Synthèse rapide

• Les macromolécules biologiques sont des polymères (>100 kDa) formés par association de monomères via des liaisons covalentes.
• Les principales classes : sucres (polysaccharides), protéines, acides nucléiques, lipides.
• La structure et la fonction des biomacromolécules dépendent de leurs niveaux d'organisation (primaire à quaternaire pour les protéines).
• Les techniques analytiques incluent électrophorèse, chromatographie, spectrométrie de masse, biopuces, et biocapteurs.
• La préparation d’échantillons nécessite plusieurs étapes (lyse, fractionnement, purification).
• La connaissance de la structure et des propriétés physico-chimiques guide la sélection des méthodes d’analyse.
• La dénaturation (par chaleur, pH extrême, solvants organiques) modifie la structure des biomolécules.
• La séparation permet d’isoler les biomacromolécules selon leur taille, charge, structure ou affinité.
• La quantification et l’identification précises sont essentielles pour le développement de biomédicaments.
• La bioinformatique complète l’analyse expérimentale pour l’identification et l’étude fonctionnelle.

Concepts et définitions

• Macromolécule : polymère organique de plus de 100 kDa, constitué d’unités de base (monomères).
• Polymère : molécule formée par l’assemblage de monomères.
• Biomacromolécule : macromolécule d’origine biologique, structurée en plusieurs niveaux.
• Liaison covalente : liaison forte entre monomères.
• Liaison faible (H, van der Waals, hydrophobe) : interactions stabilisant la structure tridimensionnelle.
• Dénaturation : rupture des interactions faibles, perte de fonction sans cassure des liaisons covalentes.
• Techniques analytiques : électrophorèse, chromatographie, spectrométrie de masse, biopuces, biocapteurs.

Formules, lois, principes

• Polymérisation par condensation : formation de liaison covalente avec élimination d’eau.
• Hydrolyse : rupture de la liaison covalente via addition d’eau.
• Liaison peptidique (liaison amide) : liaison covalente entre acides aminés (prot. & peptides).
• Rôle du pH dans la séparation : influence l’état de charge des acides aminés, protéines, acides nucléiques.
• Gradient de pH en chromato : utilisé en chromatofocalisation pour la séparation par point isoélectrique $ pHi $.
• Coefficient de partage K en chromatographie d’exclusion : $ K = \frac{V_e - V_0}{V_t - V_0} $.
• Résolution Rs : $ Rs = 2 \times \frac{t_{rB} - t_{rA}}{\omega_B + \omega_A} $.

Méthodes et procédures

1. Préparation d’échantillons
   • Lyse cellulaire (mécanique, chimique, enzymatique).
   • Fractionnement (filtration, centrifugation, ultrafiltration, dialyse).
2. Séparation préliminaire
   • Filtration sur membrane ou solide/liquide.
   • Centrifugation simple ou ultracentrifugation (différentielle ou zonale).
3. Extraction
   • Liquide/liquide (phénol-chloroforme pour ADN, précipitation par solvant ou sel).
   • Solide/liquide (SPE, échange d'ions).
4. Purification et concentration
   • Chromatographie (échange d’ions, exclusion, affinity).
   • Électrophorèse (SDS-PAGE, 2D-GE).
5. Identification
   • Spectrométrie de masse (MALDI, ESI).
   • Bio-informatique (bases de données, moteurs de recherche).
6. Analyse fonctionnelle
   • Immunoassays (ELISA, Western blot).
   • Biocapteurs, biopuces.

Exemples illustratifs

• Extraction d’ADN par précipitation à l’éthanol et purification par échange d’ions.
• Séparation des protéines en 2D-GE : première dimension IEF, seconde SDS-PAGE.
• Identification de protéines par spectrométrie de masse après digestion enzymatique.

Pièges et points d'attention

• Risque de dégradation enzymatique si les conditions ne sont pas contrôlées.
• Biais dans la préparation pouvant entraîner des erreurs d’interprétation.
• Faux positifs/negatifs en immunochimie liés aux non-spécificités.
• Difficulté de reproduction en électrophorèse bidimensionnelle.
• Altération des protéines par dénaturation excessive ou conditions inadéquates.
• Sélection inadaptée des techniques selon la nature de la biomacromolécule.

Glossaire

• Polymère : molécule constituée de nombreuses unités répétées.
• Monomère : unité de base d’un polymère.
• Liaison covalente : liaison forte formée par partage d’électrons.
• Liaison faible : interaction non covalente stabilisant la structure.
• Dénaturation : perte de la structure tridimensionnelle d’une biomolécule.
• Hydrolyse: rupture de liaison covalente par ajout d’eau.
• Gradient de pH : variation progressive du pH dans une colonne chromatographique.
• Résolution: capacité à distinguer deux pics ou deux composants voisins.
• Biochip : support avec sondes moléculaires pour analyses à haut débit.
• Biocapteur : dispositif combinant un biorécepteur et un transducteur.
• Spectrométrie de masse : technique de détermination de masse et séquence peptidique.
• Electrophorèse: séparation de molécules sous champ électrique dans un gel.
• Dénaturation: déstructuration irréversible ou temporaire d’une biomolécule.
• Chimio- ou bio-informatique : utilisation de logiciels et bases de données pour l’analyse.

Ce résumé structure et synthétise le contenu du cours, en respectant les règles et la terminologie adaptées au niveau académique.