Fiche de révision : Membranes et glucides

📋 Plan du Cours

1. Acides aminés et peptides
2. Organisation et groupes protéiques
3. Protéines fibrillaires et globulaires
4. Protéines membranaires et signalisation
5. Lipides et acides gras
6. Phospholipides et fluidité membranaire
7. Fluidité des membranes
8. Asymétrie et liposomes
9. Structure et fonctions des glucides
10. Oses et liaisons glycosidiques
11. Polysaccharides et réserves
12. Glycosaminoglycanes et matrices
13. Reconnaissance et groupes sanguins

📖 1. Acides aminés et peptides

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Possède une fonction amine, une fonction carboxyle et un radical variable qui détermine les propriétés physico-chimiques des peptides et des protéines.
• Structure primaire : D’un peptide ou d’une protéine correspond à la séquence des acides aminés liés par des liaisons peptidiques, l’enchaînement étant lu de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale.

★ À maîtriser

📌 Les acides aminés protéinogènes sont incorporés aux protéines lors de la traduction d’un ARN messager par un ribosome, tandis que les acides aminés non protéinogènes ne le sont pas directement.

• Il existe 20 acides aminés protéinogènes, dont 9 acides aminés essentiels qui ne peuvent pas être synthétisés endogènement et doivent être apportés par l’alimentation.

• La liaison peptidique se forme par condensation entre la fonction carboxyle d’un acide aminé et la fonction amine d’un autre acide aminé.

Compléments

• Les peptides ou oligopeptides contiennent 2 à quelques dizaines d’acides aminés, tandis que les polypeptides et protéines en contiennent un nombre important et ont une masse moléculaire supérieure à celle des peptides.

💡 Astuce mémo

Acide aminé → liaison peptidique → peptide → protéine

📖 2. Organisation et groupes protéiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure secondaire : Correspond au repliement local d’une chaîne polypeptidique, notamment en hélice alpha ou en feuillet bêta.
• Structure tertiaire : Le repliement tridimensionnel d’une chaîne polypeptidique, avec les radicaux hydrophobes enfouis au cœur et les radicaux hydrophiles exposés à la surface.
• Structure quaternaire : Correspond à l’association de plusieurs chaînes polypeptidiques au sein d’une même unité, grâce à des liaisons covalentes, ioniques et hydrogène.

★ À maîtriser

📌 Les protéines fibrillaires sont très allongées, généralement insolubles et résistantes à la protéolyse, tandis que les protéines globulaires sont compactes et solubles.

Compléments

• Les protéines membranaires possèdent des domaines adaptés aux interactions avec la bicouche lipidique et assurent notamment des fonctions de récepteur ou de transport transmembranaire.

📖 3. Protéines fibrillaires et globulaires

★ À maîtriser

• Le collagène est une protéine fibrillaire très abondante chez les animaux, dont les fibrilles reposent sur une structure en triple hélice appelée tropocollagène.

• La myoglobine est une protéine globulaire monomérique d’environ 17 kDa, présente dans les muscles cardiaques et squelettiques, où elle stocke l’oxygène grâce à un noyau hème contenant du fer.

• L’hémoglobine adulte HbA est majoritaire à 97 % et possède la formule α2β2, tandis que l’HbA2 représente 2 à 3 % et possède la formule α2δ2 ; moins de 1 % d’HbF α2γ2 peut persister chez l’adulte.

• L’hémoglobine fixe l’oxygène sur les quatre atomes de fer de ses noyaux hème et le libère dans les tissus, tandis qu’une partie du dioxyde de carbone se fixe sur les groupements amines de certains acides aminés.

Compléments

• Une inflammation peut augmenter la production d’hormones et de cytokines, stimuler les fibroblastes et provoquer une surproduction de collagène responsable de fibroses.

• L’ostéogenèse imparfaite résulte de mutations du gène du collagène I et entraîne notamment une grande fragilité osseuse avec fractures multiples.

• L’amylase est une hydrolase salivaire et pancréatique qui hydrolyse les liaisons osidiques de l’amidon à 37 °C pour libérer rapidement du glucose.

💡 Astuce mémo

Fibrillaire : soutien ; globulaire : fonctions dynamiques

📖 4. Protéines membranaires et signalisation

★ À maîtriser

• Les protéines transmembranaires traversent la bicouche lipidique, les protéines ancrées y sont fixées par une ancre lipidique et les protéines périphériques sont facilement dissociables de sa surface.

• La pompe sodium-potassium utilise l’hydrolyse de l’ATP pour faire sortir 3 Na+ et entrer 2 K+ contre leurs gradients électrochimiques, ce qui la rend électrogénique.

• La fixation d’un ligand sur un récepteur transmembranaire déclenche un changement de conformation, une transduction intracellulaire du signal et une réponse physiologique pouvant concerner la survie, la prolifération ou la différenciation.

• Les récepteurs couplés aux protéines G possèdent 7 domaines transmembranaires et activent une protéine G après fixation de leur ligand.

Compléments

• Les récepteurs à tyrosine kinase activés par un facteur de croissance phosphorylent des résidus tyrosine puis déclenchent une cascade de phosphorylations pouvant modifier l’expression de gènes.

• Dans la signalisation olfactive, une molécule odorante active un RCPG des cils olfactifs, provoque l’ouverture de canaux ioniques, une dépolarisation et un potentiel d’action transmis jusqu’au bulbe olfactif.

💡 Astuce mémo

Ligand → conformation → signal → réponse

📖 5. Lipides et acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide : Une biomolécule principalement constituée de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, insoluble dans l’eau, apolaire et hydrophobe ou amphiphile.
• Acide gras : Un acide carboxylique de formule $R-COOH$, dont la chaîne aliphatique hydrophobe contient généralement 4 à 30 carbones.

★ À maîtriser

• Un acide gras saturé ne possède aucune double liaison, tandis qu’un acide gras insaturé possède une ou plusieurs doubles liaisons.

• L’acide stéarique possède 18 carbones, est saturé et fond à 70 °C, tandis que l’acide oléique possède 18 carbones, une double liaison et fond à 13 °C.

• Les doubles liaisons créent des angles qui espaceraient les acides gras et abaissent leur température de fusion, tandis que les chaînes saturées rectilignes s’empilent de façon compacte et fondent à température plus élevée.

Compléments

• Les grandes familles de lipides comprennent les acides gras, les glycérides, les phospholipides, les sphingolipides, les glycolipides, les stérols et les stéroïdes.

• Dans la nomenclature oméga, la position d’une double liaison est comptée depuis l’extrémité méthyle CH3, tandis que dans la nomenclature delta elle est comptée depuis le groupe carboxyle COOH.

📖 6. Phospholipides et fluidité membranaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Triglycéride : Un lipide formé d’un glycérol dont les trois fonctions hydroxyles sont estérifiées par trois acides gras.
• Glycérophospholipide : Possède une tête polaire composée de glycérol, phosphate et choline, sérine, éthanolamine ou inositol, ainsi que deux acides gras de 14 à 24 carbones.

📝 Points essentiels

• Les triglycérides sont stockés dans les adipocytes et leur concentration sanguine ne doit pas dépasser 150 mg/dL, car une valeur supérieure augmente notamment les risques d’athérosclérose et de diabète.

• En milieu aqueux, les lipides amphiphiles s’organisent en micelles ou en bicouches, avec les parties hydrophobes protégées à l’intérieur et les parties hydrophiles exposées vers l’eau.

• La fluidité membranaire dépend de la composition lipidique, de la température et de la présence de cholestérol.

📌 Les chaînes d’acides gras courtes et insaturées favorisent une membrane fluide, tandis que les chaînes longues et saturées favorisent une membrane visqueuse.

• Le cholestérol augmente la fluidité d’une membrane initialement visqueuse riche en acides gras saturés, mais diminue la fluidité d’une membrane initialement fluide riche en acides gras insaturés.

📖 7. Fluidité des membranes

🔑 Notions clés & Définitions

• Fluidité membranaire : La capacité des lipides d’une membrane plasmique à se fléchir, tourner et diffuser latéralement.

★ À maîtriser

• La fluidité d’une membrane dépend de sa composition lipidique, de la température et de la présence de cholestérol.

📌 Les chaînes d’acides gras courtes et insaturées favorisent l’état fluide, tandis que les chaînes longues et saturées favorisent l’état visqueux.

• Dans une membrane initialement visqueuse et riche en acides gras saturés, le cholestérol diminue les interactions hydrophobes et augmente la fluidité.

• Dans une membrane initialement fluide et riche en acides gras insaturés, le cholestérol augmente les interactions hydrophobes et diminue la fluidité.

Compléments

• Une insaturation crée un angle qui espace les lipides, tandis que l’absence de double liaison permet leur compactage et diminue la fluidité.

📌 Chez les animaux homéothermes, la température influence peu les membranes, alors que les plantes et les micro-organismes subissent directement les variations de température extérieure.

• Lorsque la température baisse, certains organismes synthétisent des acides gras insaturés afin d’augmenter la fluidité de leurs membranes.

📖 8. Asymétrie et liposomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Asymétrie membranaire : Signifie que la composition lipidique diffère entre le feuillet interne et le feuillet externe.
• Liposome : Une bicouche lipidique repliée sur elle-même qui peut fusionner avec d’autres membranes biologiques.

📝 Points essentiels

• Les liposomes servent de vecteurs pour délivrer des substances thérapeutiques aux cellules, notamment dans les vaccins à ARN messager et la délivrance d’acide hyaluronique en cosmétique.

💡 Astuce mémo

Liposome = bicouche ; micelle ≠ bicouche.

📖 9. Structure et fonctions des glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucide : Un polyalcool contenant soit une fonction aldéhyde, formant un aldose, soit une fonction cétone, formant un cétose.

★ À maîtriser

• La formule brute générale des glucides est $C_n(H_2O)_n$.

• Une fonction aldéhyde se situe en fin de chaîne carbonée, tandis qu’une fonction cétone se situe au milieu de la chaîne et est liée à deux atomes de carbone.

• Les glucides fournissent une énergie immédiatement disponible, comme le glucose, ou libérée après dégradation de réserves comme l’amidon et le glycogène.

Compléments

• Les glucides ont un rôle structural dans les acides nucléiques avec le ribose et le désoxyribose, dans les parois végétales avec la cellulose et dans les matrices extracellulaires.

• Les glucides participent à l’étiquetage et à l’adressage intracellulaire des protéines.

💡 Astuce mémo

Aldéhyde en bout, cétone au milieu.

📖 10. Oses et liaisons glycosidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Monosaccharide : Un glucide constitué d’une seule molécule osidique.
• Liaison glycosidique : Résulte d’une condensation entre l’alcool OH du carbone anomérique et un autre alcool, avec perte d’une molécule d’eau.

★ À maîtriser

• Le ribose est le pentose le plus important et le glucose est l’hexose le plus important dans le cours.

• En solution, un ose se cyclise et crée un nouveau carbone asymétrique appelé carbone anomérique.

• Après cyclisation, un groupement OH orienté vers le bas correspond à l’anomérie alpha, tandis qu’un OH orienté vers le haut correspond à l’anomérie bêta.

• La nomenclature d’un ose précise son anomérie, son énantiomérie D ou L, son nom et la forme de son cycle, comme dans alpha-D-glucopyranose.

• Le lactose est formé de galactose et de glucose et est hydrolysé dans l’intestin par la bêta-galactosidase, ou lactase.

• Le saccharose est formé de glucose et de fructose et est produit notamment par la betterave et la canne à sucre.

Compléments

📌 Les aldoses dérivent du D-glycéraldéhyde, tandis que les cétoses dérivent de la dihydroxyacétone.

• Le ribose peut être désoxygéné et, associé à une base azotée, forme un nucléoside entrant dans la composition des acides nucléiques.

• Le fructose est un hexose présent dans les fruits et le miel, fournit autant de calories que le glucose, possède un pouvoir sucrant supérieur et aurait un effet moindre sur la satiété.

• Un disaccharide contient deux oses, un oligosaccharide en contient entre trois et dix, et un polysaccharide en contient plus de dix.

📖 11. Polysaccharides et réserves

🔑 Notions clés & Définitions

• Polysaccharide : Un polymère constitué de plusieurs dizaines d’unités saccharidiques reliées par des liaisons glycosidiques.
• Cellulose : Un polymère linéaire de milliers d’unités de glucose, organisées en faisceaux parallèles formant des microfibrilles puis des fibres végétales.

★ À maîtriser

📌 La cellulose possède des liaisons glycosidiques bêta 1-4, tandis que l’amidon et le glycogène possèdent des liaisons alpha 1-4.

• La cellulose est la macromolécule majoritaire des parois végétales et apporte robustesse, résistance à la pression et port dressé aux végétaux.

📌 L’amidon constitue les réserves énergétiques des végétaux et comprend l’amylose et l’amylopectine, tandis que le glycogène constitue les réserves des animaux, notamment dans le foie et les muscles, ainsi que des champignons.

• Après un repas, l’insuline favorise le stockage du glucose sous forme de glycogène dans le foie, tandis qu’en période de jeûne le glucagon favorise la dégradation du glycogène en glucose.

Compléments

• La cellulose représente 50 % du carbone organique et sa synthèse atteint 50 à 100 milliards de tonnes par an.

• Chez l’être humain, l’amidon fournit une ressource calorique provenant notamment des céréales et des tubercules de pomme de terre, tandis que le glycogène fournit du glucose pendant environ 8 heures avant le recours aux réserves lipidiques.

• L’amylase salivaire digère les liaisons alpha 1-4 de l’amidon et libère du glucose utilisable comme substrat énergétique.

• Les herbivores utilisent la cellulose grâce à des bactéries de leur tractus digestif qui produisent des cellulases capables de dégrader les liaisons bêta 1-4.

📖 12. Glycosaminoglycanes et matrices

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycosaminoglycanes : Des polysaccharides qui composent la substance fondamentale des matrices extracellulaires animales et forment un gel de remplissage intercellulaire.
• Acide hyaluronique : Un polymère formé par la répétition d’un motif disaccharidique associant acide glucuronique et N-acétylglucosamine.

★ À maîtriser

• Les principaux glycosaminoglycanes cités sont l’acide hyaluronique, la chondroïtine sulfate, le dermatane sulfate, le kératane sulfate, l’héparane sulfate et l’héparine.

• L’acide hyaluronique augmente la résistance à la compression des tissus conjonctifs, la viscosité du liquide synovial et l’élasticité du cartilage.

• Les matrices extracellulaires associent les glycosaminoglycanes au collagène et à l’élastine, ce qui contribue à la résistance, à la souplesse, au remplissage intercellulaire et à la diffusion de l’eau, des ions, des nutriments et des signaux de communication.

Compléments

• L’acide hyaluronique est présent dans les tissus conjonctifs, le liquide synovial et la cornée, la chondroïtine sulfate dans les cartilages, le dermatane sulfate dans le derme, le kératane sulfate dans la cornée et l’héparane sulfate ainsi que l’héparine dans le foie et les poumons.

• L’acide hyaluronique intervient dans le modelage embryonnaire, notamment pour la formation du cœur et de la cornée, et possède des propriétés cicatrisantes utilisées en chirurgie et pour le comblement des rides.

📖 13. Reconnaissance et groupes sanguins

🔑 Notions clés & Définitions

• Oligoside : Un glycane constitué de trois à dix unités osidiques et principalement impliqué dans les mécanismes de reconnaissance.

★ À maîtriser

• Les glucides membranaires sont liés aux protéines dans les glycoprotéines ou aux lipides dans les glycolipides, tandis qu’un glycosaminoglycane lié à une protéine forme un protéoglycane.

• Les glucides membranaires sont situés sur la face externe de la membrane plasmique et permettent la reconnaissance ainsi que la communication intercellulaire.

• Les associations spécifiques de sucres des glycolipides et des glycoprotéines forment des étiquettes reconnues par les cellules.

• Le groupe sanguin O possède un motif de base à cinq sucres composé d’un glucose, de deux galactoses, d’une N-acétylglucosamine et d’un fructose.

• Le groupe A possède le motif O complété par une N-acétylgalactosamine, le groupe B le motif O complété par un galactose et le groupe AB les deux ajouts.

• L’enzyme H forme le motif O chez tous les individus, puis l’enzyme A ajoute une N-acétylgalactosamine ou l’enzyme B ajoute un galactose selon le patrimoine génétique.

• Les anticorps sanguins sont dirigés contre les antigènes absents de l’individu, de sorte qu’un individu A possède des anticorps anti-B et qu’un individu B possède des anticorps anti-A.

• Les hématies du groupe O sont considérées comme donneuses universelles parce qu’elles ne portent aucun antigène de surface, tandis que les personnes du groupe AB sont receveuses universelles parce qu’elles ne possèdent aucun anticorps.

Compléments

• La répartition indiquée des groupes sanguins est de 43 % pour O, 45 % pour A, 9 % pour B et 3 % pour AB, et les gènes A et B sont dominants tandis que le gène O est récessif.

📊 Tableaux de synthèse

Principales structures protéiques

Comparaison des groupes sanguins