes oxydées/ NADH+ et NADPH+ sont des formes réduites

L'association entre déshydrogénase et NAD ou NADP est faible. Elle est utilisée en clinique pour un certain

nombre de dosages notamment dit des dosages dit spectrophotométriques. Le coenzyme (co substrat) va pouvoir

facilement diffuser d'une enzyme à une autre, agissant comme un transporteur soluble d'électrons entre deux

métabolites. Spectres d'absorption UV de NAD et NADH2 : La forme oxydée présente un pic d’absorbance à 260 nm.

La réduction du NAD+ en NADH2 induit une nouvelle bande d'absorption avec un maximum à 340 nm (il y a encore

le pic à 260 nm). La production de NADH lors d'une oxydation peut donc facilement être suivie en observant

l'apparition d'une absorbance à 340 nm. Elle permet de mesurer des activités enzymatiques principalement.

La réduction de l'anneau pyridinique modifie les propriétés optiques des coenzymes, avec apparition d'un pic

d'absorption à 340 nm.

La lactate déshydrogénase transforme la pyruvate en lactate en utilisant comme coenzyme le NAD réduit

qui est consommer lors de la réaction, donc on va suivre la disparition du NAD réduit à 340 nm va être proportionnel

à l’activité de la lactate déshydrogénase.

De même avec la créatine phosphokinase qui permet la transformation de la créatine phosphate + ADP en la

créatine + ATP. Cette réaction ne consomme pas et ne produit pas de NAD donc on va coupler cette réaction à des

réactions dites intermédiaires et indicatrices qui elles produisent ou consomment du NADP. On se sert de l’ATP formé

pour transformer du glucose en présence d’une activité enzymatique qu’on a rajouté en G6P et le G6P on peut le

déshydrogéner par une G6PD qui utilise le NADP comme coenzyme.

Vitamine PP et besoin quotidien : Il faut environ 20 mg par jour de vitamine, que l'on trouve principalement

dans la viande et les germes de blé. Les féculents en contiennent moins et les légumes verts et fruits très peu.

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La vitamine B2 et les coenzymes flaviniques (FMN et FAD) :

La vitamine B2 ou riboflavine est une vitamine nécessaire à la synthèse du FAD (flavine adénine

dinucléotide) et du FMN (flavine mononucléotide). Ce sont également des coenzymes des déshydrogénases, mais

contrairement au NAD, le FMN et le FAD sont liés de façon covalente à leurs déshydrogénase correspondante (d'où

le nom de flavoprotéines donné à ces enzymes qui catalysent des réactions d'oxydoréduction en utilisant soit le FMN

soit le FAD comme groupement prosthétique = coenzyme vrai). Parmi celles-ci, on peut citer la succinate

déshydrogénase ou complexe II (à la fois enzyme du cycle de Krebs et point d'entrée des électrons dans la chaîne

respiratoire, les acyl-CoA déshydrogénase, enzyme du métabolisme oxydatif des acides gras).

La Vitamine B2 ou riboflavine est un dérivé du noyau isoalloxazine. Dans le FMN (Flavine MonoNucléotide),

un groupement phosphorique estérifie la fonction alcool primaire du ribitol. Le FAD (Flavine Adénine Dinucléotide)

possède en outre une molécule d'AMP. La structure en cycle fusionné des flavines nucléotides (le cycle isoalloxacine)

peut subir des réductions réversibles en acceptant un ou deux électrons sous la forme d'atomes d'hydrogène pris

à un substrat réduit (FADH, FMNH ou FADH2 et FMNH2). L'acceptation d'un seul atome d'hydrogène et d’un

électron donne la forme semiquinone (FADH) du cycle isoalloxacine. Et si elle accepte de nouveau un électron et

un proton elle se transforme en forme totalement réduite (FADH2 : écriture chimiquement correcte). La FAD ou le

FMN accepte donc les électrons et les protons de façon séquentielle.

Besoin quotidien : Il faut 2 à 3 mg par jour de la vitamine que l'on trouve abondamment dans l'alimentation,

surtout la viande, les abats et les laitages. Les préparations à base de levure en sont particulièrement riches

(consommé par les végétariens). La carence n'est pas fréquente à l'état isolé.

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Les autres vitamines du groupe B :

B) Vitamine C

Dérivé d'ose, la vitamine C ou acide L ascorbique est un cofacteur

enzymatique impliqué dans des réactions d'hydroxylation. La plus connue est

l'hydroxylation des résidus proline (sous prolinehydroxylase) qui participe à la

stabilisation du collagène (4- hydroxyproline). D'autres hydroxylations

nécessitent la vitamine C et rendent compte des effets de cette molécules sur

l'absorption du fer, la formation des GR ou au maintien des fonctions

immunitaires…. L'acide ascorbique est également un antioxydant. Sa carence,

très rare, est responsable du scorbut, malheureusement, elle ressurgit chez les

pauvres (peu de légumes et fruits). Présente dans le fruit et légumes colorés et cru (vitamine thermolabile =

dégrade à la cuisson), la vitamine C peut être consommée chez un adulte jusqu'à la dose de 2g/j sans risque de

souffrir d'effets indésirables. Comme toutes les vitamines hydrosolubles, si elle est consommée en excès elle va

être éliminer directement dans les urines ( =/= problématique si liposoluble).

III. Vitamines liposolubles

Ce sont les vitamines A, D, E et K, qui sont des lipides. Elles sont absorbées grâce à la présence de sels et

acides biliaires pour être absorbés dans l'intestin et une liaison avec les lipoprotéines (forme majeure mais pas

exclusive de transport des vitamines liposolubles) pour leur transport plasmatique.

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A) Vitamine A et ses dérivés

Sources de la vitamine A :

Deux sources sont possibles, les esters du rétinol présents dans les aliments d'origine animale (le beurre,

les huiles de foie de poisson, foie d’agneau) et le bêta carotène présent dans les végétaux (carottes) qui sera converti

en rétinal après clivage au niveau de la cellule intestinale puis en rétinol après réduction ou en acide rétinoïque

(mauvais rendement tout de même de 1 à 6).

Transport de la vitamine A dans l’organisme : Le rétinol est transporté dans le plasma par la RBP (rétinol binding

protéine), elle-même complexée à la pré albumine. Elle est également transportée par les lipoprotéines.

Rôles biologiques de la vitamine A :

• Rôle dans la vision "noir et blanc" : Le pigment rétinien pourpre ou rhodopsine des cellules à bâtonnets de

la rétine, est composé de la partie protéique, l'opsine et d'un groupement prosthétique, le rétinal qui

résulte de l'oxydation du rétinol circulant. L'isomère actif du pourpre rétinien est le 11 cis néo rétinal b.

L'isomérisation en trans rétinal sous l'influence d'un photon lumineux entraîne la dissociation du pigment,

une transconformation (cis à trans) de la rhodopsine et la transduction du signal lumineux. Le trans rétinal

détaché est réduit en rétinol et peut être échangé avec la vitamine circulante. Il peut aussi être oxydé et

isomérisé de nouveau, permettant la reconstitution du pigment durant la phase obscure du cycle de la

rhodopsine.

• Régulation du développement : Les rétinoïdes, et surtout l'acide rétinoïque (dérivé de la vit A), sont des

morphogènes puissants, impliqués dans la régulation de l'embryogenèse, l'organogenèse et la

différenciation cellulaire. Ils jouent ce rôle par l'intermédiaire de ligands de récepteurs nucléaires qui sont

des trans- régulateurs de la transcription (RXR et RAR). Ceci explique que la vitamine A est tératogène

lorsqu'elle est administrée en excès au cours de la grossesse, et qu'elle est exclue des préparations

vitaminiques administrées chez la femme enceinte. De nombreuses formes moléculaires tant des récepteurs

que des rétinoïdes, modulent cette action morphogène (all trans, 11 cis, 9 dihydro, etc.).

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• Trophicité des épithéliums : Ce rôle est peu connu, mais mis à profit dans le traitement de l'acné juvénile

par l'acide rétinoïque. Il permet d’accélérer la croissance du tissu cutané.

Carence en vitamine A :

L'avitaminose A conduit à des troubles cutanéo-muqueux, une kératinisation de la cornée (xérophtalmie,

cf. Coutu) et une diminution de la vision nocturne (héméralopie).

B) Vitamines ou calciférols (D3 et D2)

Ce sont des vitamines antirachitiques. Leur formule résulte de l'ouverture du cycle B du noyau stérol entre

les atomes de carbone 9 et 10.

Sources de la vitamine D :

Chez l'homme, elle est double :

• Une source endogène importante à partir d'un intermédiaire de synthèse du cholestérol, le 7

déhydrocholestérol, provitamine que l'on trouve dans les tissus. L'irradiation de la peau par les UV-B du

rayonnement solaire photolyse le 7 déhydrocholestérol de l'épiderme en vitamine D3 ou cholécalciférol.

Cette source fournit en cas d'exposition au soleil normal, 90 à 95% de la vitamine D et est donc

habituellement suffisante sauf en période de croissance (chez les personnes âgées elle peut devenir faible),

chez les personnes noires (mélanine) et chez les bébés (pas exposés au soleil)).

• Une source alimentaire faite de vitamine D3 et D2.

Vitamine D2 ou ergocalciférol. Cette vitamine D est de nature végétal et provient dans les végétaux de la

transformation de l'ergostérol (et non du cholestérol) en vitamine D2 sous l'action des UV.

Vitamine D3, d'origines animales et présentes dans les huiles de poissons gras (foie de morue, poissons

gras, lait entier..), formée dans les tissus comme la vit D3 humaine.

Les sources de vitamine D2 étant rares, la quasi-totalité de la vit D physiologique est du cholécalciférol.

Activation de la vitamine D et carence :

Dans l'organisme, la vitamine D (D2 ou D3) est hydroxylée en 1 dans le rein et 25 dans le foie. La 25

hydroxyVitD (ou 25OHD3) est la forme circulante majeure de la vitamine et le 1-25 dihydroxyVit D (ou 1-25OHD3),

la forme active. Il se fixe sur des récepteurs nucléaires qui appartiennent à la super famille des récepteurs aux

hormones stéroïdes. Son action est de stimuler l'absorption intestinale du Ca++ et sa fixation dans les os. La

carence en vitamines D entraîne chez l'enfant une ostéomalacie, le rachitisme (défaut de fixation de calcium sur l’os

donc os tout souple), que l'on peut prévenir par l'administration de vitamine lorsque l'ensoleillement n'est pas

favorable.

• 1er hydroxylation au niveau du foie en position 25 (forme majeur circulante)

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• 2e hydroxylation au niveau du rein en positon 1 (forme active)

Supplémentation et enrichissement en vitamine D :

Il existe de nombreuses spécialités pharmaceutiques contenant soit de la vitamine D2 (++ compléments

alimentaires), soit de la vitamine D3 (moins car produit d’origine animale, donc plus dangereux) ainsi que des produits

alimentaires enrichis en vitamine D. Contrairement à ce que les pharmacopées considèrent, les vitamines D2 et D3

ne sont pas équivalentes. En effet, la vitamine D3 a une efficacité supérieure à celle de la D2 pour au moins trois

raisons : une durée de vie plus longue, une plus grande affinité pour les récepteurs, et une meilleure affinité pour les

enzymes permettant l'activation de la vitamine D.

C) Vitamine E

On la trouve en abondance dans toutes les huiles végétales et il n'y a pas d'avitaminose caractérisée chez

l'homme. C'est une hydroquinone substituée appartenant au groupe des tocophérols. La chaîne latérale est celle

du phytol dans l'α tocophérol.

Ses propriétés antioxydants viennent des propriétés oxydoréductrices des fonctions quinones (donneurs

d’électrons non couplés, donne à un radical libre). Ce pouvoir réducteur en fait un protecteur puissant en milieu

hydrophobe contre la peroxydation des acides gras polyinsaturés des lipides, de la vitamine A, des carotènes etc. Elle

est utilisée à ce titre dans bien des huiles commerciales. Pas de carence pour cette vitamine.

D) Vitamine K

Le terme de vitamine K désigne un ensemble de substances comportant un noyau naphtoquinone substitué

en position 3 soit par une chaîne (phytyl (vitamine K1), soit par des résidus prényl (vitamine K2), soit par un simple

hydrogène dans la vitamine de synthèse ménadione (vitamine K3)).

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Sources de la vitamine K et carence :

La vitamine K1 est largement répandue dans les feuilles vertes (choux, navets...), elle est thermorésistante,

et les bactéries intestinales synthétisent des quantités de quantité importante de Vitamine K2 qui peuvent être

transformé en vitamine K1. Il y a donc très peu de déficit en vitamine K. Cependant, une carence d’absorption en

vitamine K peut s'observer en cas de trouble de l'absorption des graisses d'origine biliaire ou pancréatique (car

vitamine liposoluble).

L'administration intra veineuse de vitamine K permet de corriger ce déficit et de rattacher celui-ci à une

malabsorption de la vitamine K (Test de Koller : chute du taux de prothrombine donc administration parentérale de

la vitamine K et 2 possibilités soit persistance d’un taux de prothrombine faible = insuffisance hépatocellulaire ou

correction = carence en vit K lié à un défaut d’absorption de la vit K).

Rôles biologiques de la vitamine K :

C'est la vitamine antihémorragique, car sa carence entraîne une diminution de la coagulation sanguine

(d'où son nom Koagulation en allemand).

La vitamine K, sous une forme coenzymatique, est nécessaire à une modification post-traductionnelle de

certaines protéines appelée γ carboxylation. Des résidus GLU sont transformés en γ carboxyl GLU (Gla), ce qui rend

la molécule particulièrement apte à complexer le Ca++. La vitamine K est ainsi nécessaire à la maturation de

plusieurs facteurs de coagulation synthétisés dans le foie (prothrombine, proconvertine, facteur Stuart, etc.)

intervenant dans la phase finale de la coagulation.

Cette action de la vitamine K ne se limite pas qu'aux seules protéines de la coagulation. D'autres protéines

affectant le métabolisme osseux (ostéocalcine), les calcifications vasculaires, la croissance cellulaire, l'apoptose

sont régulées par γ carboxylation.

Vitamine K et anticoagulant par voie :

A la fin de la réaction de carboxylation, la vitamine K se trouve sous forme inactive. La vitamine K époxyde

réductase permet de recycler la forme active. L'inhibition de cette enzyme par des molécules diverses, les anti-

vitamine K (dérivés de la coumarine, dérivés de l'indanédione) en empêchant la régénération de vitamine K active,

entraîne une diminution de l'activité des protéines vitamine K dépendantes et un effet anticoagulant. Ces

molécules sont utilisées largement en thérapeutique comme traitement de fond des thromboses et de

l'hypercoagulabilité sanguine (dicoumarol, warfarines, etc.).

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L'action de la vitamine K ne se limitant pas qu'aux protéines de la coagulation, les traitements coagulants

sont susceptibles d'affecter d'autres métabolismes et ceci est sans doute à l'origine d'effets inattendus délétère des

traitements anticoagulants au long cours comme la tendance à la perte osseuse.

Eau : 65 % de notre corps.

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 5 : Les vitamines

➢ Caractéristiques générales : molécules organiques de faible poids moléculaire, valeur

énergétique, indispensables à l’organisme, apportées par l’alimentation. On distingue :

→ Sur le plan fonctionnel : o Les vitamines coenzymes (ex : groupe B) o Les vitamines agissant par d’autres mécanismes (ex : vitamine A ou D)

→ Sur le plan chimique (solubilité) : o Les vitamines hydrosolubles (9 vitamines du groupe Bet C) o Les vitamines liposolubles (4 vitamines : A, E, K et D)

➢ Vitamines hydrosolubles : a. Vitamines du groupe B : → Ce sont des coenzymes ou permettent leur synthèse.

→ Sur le plan fonctionnel, 2 groupes : o Coenzymes vitaminiques transporteurs d’électrons (B2, B3) o Coenzymes vitaminiques transporteurs de groupements carbonés et aminés

→ Sur le plan biochimique : o Les coenzymes vrais : partie non protéique solidement liée (covalente) à l'apoenzyme

(exemple : vitamine B2) o Les cosubstrats : partie non protéique faiblement liée à l'apoenzyme (B3)

❖ Vitamine B3 (PP) et les coenzymes nicotoniques (NAD, NADP) :

❖ Vitamines B2 et les coenzymes flaviniques (FMN et FAD) ❖ Autres vitamines du groupe B

→ Bien connaitre le tableau (p.21) !

b. Vitamine C :

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➢ Vitamines liposolubles : • A, D, E et K

• Absorbées dans l’intestin grâce aux acides et sels biliaires.

• Possibilité de liaison avec les lipoprotéines pour le transport plasmatique.

a. Vitamine A et ses dérivés :

b. Vitamines ou calciférols (D3 et D2) :

c. Vitamine E

d. Vitamine K

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Notes

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CHAPITRE N°6 : MOLECULES « SIGNAL »

I. Définition et rappel

On va traiter dans ce cours :

• Du rôle de la glycosylation des protéines et des lipides et de la façon dont l’arrangement des sucres

détermine un code (« sugar code » = un code glucidique), lu par des protéines appelées lectines.

• Des métabolites produits par l’oxydation enzymatique des lipides.

Rappel du rôle des glucides :

• Énergétique (oxydation du glucose)

• Structurel (paroi des bactéries et des cellules végétales (cellulose), tissu connective des animaux (GAG, PG),

lubrifiant articulaire et vision (humeur vitrée, avec hyaluronate)

• Signalisation : avec la reconnaissance et l’adhésion cellulaire, grâce à des lipides et des protéines auxquels

on a rajouté un groupement oligosaccharide (on parle alors de glycolipides et de glycoprotéines). Dans ces

structures c’est la partie lipide ou protéine qui domine (¹ GAG), cependant la partie glucidique est très

importante car elle va porter une information qui va être lue par des protéines, appelées lectines.

II. Glycoprotéines

Ce sont des protéines ayant un ou plusieurs chaines oligosaccharidiques liées par des liaisons covalentes. La

liaison va se faire entre le carbone anomérique de l’ose et :

• La fonction alcool d’un résidu sérine ou thréonine → liaison O-glycosidique

• L’azote de la fonction amide d’un résidu asparagine → liaison N-glycosidique

Exemple : la glycophorine A est très abondante dans la membrane des globules rouges. Tous les hexagones

en rouge ou en bleu, sur le versant EC de la protéine, sont des résidus glucidiques qui vont être attachés soit à des

Une molécule « informationnelle » est un « corps chimique » produit par une cellule vivante (ou un

virus) pour transmettre un signal à une autre cellule (ou à elle-même). La réception de signal via un

récepteur spécifique va alors modifier un mécanisme dans la cellule cible.

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résidus sérine ou à des résidus thréonine de cette protéine (hexagone rouge) ou soit à un résidu asparagine (hexagone

bleu).

On retrouve fréquemment 7 oses dans les chaines glycaniques :

• Glc

• Gal

• Man

• Fuc (D-Fucose)

• N-acétylhexosamines : N-acétylgalactosamine (GalNAc)

• N-acétylglucosamine (GlcNAc)

• L’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) ou acide sialique.

La glycosylation des protéines est très fréquente !

• Les enzymes de glycosylation se nomment des glycosyltransférases (présentes dans le RE ou Golgi).

• Attention à ne pas confondre la glycosylation avec la glycation (= processus non enzymatique, processus

dans l’hémoglobine chez les diabétiques) !!

Ce processus de glycosylation se fait sur des protéines membranaires ou solubles (intracellulaires ou

sécrétées). On retrouve par exemple des protéines sécrétées : immunoglobulines, hormones (FSH, LH, TSH),

lactalbumine (protéine du lait), enzymes pancréatiques…

➢ Les chaines glycosidiques dans les protéines membranaires se

trouvent côté EXTRACELLULAIRE (idem dans les glycolipides).

A) Rôles de la glycosylation

• Augmenter la solubilité/polarité de la protéine (beaucoup de fonction alcool, donc plus on glycosyle, plus

c’est soluble dans l’eau).

• Influencer la maturation de la protéine dans le RE/Golgi (« folding »).

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• Déterminer la structure 3D de la protéine (ex : des chaînes glycanes branchées sur des acides aminés proches

dans une chaine protéique vont déterminer que celle-ci ait une conformation allongée (linéaire) dans cette

zone à cause de la répulsion entre charges négatives des acides sialiques).

• Protection de l’attaque des enzymes protéolytiques.

• Fonction informationnelle : « code glucidique » (sugar code) lu par les lectines.

• La glycosylation va augmenter la durée de vie de certaines protéines plasmatiques. Exemple : augmentation

de la demi-vie d’un résidu d’acide sialique (la glycosylation va le protéger de la captation et de la dégradation

hépatique). En revanche en vieillissant, des enzymes comme la neuraminidase (= sialidase) va reconnaitre

cette protéine et pour faciliter cette reconnaissance, il va y avoir une perte de ces résidus glucidiques pour

augmenter la captation hépatique par des récepteurs des sialoglycoprotéines.

• A contrario, la glycosylation va diminuer la durée de vie de certaines protéines plasmatiques. Exemple : la

LH ou la TSH (deux hormones sexuelles sécrétées par l’hypophyse) vont se lier à des résidus glycanes,

permettant ainsi au foie de reconnaitre, de capter et de métaboliser ces hormones. Dans certaines maladies

il n’y a pas de branchements de ces résidus glucidiques, augmentant ainsi la durée de vie des LH et pouvant

mener à des infertilités féminines.

B) Sugar Code

Les motifs glucidiques peuvent être extrêmement variés. Ce code est donc la conséquence de ces variations

mais aussi des différents branchements présents sur les molécules.

Les motifs glucidiques des glycoprotéines (et des glycolipides) peuvent générer plus d’information que

le code génétique ou la variabilité de la séquence des protéines ! Même si l’on retrouve les sept résidus de manière

récurrente, il peut y avoir de nombreuses variations :

• Dans la séquence des oses

• Dans la configuration (alpha/beta)

• Dans les branchements

• Dans les réactions de substitution (acétylation,

sulfatation, phosphorylation).

Ce code sera lu de façon assez spécifique par les lectines.

C) Lectines et lecture du code génétique

Les lectines ont un site de reconnaissance des sucres (ex : CRD = Carbohydrate Recognition Domain)

hautement spécifique d’un motif glycane donné.

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Ces sites permettent même la reconnaissance d’un seul type d’ose grâce à leur composition en acides

aminée permettant la formation de liaisons spécifiques avec les différents sucres et la lectine (pont hydrogène, liaison

de coordination avec des cations divalents, force de Van der Waals, interactions hydrophobes…).

Les fonctions des lectines :

• Reconnaissance inter-cellulaire

• Adhésion cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire

• Signalisation cellulaire

• Adressage intracellulaire de protéines (cf. plus loin) …

Exemples :

On retrouve un galactose (en réalité un résidu galactosyl de la partie glycane de la glycoprotéine) et une lectine avec

une partie hydrophile et une partie hydrophobe. Des liaisons hydrogènes vont se former entre la partie hydrophile

et le résidu galactosyl (avec les OH) et d’autres stabilisations vont avoir lieu dans la partie hydrophobe de la molécule

grâce au groupement indole (hydrophobe) du tryptophane.

Autre exemple de reconnaissance entre un résidu mannose-6- phosphate et une lectine (récepteur du

mannose-6-phosphate). On trouve un pont hydrogène entre un oxygène du phosphate et l’azote de l’histidine 105.

On a aussi l’ion Mg2+ qui va coordonner le tout.

Cette liaison est importante car l’ajout du mannose-6- phosphate aux protéines synthétisées dans le RE-

Golgi est une signature qui va les adresser vers le lysosome.

Dans le lysosome, il y a une baisse du pH (pH acide) qui entraine une protonation de l’azote de l’histidine 105

avec rupture du pont hydrogène avec l’oxygène du phosphate, le tout entrainant le largage de l’enzyme dans le

lysosome.

Exemple : les virus

Les virus utilisent aussi ce système du code glucidique, pour infecter les cellules, se multiplier et en sortir

pour proliférer. De nombreux virus se fixent aux cellules de l’hôte grâce à leur hémagglutinine A (HA) présente sur

leur capside (= leur enveloppe), une lectine qui reconnait l’acide sialique (à la surface de la cellule hôte). Cette liaison

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va faire entre les virus dans la cellule, puis une fois reproduit, une neuraminidase, présente aussi sur leur capside va

les faire sortir de la cellule en coupant la liaison HA-acide sialique.

Des médicaments comme le Tamiflu est basé sur l’inhibition des neuraminidases.

Le virus rentre dans la cellule grâce à la liaison HA-acide sialique, mais le tamiflu bloque les neuraminidases,

donc les virus se trouvent bloqués dans la surface des cellules sans pouvoir s’en dégager. Donc ils ne peuvent plus

aller infecter d’autres cellules.

Exemple : les sélectines

C’est une famille de lectines de la membrane plasmique qui intervient dans l’interaction cellule- cellule et

dans l’adhésion cellulaire. Ex :

• Arrêt de la multiplication des cellules en culture lorsqu’elles rentrent en contact les unes aux autres,

• Mécanisme d’adhésion cellulaire

Les polynucléaires neutrophiles expriment la sélectine L, les plaquettes la sélectine P et les cellules

endothéliales expriment deux sélectines P et E.

Les sélectines E et P de l’endothélium vont s’exprimer lorsque la cellule endothéliale est activée (ex :

infection dans le tissu irrigué).

Les résidus osidiques reconnus par les sélectines P et E sont une combinaison de 4 oses :

• Acide sialique (Neu5Ac)

• N-acétylglucosamine (GlcNAc)

• Fructose

• Galactose : ils forment le motif sialyl-Lewis

➔ (= sugar code »)

Lorsque l’endothélium est activé il exprime les sélectines P et E qui se lient au motif des leucocytes facilitant

le rolling (leucocytes (type neutrophiles) « roulent » ou « marchent » sur l’endothélium des vaisseaux au lieu d’être

libres dans le flux sanguin) et ainsi la diapédèse (des intégrines vont arrêter le rolling des leucocytes, puis les

leucocytes vont être « aspirés » vers le tissu infecté, entre deux cellules endothéliales).

III. Glycolipides

Ce sont des composants majeurs des membranes cellulaires. On retrouve les mêmes oses qui composent

les chaines glycanes des GP : Glc, Gal, Man, Fuc, N- acétylhexosamines : N-acétylgalactosamine (GalNAc) et N-

acétylglucosamine (GlcNAc), et l’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) ou acide sialique. Ils sont présents dans le

feuillet externe de la bicouche lipidique et peuvent aussi être impliqués dans les processus de reconnaissance et

d’interactions moléculaires et cellulaires.

Les groupes sanguins ABO :

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Le groupe ABO est un système majeur parmi tous les systèmes de groupes sanguins (Résus, P, Diego, Duffy,

Lutheran…). C’est le système ABO qui est le plus immunogène.

• Si on transfuse un individu de groupe A (ou B) avec des globules rouges du groupe B (ou A), on provoque une

hémolyse aigue pourvant amener à la mort. (anémie aigue + insuffisance rénale)

• Les individus du groupe O ne peuvent recevoir que du sang du même groupe mais peuvent donner leur sang

à tous les autres groupes (donneurs universels).

• Les individus du groupe AB peuvent recevoir du sang de tous les autres groupes (receveurs universels) mais

ne peuvent en donner qu’à des individus du même groupe.

Les déterminants des groupes sanguins sont des glycolipides.

L’oxydation contrôlée de l’acide arachidonique et la production des eicosanoïdes :

L’hydrolyse des glycérophospholipides (GPL) se fait par des

phospholipases (enzymes intracellulaires, sauf dans le venin de serpent).

Il en existe 4 spécifiques : A1, A2, C et D.

La phospholipase A2 (PLA2) a un substrat de « prédilection », l’acide

arachidonique une fois qu’il est estérifié au carbone numéro deux du résidu de

glycérol.

Action de la PLA2 :

• C’est un acteur clé de la réponse inflammatoire : presque tous les mécanismes menant à l’inflammation

passent par une activation de la PLA2.

• Son principal stimulus est le calcium et son principal substrat, les GPL membranaires avec un acide

arachidonique (AA) (C20 :4(∆5,8,11,14) ou C20 :4Ω6) attaché au carbone 2 du résidu glycérol, qu’elle va

détacher.

• L’AA va être ensuite le substrat des cyclooxygénases et lipoxygénases avec production des eicosanoïdes

(leucotriènes (pour les mastocytes et les basophiles), prostaglandines (pour l’endothélium) et

thromboxanes (pour les plaquettes)).

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Ce système provoque l’oxydation controlée de l’AA

et la production des eicosanoïdes. Les eicosanoïdes ont des

effets autocrines et paracrines (car demi-vie très courte,

donc jamais d’effet endocrine). La génération des

eicosanoïdes va participer aux éléments clef de l’inflammation

: tumeur, douleur, rougeur, chaleur (+ impuissance

fonctionnelle).

A) Prostaglandines

Ils ont été isolés par Sune Bergström et Bengt Samuelsson (Prix Nobel Médecine 1982) dans le tissu prostatique (d’où

leur nom).

• Ils résultent de l’action des cyclooxygénases (Cox) sur l’AA.

• Ils contiennent un cycle à 5 carbones saturé ou insaturé, résultant de la liaison entre les carbones 8 et 12 de

l’AA.

Le noyau porte des substituants qui définissent les principaux groupes de prostaglandines : A à I. On précise

ensuite E1 par exemple, 1 pour le nombre d’insaturation.

Ils ont une action (autocrine ou paracrine) extrêmement diverse en fonction des tissus. Ex :

• Contraction du muscle utérin (règles et accouchement)

• Cycle sommeil-veille

• Fièvre, inflammation, douleur

John Vane montre que l’aspirine et d’autres médicaments anti-inflammatoires agissent en bloquant la

synthèse de certaines prostaglandines (et aussi du TxA2) (Prix Nobel Médecine 1982 partagé avec Bergström et

Samuelsson.

B) Thromboxanes A2 (TxA2)

Ils résultent aussi de l’action des COX, ce sont des dérivés de la PGH2 sous l’action de la thromboxane synthase (dans

les plaquettes+++).

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Ils contractent les muscles lisses et induit

l’agrégation plaquettaire (coagulation sanguine).

L’aspirine, à faible dose, inhibe la synthèse de la TxA2

dans les plaquettes (inhibition irréversible de la Cox

plaquettaire) et donc préviendrait la formation de

thrombus dans les artères coronaires et cérébrales.

(Recommandé pour les personnes âgées)

6 cotés sur le cycle mais 5 carbones car il y a de l’oxygène. On retrouve aussi une fonction éther.

C) Leucotriènes

Ils ont été isolés dans les leucocytes pour la première fois, où ils sont majoritairement produits.

Ils contiennent trois doubles liaisons conjuguées (alors que normalement les doubles liaisons sont

séparées par un groupement méthylène) !

Ils résultent de l’action de la 5-lipoxygénase sur l’AA avec production de leucotriène A4 (LTA4), rapidement

métabolisé. Les autres leucotriènes (B4, C4, D4, E4, F4) dérivent du LTA4.

Les leucotriènes actifs sont :

• LTB4 : chémoattractant pour les cellules inflammatoires (pour le système immunitaire)

• LTC4 et LTD4 : contraction muscle lisse (bronches ++), en plus de l’hypersécrétion → impliqués dans la crise

d’asthme. Le montélukast va inhiber l’action des leucotriènes sur les bronches, pour éviter les crises

d’asthme.

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Récapitulatif POINTS IMPORTANTS

Chapitre 6 : Molécules signales

➢ Définition et rappel : a. Molécule informationnelle : « corps chimique » produit par une cellule vivante (ou un virus)

pour transmettre un signal à une autre cellule (ou à elle-même). La réception de signal via un récepteur spécifique va alors modifier un mécanisme dans la cellule cible.

b. Rôle des glucides : énergétique (oxydation), structurel, signalisation

➢ Glycoprotéines : • Protéines possédant une ou plusieurs chaînes oligosaccharidiques liées de manière covalente.

2 types de liaisons : ▪ Liaison O-glycosidique : entre le carbone anomérique de l’ose et la fonction

alcool d’un résidu sérine ou thréonine ▪ Liaison N-glycosidique : entre le carbone anomérique de l’ose et l’azote de la

fonction amide d’un résidu asparagine

• 7 oses principaux des chaînes glycaniques : Glc, Gal, Man, Fuc, N-acétylgalactosamine,

N-acétylglucosamine, l’acide N-acétylneuraminique (acide sialique).

• Remarque : La glycosylation des protéines est très fréquente

• Enzymes de la glycosylation : glycosyltransférases

• Glycosylation ≠ glycation

• La glycosylation a lieu sur des protéines membranaires (glycosylation extracellulaire) ou solubles (IC ou secrété : immunoglobulines, hormones…)

A. Rôles de la glycosylation : a. Augmenter la solubilité/polarité de la protéine b. Influencer la maturation de la protéine dans le RE/Golgi (« folding »).

c. Déterminer la structure 3D de la protéine

d. Protection de l’attaque des enzymes protéolytiques.

e. Fonction informationnelle : « code glucidique » (sugar code) lu par les lectines.

f. La glycosylation va augmenter la durée de vie de certaines protéines plasmatiques

g. A contrario, la glycosylation va diminuer la durée de vie de certaines protéines plasmatiques.

B. Sugar Code • Code très varié qui peut générer une grande quantité d’informations.

• Les variations de ce code sont dues à des changements : o Dans la séquence des oses

o Dans la configuration (alpha/beta)

o Dans les branchements

o Dans les réactions de substitutions (acétylation, sulfatation, phosphorylation)

• Le code est lu de façon spécifique par les lectines.

C. Lectines et lecture du code génétique.

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• Les lectines reconnaissent un seul type d’oses grâce à un site spécifique d’un motif glycane donné (CRD).

• Rôle des lectines : o Reconnaissance inter-cellulaire

o Adhésion cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire

o Signalisation cellulaire

o Adressage intracellulaire de protéines…

▪ Ex : reconnaissance des virus, interactions avec les sélectines…

➢ Glycolipides • On les retrouve dans les membranes cellulaires (feuillet externe de la bicouche lipidique) et sont composés

par les mêmes oses qui forment les chaînes glycanes des glycoprotéines.

• Rôle dans la reconnaissance d’interactions moléculaires et cellulaires. o Déterminants des groupes sanguins ABO = glycolipides o Oxydation contrôlée de l’acide arachidonique : production des eicosanoïdes.

Eicosanoïdes : molécules paracrines et autocrines responsables du déclenchement des éléments caractéristiques

de l’inflammation (tumeur, douleur, rougeur, chaleur, impuissance fonctionnelle)

→ Les prostaglandines : • Formés à partir de l’action des cyclooxygénases sur l’AA

• Différents groupes de prostaglandines (A → I)

• Action (autocrine/paracrine) très diverses selon les tissus : o Contraction du muscle utérin o Cycle sommeil-veille o Fièvre, inflammation, douleur

→ Les thromboxanes A2 (TxA2) : • Formés à partir de l’action des cyclooxygénases (COX)

• Dérivés de la prostaglandines PGH2 par l’effet de la thromboxane synthase

• Rôles : o Contraction des muscles lisses o Induction de l’agrégation plaquettaire

▪ Ex : inhibition de la synthèse des thromboxanes TxA2 par l’aspirine prévient de l’agrégation plaquettaire dans les artères coronaires et cérébrales

→ Les leucotriènes :

• Majoritairement produits par les leucocytes

• Possèdent trois doubles liaisons conjuguées

• Formés à partir de l’action de la 5-lipoxygénase sur l’AA donnant le leucotriène A4 (LTA4)

• Les LTA4 donnent les autres leucotriènes (B4, C4, D4, E4, F4)

• Leucotriènes notables : o LTB4 : chémoattractant pour les cellules inflammatoires. o LTC4 et LTD4 : contraction muscle lisse (crise d’asthme).

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Notes

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Entrainements Cours 4 : Le Cholestérol et les Lipoprotéines

QCM 1 – CONCERNANT LA STRUCTURE DU CHOLESTEROL, LAQUELLE (LESQUELLES) DES PROPOSITIONS

SUIVANTES EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Le cholestérol détient une fonction hydroxyle liée au C3 B) Le cholestérol est polaire grâce aux quatre cycles qu’il renferme C) Le cholestérol est composé de 47 atomes de carbone D) Le cholestérol fait partie de la famille des prénols E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

QCM 2 – CONCERNANT LE METABOLISME DU CHOLESTEROL, LAQUELLE (LESQUELLES) DES PROPOSITIONS

SUIVANTES EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) La HMG-CoA réductase est une enzyme essentielle dans la régulation de la synthèse endogène de cholestérol B) L’ACAT et le LCAT entrent en jeu dans la formation des sels bilaires C) L’acide cholique et l’acide chénodesoxycholique sont des acides biliaires primitifs D) La prégnénolone permet de former directement de l’androgène E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

Exercice 1 :

Reliez ces organes aux actions qu’ils accomplissent dans le métabolisme du cholestérol :

Foie

Intestin

Tissu

périphérique

Synthèse endogène de cholestérol

Récupération du cholestérol des lipoprotéines

Synthèse des hormones stéroïdes

Absorption du cholestérol biliaire

Absorption du cholestérol exogène

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Exercice 2 :

Complétez le tableau suivant sur les compositions des lipoprotéines :

Lipoprotéine Composante lipidique majeure Principale apolipoprotéine

HDL

LDL

IDL

VLDL

Chylomicron

Exercice 3 :

VRAI/FAUX

A) Les chylomicrons passent par la lymphe avant de rejoindre les tissus périphériques

B) Les remnants des chylomicrons sont riches en Apo A-I

C) Le HDL est considéré comme le bon cholestérol

D) Dans la voie endogène du cholestérol, l’IDL se transforme en VLDL

E) L’HDL peut donner son cholestérol pour la formation des sels biliaires

F) La présence d’Apo E sur les LDL rend difficile la liaison sur leur récepteur (LDLr)

G) L’absence d’anti-oxydant sur les HDL est responsable de la formation des plaques d’athérome dans l’intima des

artères

H) Dans la voir retour du cholestérol, l’Apo A-I se transforme en pré-beta HDL puis en HDL

Cours 5 : Les Vitamines

QCM 1 – CONCERNANT LES VITAMINES LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Elles présentent une valeur énergétique

B) 2 différents moyens existent pour classer les vitamines

C) Un groupement prosthétique caractérise la partie non protéique solidement lié de manière non covalente à

l’apoenzyme

D) La vitamine B3 correspond à 2 molécules : l’acide nicotinique et son amide, la nicotinamine

E) Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte

QCM 2 – CONCERNANT LA VITAMINE B2 ET LES COENZYMES FAVINIQUES (FMN ET FAD) LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Le FMN ou le FAD sont liés de manière covalente à leur déshydrogénase correspondante

B) La riboflavine est un dérivé du noyau isoalloxazine

C) L’acceptation d’un électron donne FADH2

D) Il faut 20mg par jour de cette vitamine

E) Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte

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QCM 3 – CONCERNANT LES AUTRES VITAMINES DU GROUPE B LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT)

EXACTE(S) ?

A) L’acide folique est la vitamine B9

B) La vitamine B9 peut jouer un rôle dans la synthèse de bases azotées

C) La vitamine B6 est un précurseur du CoenzymeA

D) Une carence de thiamine peut entraîner le syndrome de béribéri

E) Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte

QCM 4 – CONCERNANT LA VITAMINE C LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) La vitamine ci-contre représente la vitamine C

B) Cette vitamine peut participer dans des réactions

d’hydrogénation

C) La vitamine C est antioxydante

D) Il existe des risques à une surconsommation de cette

vitamine

E) Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte

QCM 5 – CONCERNANT LA VITAMINE A LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Cette vitamine peut provenir d’aliments d’origine animale comme le beurre

B) Le rétinol provient directement du bêta-carotène

C) La vitamine A joue principalement 3 rôles biologiques

D) Le rétinol est transporté dans le plasma tel-quel

E) Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte

QCM 6 – CONCERNANT LA VITAMINE D LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) Cette vitamine peut provenir du cholestérol

B) La vitamine D3 est aussi appelée ergocalciférol

C) La vitamine D (D2 ou D3) est hydroxylée en 1 dans le rein et en 25 dans le foie

D) En termes d’efficacité, les vitamines D2 et D3 sont les mêmes

E) Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte

QCM 7 – CONCERNANT LA VITAMINE K LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) La molécule ci-contre est la vitamine K

B) Cette vitamine est très présente dans les choux

C) La carence de cette vitamine entraîne une augmentation de la

coagulation sanguine.

D) La vitamine K joue un rôle unique qui est au niveau de la coagulation

sanguine

E) Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte

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Cours 6 : Les Molécules Signal

Exercice 1 :

Complétez ce texte avec les mots appropriés.

Les glycoprotéines des protéines ayant un ou plusieurs chaines .................................. liées par des liaisons

......................... .

La liaison va se faire entre le carbone ............................ de l’ose et :

- La fonction alcool d’un résidu ................... ou ............................. -> liaison ........................................ - L’azote de la fonction amide d’un résidu ............................. -> liaison ..........................................

Exercice 2 :

VRAI/FAUX

A) Les glycosyltransférases permettent de glycolyse les protéines

B) La glycosylation se fait sur des protéines nucléaires

C) La glycosylation des protéines diminue leur polarité

D) La glycolisation des protéines a une fonction informationnelle

E) La glycolisation des protéines augmente toujours la durée de vie des protéines plasmatiques

QCM 1 – CONCERNANT L’OXYDATION DE L’ACIDE ARACHIDONIQUE, LAQUELLE (LESQUELLES) DES PROPOSITIONS

SUIVANTES EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) L’oxydation de l’acide arachidonique donne dans un premier temps des cyclooxygénases et des lipoxygénases B) La génération des eicosanoïdes va participer aux éléments clef de l’inflammation : tumeur, douleur, rougeur,

chaleur C) Les prostaglandines résultent de l’action des cyclooxygénases D) Les leucotriènes résultent de l’action des lipoxygénases E) Aucune des réponses ci-dessus n’est exacte

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Corrections Cours 4 : Le Cholestérol et les Lipoprotéines

QCM 1 – CONCERNANT LA STRUCTURE DU CHOLESTEROL, LAQUELLE (LESQUELLES) DES PROPOSITIONS

SUIVANTES EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) FAUX : il est polaire grâce à sa fonction hydroxyle C) FAUX : il est composé de 27 atomes de carbone D) FAUX : il fait parti de la famille des stérols E) FAUX

QCM 2 – CONCERNANT LE METABOLISME DU CHOLESTEROL, LAQUELLE (LESQUELLES) DES PROPOSITIONS

SUIVANTES EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI B) FAUX : ils entrent en jeu dans la formation des esters de cholestérol C) VRAI D) FAUX : la prégnénolone devient d’abord de la progestérone avant de se différencier en androgène dans les

testicules E) FAUX

Exercice 1 :

Reliez ces organes aux actions qu’ils accomplissent dans le métabolisme du cholestérol :

Tous les tissus comportant des cellules nucléées sont capables de produire du cholestérol endogène, même si ce rôle revient

très largement au foie.

Foie

Intestin

Tissu

périphérique

Synthèse endogène de cholestérol

Récupération du cholestérol des lipoprotéines

Synthèse des hormones stéroïdes

Absorption du cholestérol biliaire

Absorption du cholestérol exogène

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Exercice 2 :

Complétez le tableau suivant sur les compositions des lipoprotéines :

Lipoprotéine Composante lipidique majeure Principale apolipoprotéine

HDL Cholestérol A-I

LDL Cholestérol B-100

IDL Triglycéride et cholestérol B-100 et E

VLDL Triglycéride B-100 et E

Chylomicron Triglycéride B-48

Exercice 3 :

VRAI/FAUX

A) VRAI

B) VRAI

C) VRAI

D) FAUX : c’est l’inverse, dans la voie endogène du cholestérol, le VLDL se transforme en IDL

E) VRAI : c’est un système d’élimination du cholestérol

F) FAUX : c’est l’absence d’Apo E sur les LDL qui rend difficile la liaison sur leur récepteur (LDLr), ce qui allonge leur durée

de vie et augmente le risque de formation de plaques d’athérome

G) FAUX, c’est l’absence d’anti-oxydant sur les LDL qui est responsable de la formation des plaques d’athérome dans

l’intima des artères

H) VRAI

Cours 5 : Les Vitamines

QCM 1 - CONCERNANT LES VITAMINES, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : aucune valeur énergétique mais elles sont primordiales au bon fonctionnement de l’organisme et de

ses fonctions vitales. Nuance à bien saisir

B) VRAI : une classification fonctionnelle (vitamines qui sont des coenzymes ou leur précurseur celles qui

agissent selon d’autres mécanismes) et une classification chimique en rapport avec leur solubilité (vitamines

liposolubles ADEK et hydrosolubles)

C) FAUX : si c’est solidement lié c’est forcément de manière covalente

D) FAUX : son amide est la nicotinAMIDE

E) FAUX

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QCM 2 - CONCERNANT LA VITAMINE B2 ET LES COENZYMES FLAVINIQUES (FMN et FAD), LAQUELLE

(LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : contrairement au NAD. Parmi ces déshydrogénases on peut citer la succinate déshydrogénase ou

complexe II de la chaine respiratoire

B) VRAI : riboflavine = vitamine B2

C) FAUX : l’acceptation d’un seul électron donne la forme semiquinone FADH+ qui peut subir à son tour l’acceptation

d’un autre électron pour donner la forme complétement réduite FADH2

D) FAUX : il en faut seulement 2 à 3mg par jour, 20mg/j correspond aux besoins quotidiens de la vitamine B2

E) FAUX

QCM 3 - CONCERNANT LES AUTRES VITAMIES DU GROUPE B, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT)

EXACTE(S) ?

A) VRAI

B) VRAI

C) FAUX : La vitamine B5 (acide pantothénique) est un précurseur du CoenzymeA

D) VRAI

E) FAUX

QCM 4 - CONCERNANT LA VITAMINE C, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : c’est cette molécule qui représente la vitamine C, l’autre représente la vitamine E

B) FAUX : des réactions d’hydroxylation (par la présence de 5 hydroxyles sur la molécule)

C) VRAI : à savoir !

D) FAUX : aucun risque

E) FAUX

QCM 5 - CONCERNANT LA VITAMINE A, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : mais aussi peut provenir de végétaux (carottes+++)

B) FAUX : le bêta-carotène subira premièrement un clivage au niveau intestinal pour former le rétinal qui pourra

ensuite former le rétinol après oxydation. Donc il existe une étape intermédiaire entre le bêta-carotène et le rétinol

C) VRAI : rôle dans la vision & rôle dans la régulation du développement mais aussi un rôle dans la trophicité des

épithéliums

D) FAUX : il est transporté dans le plasma grâce à la RPB (Rétinol Binding Protéine)

E) FAUX

QCM 6 - CONCERNANT LA VITAMINE D, LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : c’est une source endogène importante

B) FAUX : c’est la vitamine D2

C) VRAI

D) FAUX : la vitamine D3 a une efficacité supérieure à la vitamine D2

E) FAUX

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QCM 7 - CONCERNANT LA VITAMINE K LAQUELLE (LESQUELLES) EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) FAUX : c’est la vitamine D. La vitamine K est la molécule ci-contre :

B) VRAI : très répandue dans les feuilles vertes

C) FAUX : une diminution de la coagulation sanguine car c’est la

vitamine antihémorragique

D) FAUX : plusieurs autres rôle (métabolisme osseux, calcifications

vasculaires, croissance cellulaire, apoptose...)

E) FAUX

Cours 6 : Les Molécules Signal

Exercice 1 :

Complétez ce texte avec les mots appropriés.

Les glycoprotéines des protéines ayant un ou plusieurs chaines oligosaccharidiques liées par des liaisons covalentes.

La liaison va se faire entre le carbone anomérique de l’ose et :

- La fonction alcool d’un résidu sérine ou thréonine -> liaison O-glycosidique. - L’azote de la fonction amide d’un résidu asparagine -> liaison N-glycosidique.

Exercice 2 :

VRAI/FAUX

A) VRAI

B) FAUX : elle se fait sur des protéines membranaires en extracellulaire.

C) FAUX : au contraire la polarité augmente.

D) VRAI

E) FAUX : la glycosylation des protéines peut aussi diminuer la durée de vie des protéines plasmatiques.

QCM 1 – CONCERNANT L’OXYDATION DE L’ACIDE ARACHIDONIQUE, LAQUELLE (LESQUELLES) DES PROPOSITIONS

SUIVANTES EST (SONT) EXACTE(S) ?

A) VRAI : puis les cyclooxygénases ou les lipoxygénases donneront des leucotriènes, des prostaglandines et des

thromboxanes

B) VRAI C) VRAI D) VRAI E) FAUX

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Notes Biochimie