Fiche de révision : biochimie et biophysique

📋 Plan du Cours

1. Biochimie et matière
2. Organisation et composition du vivant
3. Isotopes et radioactivité
4. Liaisons chimiques
5. Ions et équilibre physiologique
6. Eau et propriétés de solubilité
7. Unités et réactions chimiques
8. Régulation respiratoire du pH
9. Mécanismes rénaux et déséquilibres
10. Glucides et polysaccharides
11. Lipides et transport sanguin
12. Protides et enzymes
13. Métabolisme et production d’ATP
14. Métabolisme du glucose
15. Métabolisme hépatique des lipides
16. Métabolisme des protides
17. États nourri et jeûne
18. Situations cliniques intégratives

📖 1. Biochimie et matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Biochimie : Science qui étudie la composition et les réactions chimiques des êtres vivants.

★ À maîtriser

📌 La matière occupe un volume, possède une masse et peut être solide, liquide ou gazeuse, tandis que l’énergie n’occupe pas de volume, n’a pas de masse et s’observe par ses effets sur la matière.

Compléments

• L’énergie se mesure notamment en:
  • joules
  • kilojoules
  • calories
  • kilocalories

💡 Astuce mémo

Composition et réactions chimiques → compréhension du vivant

📖 2. Organisation et composition du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constitué de particules subatomiques, avec des protons et des neutrons dans le noyau et des électrons autour du noyau.

📝 Points essentiels

• 🔄 L’organisation du vivant s’étend selon la séquence suivante:
  1. niveau chimique
  2. organites
  3. cellules
  4. tissus
  5. organes
  6. systèmes
  7. organisme

📌 Un atome électriquement neutre possède autant de protons que d’électrons.

• Les quatre principaux éléments du corps humain sont:
  • l’oxygène (O), 65,0 %
  • le carbone (C), 18,5 %
  • l’hydrogène (H), 9,5 %
  • l’azote (N), 3,2 %

💡 Astuce mémo

Atome → composé → organite → cellule → tissu → organe → système → organisme

📖 3. Isotopes et radioactivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Éléments qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.

★ À maîtriser

📌 Deux isotopes d’un même élément ont des propriétés chimiques semblables mais des propriétés physiques différentes.

• Les radio-isotopes sont utilisés en médecine nucléaire à des fins thérapeutiques et diagnostiques, notamment le cobalt-60 en radiothérapie et le fluor-18 pour détecter des cancers.

Compléments

📐 Formule - Le nombre de masse d’un isotope vérifie $A = nombre\text{ de protons} + nombre\text{ de neutrons}$.

• L’iode 127 est un isotope stable, tandis que l’iode 131 possède un noyau instable et radioactif.

💡 Astuce mémo

Même protons, neutrons différents : isotope stable ou radioactif

📖 4. Liaisons chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Pont hydrogène : Interaction intermoléculaire résultant de l’attraction électrostatique entre le δ+ d’une liaison covalente polaire et le δ− d’une autre liaison covalente polaire.

📝 Points essentiels

📌 Une liaison ionique résulte d’un transfert complet d’électrons de valence et forme des ions, tandis qu’une liaison covalente résulte d’un partage d’électrons de valence et forme des molécules.

📌 Une liaison covalente non polaire partage les électrons de manière égale, tandis qu’une liaison covalente polaire les partage de manière inégale.

💡 Astuce mémo

Ionique = transfert d’électrons ; covalente = partage d’électrons

📖 5. Ions et équilibre physiologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Ionogramme plasmatique : Dosage des principaux ions, ou électrolytes, du plasma qui permet d’évaluer l’hydratation et l’équilibre acido-basique de l’organisme.

★ À maîtriser

• Le sodium est le principal cation extracellulaire et participe à l’équilibre hydrique, à l’équilibre acido-basique, à la conduction de l’influx nerveux et à la contraction musculaire.

• Le potassium est le principal cation intracellulaire et participe à l’équilibre hydrique, à l’équilibre acido-basique, à la conduction nerveuse et à la contraction musculaire.

• Le calcium intervient dans la minéralisation des os et des dents, la conduction nerveuse, la contraction musculaire et la coagulation sanguine.

Compléments

• Le magnésium participe à la minéralisation des os et des dents, à la conduction nerveuse, à la contraction musculaire et agit comme cofacteur enzymatique.

💡 Astuce mémo

Na⁺ extracellulaire, K⁺ intracellulaire

📖 6. Eau et propriétés de solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Eau : Molécule polaire possédant un pôle δ− et un pôle δ+ qui constitue un excellent solvant pour les ions, les composés ioniques et les molécules polaires.

★ À maîtriser

📌 Les composés hydrophiles sont solubles dans l’eau, tandis que les composés hydrophobes ne le sont pas et que les composés amphiphiles possèdent des régions hydrophiles et hydrophobes.

Compléments

• Les nutriments hydrophiles comprennent:

  • les monosaccharides
  • les acides aminés
  • l’eau
  • les sels minéraux
  • les vitamines hydrosolubles B et C

• Les nutriments hydrophobes comprennent:

  • les acides gras
  • le cholestérol
  • les vitamines liposolubles A, D, E et K

💡 Astuce mémo

Hydrophile aime l’eau, hydrophobe l’évite, amphiphile combine les deux

📖 7. Unités et réactions chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration : Quantité de soluté exprimée par unité de volume de solution.
• Réaction chimique : Processus au cours duquel une ou plusieurs substances sont transformées en d’autres substances par réarrangement de la matière.
• Réaction d’oxydo-réduction : Réaction au cours de laquelle deux molécules échangent des électrons, l’une s’oxydant en les perdant et l’autre se réduisant en les gagnant.

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration massique vérifie $C = \frac{m\text{ du soluté}}{V\text{ de la solution}}$ et peut s’exprimer en g/L, mg/dL, mol/L ou mmol/L.

• Une solution à x % contient x grammes de soluté pour 100 mL de solution ; ainsi, une solution de NaCl à 20 % contient 20 g de NaCl pour 100 mL.

📌 Une réaction totale transforme entièrement les réactifs en produits, tandis qu’une réaction réversible se déroule simultanément dans le sens direct et dans le sens inverse.

📌 Lorsqu’un système chimique à l’équilibre est perturbé, il évolue dans une direction qui minimise cette perturbation.

• Les radicaux libres sont des composés chimiques instables possédant un nombre impair d’électrons et pouvant endommager l’ADN, les membranes, les lipides et les protéines cellulaires.

Compléments

• Le stress oxydatif résulte d’un déséquilibre entre les radicaux libres et les antioxydants, d’origine endogène ou exogène.

💡 Astuce mémo

Quantité → concentration → équilibre → réaction

📖 8. Régulation respiratoire du pH

★ À maîtriser

• Dans les capillaires pulmonaires, les ions bicarbonate sont transformés en CO2, qui diffuse vers les alvéoles puis est éliminé par expiration.

📌 Une augmentation de la ventilation diminue la concentration alvéolaire en CO2, déplace la réaction HCO3- + H+ ⇌ CO2 + H2O vers la formation de CO2, diminue la concentration en H+ et augmente le pH sanguin.

📌 Une diminution de la ventilation augmente la concentration alvéolaire en CO2, augmente la concentration sanguine en H+ et diminue le pH sanguin.

Compléments

• L’hyperventilation peut être provoquée par l’altitude, des émotions fortes, le stress ou la douleur et entraîne une alcalose respiratoire avec un pH plasmatique anormalement élevé et une pCO2 anormalement basse.

• L’hypoventilation peut être associée à la bronchite chronique, à l’obésité extrême ou à la mucoviscidose et entraîne une acidose respiratoire avec un pH plasmatique anormalement bas et une pCO2 anormalement élevée.

💡 Astuce mémo

Ventilation accrue → CO2 diminué → H+ diminués → pH augmenté

📖 9. Mécanismes rénaux et déséquilibres

🔑 Notions clés & Définitions

• Mécanismes rénaux : Agissent lentement mais très efficacement en maintenant les réserves de bicarbonate et en éliminant les composés acides non volatils.

📝 Points essentiels

📌 Pour corriger une acidification du plasma, les reins augmentent les réserves de HCO3- et la sécrétion d’H+ ; pour corriger une alcalinisation, ils diminuent les réserves de HCO3- et la sécrétion d’H+.

📌 Une alcalose métabolique correspond à un pH supérieur à 7,45 associé à une concentration anormalement élevée en HCO3-, tandis qu’une acidose métabolique correspond à un pH inférieur à 7,35 associé à une concentration anormalement basse en HCO3-.

• Le pH sanguin physiologique est compris entre 7,35 et 7,45.

💡 Astuce mémo

Acidose métabolique : HCO3- bas ; acidose respiratoire : CO2 haut

📖 10. Glucides et polysaccharides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Molécules hydrophiles anciennement appelées hydrates de carbone et classées en monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides et polysaccharides.

★ À maîtriser

📌 Le saccharose associe un glucose et un fructose, le maltose associe deux glucoses et le lactose associe un glucose et un galactose.

• Le glycogène est un polymère ramifié de glucose servant de réserve énergétique à long terme chez les animaux, principalement dans le foie et les muscles squelettiques.

• Les monosaccharides alimentaires sont absorbés directement par les cellules intestinales, tandis que les polysaccharides, oligosaccharides et disaccharides doivent d’abord être digérés en monosaccharides.

Compléments

• L’amidon est un polymère de glucose constituant une réserve énergétique chez les végétaux, tandis que la cellulose est un polymère de glucose constituant la paroi des cellules végétales et formant des fibres insolubles.

📖 11. Lipides et transport sanguin

🔑 Notions clés & Définitions

• Triglycérides : Formés d’un glycérol et de trois acides gras et constituant des molécules hydrophobes qui forment des gouttelettes lipidiques.
• Phospholipides : Comprennent un glycérol, deux acides gras, un groupement phosphate et une petite molécule organique chargée, ce qui leur confère un caractère amphiphile.

📝 Points essentiels

📌 Un acide gras saturé ne possède aucune double liaison dans sa chaîne hydrocarbonée, tandis qu’un acide gras insaturé possède une ou plusieurs doubles liaisons.

• Les triglycérides assurent le stockage de l’énergie à raison de 9 kcal/g, protègent les organes vitaux et participent à l’isolation thermique.

📌 Les chylomicrons transportent les triglycérides et le cholestérol alimentaires depuis l’intestin, les VLDL transportent ceux synthétisés par le foie, les LDL transportent le cholestérol vers les tissus et les HDL le ramènent des tissus vers le foie.

💡 Astuce mémo

HDL ramène le cholestérol vers le foie, LDL le distribue aux tissus

📖 12. Protides et enzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Protéine capable d’accélérer spécifiquement une réaction biochimique et jouant le rôle de catalyseur.

★ À maîtriser

📌 Les protéines fibreuses sont longues et filiformes et assurent surtout un rôle structural, tandis que les protéines globulaires sont compactes et sphériques et assurent des fonctions biologiques variées.

📌 L’activité enzymatique peut être modulée par la concentration de l’enzyme ou du substrat, les inhibiteurs enzymatiques, la température et le pH.

Compléments

• Une mutation dans la séquence de l’hémoglobine provoque l’anémie falciforme, caractérisée par une vaso-occlusion et la destruction des globules rouges déformés.

• L’allopurinol traite la goutte en inhibant la xanthine oxydase, enzyme impliquée dans l’accumulation d’acide urique.

💡 Astuce mémo

Protéines fibreuses : structure ; protéines globulaires : fonctions biologiques

📖 13. Métabolisme et production d’ATP

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Ensemble des réactions chimiques nécessaires au maintien de la vie et réseau de voies métaboliques se déroulant simultanément dans la cellule.
• ATP : Forme d’énergie chimique utilisable par toutes les cellules, dont les liaisons phosphate riches en énergie peuvent être hydrolysées pour libérer de l’énergie.

📝 Points essentiels

📌 L’anabolisme synthétise des molécules complexes à partir de molécules simples en consommant de l’énergie, tandis que le catabolisme dégrade des molécules complexes en molécules simples en libérant de l’énergie.

📐 Formule - La respiration cellulaire oxyde le glucose selon l’équation $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$ et produit environ 32 ATP.

• La respiration cellulaire comprend la glycolyse, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative.

💡 Astuce mémo

Glycolyse → cycle de Krebs → phosphorylation oxydative

📖 14. Métabolisme du glucose

🔑 Notions clés & Définitions

• Gluconéogenèse : La gluconéogenèse forme du glucose à partir de lactate, de certains acides aminés, de glycérol et d’acide oxaloacétique, principalement dans le foie et dans une moindre mesure dans les reins.

📝 Points essentiels

• La glycolyse transforme le glucose en deux molécules de pyruvate et produit de l’ATP ainsi que des électrons mis en réserve.

📌 En période nourrie, l’insuline diminue la glycémie en favorisant la glycolyse, la glycogénogenèse et la lipogenèse et en inhibant la glycogénolyse et la gluconéogenèse.

📌 En période de jeûne, le glucagon augmente la glycémie en stimulant dans le foie la glycogénolyse et la gluconéogenèse et dans le tissu adipeux la lipolyse.

• La glycémie à jeun doit rester comprise entre 70 et 100 mg/dL afin de maintenir notamment l’approvisionnement énergétique de l’encéphale.

💡 Astuce mémo

Insuline en phase nourrie ; glucagon en période de jeûne

📖 15. Métabolisme hépatique des lipides

📝 Points essentiels

• Le foie est responsable d’une grande partie du métabolisme des lipides, notamment de la synthèse d’ATP pour les cellules hépatiques, du cholestérol et des lipoprotéines VLDL.

• En période nourrie, les triglycérides formés dans le tissu adipeux sont stockés dans des gouttelettes lipidiques, tandis que ceux formés dans le foie sont incorporés dans des VLDL puis transportés vers le tissu adipeux par la circulation sanguine.

• En période de jeûne, la lipolyse libère du glycérol et des acides gras dans la circulation sanguine ; le glycérol peut entrer dans la glycolyse ou être converti en glucose par le foie, tandis que les acides gras sont transformés en acétyl-CoA par β-oxydation.

📌 L’acétyl-CoA issu de la β-oxydation peut poursuivre son oxydation dans le cycle de Krebs pour produire de l’ATP, mais il ne peut pas être converti en glucose.

• Pendant un jeûne prolongé, le foie convertit l’acétyl-CoA en corps cétoniques, qui sont libérés dans le sang et utilisés comme combustible énergétique par le muscle et le cerveau.

📌 Les corps cétoniques sont des composés acides ; leur accumulation sanguine peut provoquer une cétose accompagnée d’une diminution du pH plasmatique.

💡 Astuce mémo

Jeûne → lipolyse → acétyl-CoA → corps cétoniques

📖 16. Métabolisme des protides

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides aminés : Constituants des protéines alimentaires et cellulaires et pouvant être transformés en intermédiaires de la glycolyse ou du cycle de Krebs

★ À maîtriser

📌 Contrairement aux glucides et aux lipides, les acides aminés excédentaires ne sont pas stockés sous forme de protéines.

• Le squelette carboné peut être orienté vers:
  • la production d’énergie
  • la gluconéogenèse
  • la lipogenèse
  • la cétogenèse

📌 L’ion ammonium NH4+ est un produit du métabolisme hautement nocif pour les cellules ; il peut être réutilisé pour synthétiser des composés azotés ou converti en urée par le foie.

Compléments

• L’urée produite par le foie rejoint les reins par la circulation sanguine puis est excrétée dans l’urine.

💡 Astuce mémo

Glucides et lipides se stockent ; acides aminés excédentaires ne se stockent pas

📖 17. États nourri et jeûne

📝 Points essentiels

• À l’état nourri, l’organisme utilise le glucose alimentaire pour produire de l’ATP par glycolyse, cycle de Krebs et phosphorylation oxydative, puis stocke l’excès sous forme de glycogène ou de triglycérides.

• À l’état de jeûne, l’organisme mobilise le glycogène hépatique, active la gluconéogenèse, mobilise les triglycérides du tissu adipeux et dégrade les protéines musculaires.

📌 Pendant le jeûne, les acides gras ne peuvent pas être convertis en glucose, mais leur dégradation fournit de l’ATP et des corps cétoniques.

💡 Astuce mémo

État nourri : stockage ; état de jeûne : mobilisation

📖 18. Situations cliniques intégratives

★ À maîtriser

• Le déficit en glucose-6-phosphatase est également appelé glycogénose de type I et se manifeste notamment par des épisodes d’hypoglycémie, une hépatomégalie et une intolérance au jeûne.

Compléments

• Chez un nourrisson atteint de glycogénose de type I, l’analyse génétique peut confirmer un déficit en glucose-6-phosphatase.

• Le régime cétogène est proposé dans une maladie rare caractérisée par un déficit en transporteur intracérébral du glucose.

📊 Tableaux de synthèse

Principaux ions de l’organisme

Types de liaisons chimiques