Fiche de révision : Fonctions des glucides et lipides

📋 Plan du Cours

1. Organisation et liaisons du vivant
2. Oligo-éléments et acides aminés
3. Fonctions et propriétés des protéines
4. Classification des glucides
5. Réserves glucidiques animales et végétales
6. Production énergétique du glucose
7. Rôles structuraux des glucides
8. Régulation hormonale de la glycémie
9. Classes et fonctions des lipides
10. Signalisation lipidique
11. Isolation thermique

📖 1. Organisation et liaisons du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Biochimie : Science qui étudie les constituants chimiques des êtres vivants, leurs propriétés, leurs interactions et les réactions chimiques des cellules et des organismes.
• Nucléons : Protons et neutrons qui constituent le noyau atomique.

★ À maîtriser

• Les niveaux d’organisation de la matière vivante sont, dans l’ordre :

  • l’atome
  • la molécule
  • la macromolécule
  • la cellule
  • le tissu
  • l’organe
  • l’appareil ou le système
  • l’organisme

• Les éléments carbone, hydrogène, oxygène et azote représentent une grande partie de la matière vivante.

📌 Les liaisons fortes nécessitent beaucoup d’énergie pour être rompues, tandis que les liaisons faibles en nécessitent peu.

Compléments

• Un atome est formé d’un noyau contenant des protons chargés positivement et des neutrons sans charge électrique, ainsi que d’un nuage électronique constitué d’électrons chargés négativement.

• Les liaisons fortes comprennent :

  • les liaisons covalentes
  • les liaisons par coordinence ou coordination
  • les liaisons salines ou ioniques

• Une liaison covalente résulte de la mise en commun d’électrons de la couche externe de deux atomes, comme dans la molécule Cl₂.

• La liaison ionique entre l’ion sodium Na⁺ et l’ion chlore Cl⁻ forme le chlorure de sodium NaCl.

• Les liaisons faibles, très nombreuses dans la chimie du vivant, comprennent essentiellement les liaisons hydrophobes et les liaisons hydrogène.

• Des molécules simples s’associent pour former des structures complexes : les acides aminés forment des protéines, les nucléotides forment l’ADN ou l’ARN, le glucose et les autres monosaccharides forment des polysaccharides, les acides gras associés au glycérol forment des lipides complexes

💡 Astuce mémo

Atome → molécule → macromolécule → cellule

📖 2. Oligo-éléments et acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Molécule possédant un carbone α lié à un groupement amine, un groupement carboxyle, un hydrogène et une chaîne latérale R qui détermine ses propriétés physico-chimiques.
• Acides aminés essentiels : Acides aminés que l’être humain ne peut pas synthétiser et qui doivent donc être apportés par l’alimentation.
• Structure primaire : La séquence et l’ordre d’enchaînement de ses acides aminés.
• Structure secondaire : Le repliement local de la chaîne peptidique, stabilisé par des liaisons hydrogène, qui forme notamment des hélices α ou des feuillets β.
• Structure tertiaire : Le repliement tridimensionnel d’une chaîne peptidique, dû à des liaisons hydrogène, hydrophobes ou covalentes entre des résidus distants d’une même chaîne.
• Structure quaternaire : L’association de plusieurs chaînes peptidiques par des liaisons hydrogène, hydrophobes ou covalentes pour former des oligomères.
• Acides aminés conditionnellement essentiels : Les acides aminés conditionnellement essentiels, comme la glutamine, la cystéine et l’arginine, deviennent indispensables lorsque les besoins de l’organisme dépassent sa capacité maximale à les synthétiser de novo.

★ À maîtriser

📌 Les macroéléments, comme le sodium, le potassium, le chlore, les phosphates et le calcium, sont présents en grande quantité dans l’organisme, tandis que les oligo-éléments y sont présents ou actifs à de très faibles concentrations.

• À pH physiologique d’environ 7,4, les acides aminés portent généralement les groupements NH₃⁺/COO⁻ ; ils sont globalement neutres si leur chaîne latérale n’est pas chargée, mais leur charge nette dépend aussi de celle-ci.

• Les neuf acides aminés essentiels sont :

  • la leucine
  • l’isoleucine
  • la valine
  • la lysine
  • la méthionine
  • la phénylalanine
  • la thréonine
  • le tryptophane
  • l’histidine, surtout essentielle chez l’enfant

Compléments

• Les oligo-éléments cités sont :

  • le fer
  • l’iode
  • le manganèse
  • le molybdène
  • le cuivre
  • le zinc
  • le sélénium
  • le cobalt
  • le chrome

• Les oligo-éléments apportés par l’alimentation sont facilement absorbables et jouent un rôle de cofacteur pour de nombreuses enzymes.

• Le fer sous forme Fe²⁺, lié à l’hème de l’hémoglobine, participe au transport de l’oxygène des poumons vers les tissus.

• L’iode est nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes.

• Le rôle des acides aminés conditionnellement essentiels concerne notamment :

  • la fonction intestinale
  • l’immunité
  • le stress oxydant

📖 3. Fonctions et propriétés des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Immunoglobulines : Des protéines sécrétées par les plasmocytes et hautement sélectives vis-à-vis de certains antigènes.

★ À maîtriser

• L’hémoglobine transporte l’O₂, l’albumine transporte les acides gras et les lipoprotéines transportent le cholestérol.

• L’hémoglobine des hématies transporte principalement l’O₂, soit 98 % de l’oxygène transporté.

• L’hémoglobine est une hétéroprotéine composée de quatre hèmes contenant chacun un fer ferreux Fe²⁺ et d’une globine formée de quatre chaînes polypeptidiques, deux α et deux β.

• À faible concentration, les enzymes accélèrent la transformation d’un substrat en produit sans modifier le résultat de la réaction et restent inchangées à la fin.

• Un anticorps est formé de deux chaînes lourdes et de deux chaînes légères reliées en une molécule en Y, dont les bras portent les sites de liaison à l’antigène.

📌 La structure tertiaire forme les sites actifs enzymatiques, les poches de liaison des récepteurs et les interfaces des protéines de transport; une mutation ou une dénaturation qui altère le repliement peut entraîner une perte d’activité.

Compléments

• Les protéines assurent plusieurs fonctions :

  • transport
  • catalyse
  • signalisation
  • structure
  • mouvement
  • immunité

• Les enzymes sont réparties en six classes :

  • oxydoréductases
  • transférases
  • hydrolases
  • lyases
  • isomérases
  • ligases ou synthétases

• Les protéines membranaires ont une partie centrale située dans la membrane et constituée essentiellement d’acides aminés hydrophobes.

• Les protéines membranaires peuvent être : des récepteurs de signaux extérieurs, comme les hormones et les neuromédiateurs, des transporteurs d’ions Na⁺, K⁺ ou Ca²⁺, ou de glucose, des déterminants antigéniques présentant des épitopes caractéristiques du soi

📌 Une modification du repliement d’un anticorps peut abolir sa liaison à l’antigène.

• Dans l’hémoglobine, la fixation d’un O₂ sur une sous-unité modifie la conformation des autres sous-unités, ce qui optimise le transport de l’oxygène.

💡 Astuce mémo

Repliement altéré → perte d’activité

📖 4. Classification des glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Des molécules organiques constituées de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, portant des fonctions alcool et une fonction aldéhyde ou cétone, et parfois une fonction acide ou aminée.
• Diholosides : Constitués de deux oses simples liés par une liaison glucidique ou osidique.
• Polyosides : Des polymères d’oses simples liés par des liaisons osidiques.
• Polymère : Constitué de nombreuses petites molécules appelées monomères, unies par des liaisons covalentes.

★ À maîtriser

• Les oses sont classés selon leur nombre d’atomes de carbone, la nature de leur groupement carbonyle et la combinaison de ces deux critères.

• Les trois hexoses alimentaires sont :

  • le glucose
  • le fructose
  • le galactose

• Le glycogène est une forme de réserve du glucose chez les animaux; chez l’être humain, il est stocké dans le foie et les muscles par glycogénogenèse et peut être composé de plus de cinquante mille molécules de glucose.

Compléments

• Un ose à trois carbones est un triose et un ose à six carbones est un hexose; un ose portant un aldéhyde est un aldose et un ose portant une cétone est un cétose.

• Le glucose peut être utilisé par toutes les cellules de l’organisme pour produire de l’énergie sous forme d’ATP.

• Le maltose est constitué de deux molécules de glucose et provient de l’hydrolyse de l’amidon ou du glycogène par des amylases; il est hydrolysé par la maltase.

• Le lactose est constitué d’une molécule de glucose et d’une molécule de galactose, se trouve dans le lait et est hydrolysé par la lactase.

• Le saccharose est constitué d’une molécule de glucose et d’une molécule de fructose et est présent dans les végétaux ainsi que dans le sucre de table.

📖 5. Réserves glucidiques animales et végétales

★ À maîtriser

• Après un repas, le glucose est condensé en glycogène pour éviter une élévation de la glycémie, tandis qu’en période de jeûne le glycogène stocké est hydrolysé afin de libérer du glucose.

• L’amidon est un polymère du glucose qui constitue la forme de réserve du glucose dans le règne végétal.

Compléments

• L’amidon se trouve principalement dans les pommes de terre et les produits à base de céréales comme le pain, les pâtes et le riz.

💡 Astuce mémo

Glycogène chez l’animal, amidon chez le végétal

📖 6. Production énergétique du glucose

★ À maîtriser

• La glycolyse dégrade le glucose en pyruvate et produit de l’énergie sous forme d’ATP; le cycle de Krebs participe ensuite aux réactions énergétiques.

• En absence d’oxygène, le pyruvate issu de la glycolyse peut être métabolisé en lactate, notamment lorsque l’apport en oxygène est insuffisant pendant un exercice musculaire intense.

Compléments

• En présence d’oxygène, la glycolyse et le cycle de Krebs produisent surtout des coenzymes qui permettent la synthèse d’ATP dans la chaîne respiratoire mitochondriale.

• L’accumulation de lactate lors d’un exercice musculaire intense est présentée comme étant à l’origine des crampes musculaires.

💡 Astuce mémo

Manque d’oxygène → pyruvate converti en lactate

📖 7. Rôles structuraux des glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycosaminoglycanes : De longues chaînes de sucres constituant les protéoglycanes et contribuant aux propriétés mécaniques des tissus conjonctifs.
• Glycocalyx : Constitué de nombreuses chaînes glucidiques qui recouvrent la surface de toutes les cellules humaines et servent d’étiquettes moléculaires.

★ À maîtriser

• Les glucides contribuent à la structure des tissus, aux propriétés mécaniques de la matrice extracellulaire et à la reconnaissance entre les cellules.

Compléments

• Les fonctions structurales des glucides sont principalement assurées lorsqu’ils sont intégrés à des glycoprotéines membranaires, des glycolipides présents à la surface des cellules et des protéoglycanes de la matrice extracellulaire.

• Les tissus conjonctifs concernés comprennent :

  • le cartilage
  • la peau
  • les tendons
  • les ligaments
  • la paroi vasculaire

• Les chaînes glucidiques du glycocalyx participent à :

  • la reconnaissance immunitaire
  • l’adhésion cellulaire
  • la communication cellulaire
  • la détermination des groupes sanguins

• La différence entre les groupes sanguins A, B, AB et O repose uniquement sur l’ajout ou non d’oses particuliers à des chaînes glucidiques de la surface des globules rouges.

💡 Astuce mémo

Le glycocalyx forme une couche d’étiquettes glucidiques à la surface des cellules

📖 8. Régulation hormonale de la glycémie

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogénèse : Le stockage du glucose dans le foie sous forme de glycogène.
• Glycogénolyse : La libération du glucose par dégradation du glycogène.
• Néoglucogenèse : La production de glucose par le foie à partir d’acide lactique ou d’acides aminés lorsque la glycémie baisse en dessous de sa valeur normale.

📝 Points essentiels

📌 Le glucagon est une hormone hyperglycémiante, tandis que l’insuline est une hormone hypoglycémiante.

• Le foie retient le glucose excédentaire après un apport alimentaire important et le libère pendant le jeûne afin de maintenir une glycémie normale.

💡 Astuce mémo

Insuline fait baisser la glycémie, glucagon la fait augmenter

📖 9. Classes et fonctions des lipides

🔑 Notions clés & Définitions

• Triglycérides : Des lipides constitués de trois acides gras et représentant une importante réserve énergétique chez l’humain.

• Modèle de la mosaïque fluide : Le modèle de la mosaïque fluide décrit une bicouche de phospholipides où sont insérés du cholestérol et des protéines membranaires, avec des glucides fixés aux protéines ou aux lipides sous forme de glycoprotéines et de glycolipides.
• Acides gras : Les acides gras sont les lipides les plus simples et sont formés d’une longue chaîne de carbone portant une fonction acide; leur formule peut s’écrire $\mathrm{CH_3-(CH_2)_n-COOH}$.
• Phospholipides : Les phospholipides sont formés de glycérol, de deux acides gras et d’acide phosphorique; ils sont amphiphiles, avec une partie hydrophile et deux chaînes hydrophobes.

★ À maîtriser

• La valeur énergétique est de $1\,\mathrm{g}$ de lipides = $9\,\mathrm{kcal}$, contre $1\,\mathrm{g}$ de glucides = $4\,\mathrm{kcal}$.

• Lors d’un effort prolongé, d’un jeûne ou d’une diminution des réserves de glycogène, les triglycérides stockés dans les adipocytes sont dégradés par lipolyse en acides gras, qui fournissent ensuite le substrat nécessaire à la production d’ATP.

• En présence d’eau, les phospholipides s’organisent spontanément en une bicouche lipidique, avec leurs têtes hydrophiles orientées vers l’eau et leurs queues hydrophobes à l’écart de l’eau.

• Le cholestérol s’insère entre les phospholipides et stabilise la membrane en maintenant sa fluidité tout en réduisant sa perméabilité.

Compléments

• Selon la longueur de leur chaîne, les acides gras sont :

  • courts : moins de 6 carbones
  • moyens : 6 à 12 carbones
  • longs : 13 à 21 carbones
  • très longs : plus de 22 carbones

• Selon leur degré d’insaturation, les acides gras sont :

  • saturés : aucune double liaison
  • mono-insaturés : une double liaison
  • poly-insaturés : au moins deux doubles liaisons

• Les acides gras oméga-3, oméga-6 et oméga-9 sont définis par la position de leur première double liaison, respectivement sur le 3e, le 6e et le 9e carbone.

📌 Les doubles liaisons cis donnent une courbure à la chaîne et correspondent à la forme naturelle, tandis que les doubles liaisons trans sont associées à l’hydrogénation industrielle et à des effets cardiovasculaires délétères.

• Les lipides sont les principaux constituants de la membrane plasmique qui entoure toutes les cellules humaines.

• Les phospholipides et le cholestérol contribuent à la cohésion et à la mobilité de la membrane.

📖 10. Signalisation lipidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Hormones stéroïdiennes : Les hormones stéroïdiennes sont des hormones lipidiques synthétisées à partir du cholestérol et capables de traverser facilement les membranes cellulaires grâce à leur caractère liposoluble.
• Eicosanoïdes : Les eicosanoïdes sont des molécules de signalisation à action locale dérivées de l’acide arachidonique, un acide gras polyinsaturé présent dans les phospholipides des membranes cellulaires.

★ À maîtriser

• 🔄 L’action d’une hormone stéroïdienne se déroule ainsi :
  1. L’hormone se fixe à un récepteur intracellulaire situé dans le cytoplasme ou le noyau.
  2. Le complexe hormone-récepteur agit comme facteur de transcription.
  3. Le complexe se fixe sur l’ADN et modifie l’expression de certains gènes ainsi que la synthèse de protéines.

Compléments

• Parmi les hormones stéroïdiennes figurent :

  • le cortisol
  • l’aldostérone
  • la testostérone
  • la progestérone
  • les œstrogènes

• 🔄 La production d’eicosanoïdes suit ces étapes :

  1. Une cellule est stimulée, notamment par une blessure, une infection ou une inflammation.
  2. L’acide arachidonique est libéré des phospholipides membranaires.
  3. L’acide arachidonique est transformé en différents eicosanoïdes.

• Les prostaglandines participent à la réaction inflammatoire, à la douleur et à la fièvre et sont des cibles des AINS.

• Les thromboxanes, produits par les plaquettes, participent à l’agrégation plaquettaire, à la formation du caillot sanguin lors de l’hémostase et à la vasoconstriction.

• Les leucotriènes, produits par les mastocytes, les éosinophiles et les macrophages, participent aux réactions allergiques, à l’asthme et à l’inflammation chronique.

💡 Astuce mémo

Hormones stéroïdiennes : longue distance ; eicosanoïdes : action locale.

📖 11. Isolation thermique

★ À maîtriser

• Les triglycérides stockés dans le tissu adipeux sous-cutané limitent les pertes de chaleur et contribuent au maintien d’une température corporelle stable autour de 37 °C.

Compléments

• Les lipides fournissent environ 9 kcal (38 kJ) par gramme, soit plus de deux fois l’énergie apportée par les glucides ou les protéines.

💡 Astuce mémo

Triglycérides sous-cutanés → pertes de chaleur limitées.