Fiche de révision : Biochimie fondamentale et métabolisme

📋 Plan du Cours

1. Acides aminés et ionisation
2. Peptides et méthodes d’analyse
3. Structures et repliement protéiques
4. Hémoglobine et transport de l’oxygène
5. Glucides et osides
6. Enzymes et cinétique
7. Glycolyse et néoglucogenèse
8. Pentoses et cycles métaboliques
9. Glycogène et régulation hormonale

📖 1. Acides aminés et ionisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Unité de base des protéines composée d’un carbone α lié à H, NH₂, COOH et une chaîne latérale R qui détermine notamment sa taille, sa charge, sa polarité et sa réactivité.
• Zwitterion : Forme d’acide aminé portant simultanément NH₃⁺ et COO⁻.
• Point isoélectrique : Le pH auquel la charge nette d’un acide aminé est nulle.

★ À maîtriser

• Le cours porte sur 20 acides aminés protéinogènes principaux, dont la plupart appartiennent à la série L.

📌 Les acides aminés acides sont l’aspartate et le glutamate, tandis que les acides aminés basiques sont la lysine, l’arginine et l’histidine.

Compléments

• La décaboxylation retire du CO₂, la désamination retire le groupement aminé, deux cystéines peuvent former un pont disulfure S–S, et la phosphorylation concerne surtout Ser, Thr et Tyr.

💡 Astuce mémo

L ≠ lévogyre ; pI ≠ pKa

📖 2. Peptides et méthodes d’analyse

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Résulte de la réaction entre le COOH d’un acide aminé et le NH₂ du suivant, avec libération d’H₂O et formation de –CO–NH–.

📝 Points essentiels

• Les neuf acides aminés essentiels sont:
  • histidine
  • isoleucine
  • leucine
  • lysine
  • méthionine
  • phénylalanine
  • thréonine
  • tryptophane
  • valine

📐 Formule — En chromatographie sur couche mince, le facteur de rétention vérifie $Rf = \frac{\text{distance du composé}}{\text{distance du front du solvant}}$ et reste inférieur à 1.

📌 En électrophorèse, si pI > pH la molécule est globalement positive et migre vers l’électrode négative, tandis que si pI < pH elle est négative et migre vers l’électrode positive.

📌 L’hydrolyse totale d’un peptide donne sa composition en acides aminés mais pas leur ordre, tandis que la méthode d’Edman séquence progressivement depuis l’extrémité N-terminale.

• L’insuline comporte 51 acides aminés, répartis en une chaîne A de 21 acides aminés et une chaîne B de 30 acides aminés, reliées par trois ponts disulfure.

💡 Astuce mémo

N-terminal → liaison peptidique → C-terminal

📖 3. Structures et repliement protéiques

★ À maîtriser

📌 La structure primaire est la séquence des acides aminés, la secondaire correspond aux repliements locaux, la tertiaire à l’organisation tridimensionnelle globale d’une chaîne et la quaternaire à l’association de plusieurs sous-unités.

• L’hélice α est stabilisée par des liaisons hydrogène entre les résidus i et i+4, comporte environ 3,6 résidus par tour et expose les chaînes R vers l’extérieur.

• Les interactions stabilisant la structure tertiaire sont:

  • les interactions hydrophobes
  • les liaisons hydrogène
  • les interactions électrostatiques
  • les forces de van der Waals
  • les ponts disulfure

• En SDS-PAGE, le SDS dénature les protéines et les charge négativement, de sorte que la séparation dépend principalement de leur masse et que les plus petites migrent le plus loin.

Compléments

📌 Un domaine est une région stable pouvant se replier relativement seule et souvent fonctionnelle, tandis qu’un motif est une combinaison structurale récurrente plus petite.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 4. Hémoglobine et transport de l’oxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• P50 : La P50 est la pression partielle d’oxygène correspondant à 50 % de saturation de l’hémoglobine ; une P50 élevée traduit une affinité diminuée pour l’O₂.

📝 Points essentiels

• L’hémoglobine adulte HbA est un hétérotétramère α₂β₂ contenant quatre hèmes, chacun pouvant fixer un O₂, soit jusqu’à quatre O₂ par hémoglobine.

📌 L’état T de l’hémoglobine possède une faible affinité pour l’O₂ et favorise sa libération tissulaire, tandis que l’état R possède une forte affinité et favorise sa fixation pulmonaire.

• 🔄 L’effet Bohr suit la séquence:

  1. CO₂ augmenté
  2. H⁺ augmenté
  3. pH diminué
  4. état T favorisé
  5. affinité Hb/O₂ diminuée
  6. P50 augmentée
  7. libération d’O₂ augmentée

• La drépanocytose résulte de la substitution β6 Glu → Val, qui forme HbS ; à faible concentration d’O₂, la désoxy-HbS polymérise en fibres et déforme les globules rouges.

💡 Astuce mémo

CO₂↑ → H⁺↑ → pH↓ → affinité O₂↓ → libération↑

📖 5. Glucides et osides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucide : Molécule organique polyhydroxylée portant une fonction carbonyle, qui peut être un aldéhyde ou une cétone.

★ À maîtriser

📌 Un aldose porte une fonction aldéhyde, tandis qu’un cétose porte une fonction cétone ; le glucose est un aldohexose et le fructose un cétohexose.

📌 Des épimères diffèrent par la configuration d’un seul carbone asymétrique, tandis que les anomères α et β apparaissent lors de la cyclisation et diffèrent au carbone anomérique.

• Le saccharose est formé de glucose et fructose, le lactose de glucose et galactose, et le maltose de deux molécules de glucose.

Compléments

• Le glycogène est un polysaccharide de réserve chez l’animal, l’amidon est une réserve végétale et la cellulose possède un rôle structural végétal.

💡 Astuce mémo

Aldose = aldéhyde ; cétose = cétone

📖 6. Enzymes et cinétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Catalyseur biologique, généralement protéique, qui augmente la vitesse d’une réaction sans être consommé ni modifier l’équilibre final.

★ À maîtriser

• Le mécanisme enzymatique général s’écrit E + S ⇌ ES → E + P, puis l’enzyme libérée peut recommencer un cycle catalytique.

📐 Formule — Dans le modèle de Michaelis-Menten, $K_m$ est la concentration en substrat pour laquelle $v = \frac{V_{max}}{2}$, tandis que Vmax est la vitesse maximale obtenue lorsque l’enzyme est saturée.

Compléments

• Une température ou un pH trop éloigné de l’optimum peut diminuer l’activité enzymatique et altérer la structure de la protéine.

• Certaines enzymes nécessitent un cofacteur non protéique, comme l’anhydrase carbonique qui nécessite l’ion zinc.

💡 Astuce mémo

E + S ⇌ ES → E + P

📖 7. Glycolyse et néoglucogenèse

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le bilan net de la glycolyse est : $1\ \text{glucose} \rightarrow 2\ \text{pyruvates} + 2\ \text{ATP nets} + 2\ \text{NADH,H}^+$.

• En anaérobiose, le pyruvate est réduit en lactate par la LDH, ce qui régénère le NAD⁺ nécessaire à la poursuite de la glycolyse.

• Les trois enzymes régulatrices majeures sont:

  • l’hexokinase ou la glucokinase
  • la PFK1
  • la pyruvate kinase

📌 L’insuline augmente le fructose-2,6-bisphosphate et stimule la glycolyse hépatique, tandis que le glucagon le diminue, freine la glycolyse et favorise la néoglucogenèse.

• La néoglucogenèse fabrique du glucose principalement dans le foie à partir de lactate, alanine, pyruvate et glycérol.

• Les quatre enzymes spécifiques de contournement sont:

  • pyruvate carboxylase
  • PEPCK
  • fructose-1,6-bisphosphatase
  • glucose-6-phosphatase

💡 Astuce mémo

Glycolyse : glucose dégradé ; néoglucogenèse : glucose fabriqué

📖 8. Pentoses et cycles métaboliques

📝 Points essentiels

• Le coût de la néoglucogenèse pour former un glucose est de $4\ \text{ATP} + 2\ \text{GTP} + 2\ \text{NADH,H}^+$.

• Dans le cycle de Cori, le muscle ou les globules rouges produisent du lactate, celui-ci gagne le foie par le sang, y est converti en glucose, puis le glucose retourne dans le sang.

📌 La voie des pentoses phosphates part du G6P et produit du NADPH,H⁺ et du ribose-5P sans produire d’ATP ni de NADH,H⁺.

• La phase oxydative de la voie des pentoses est irréversible, tandis que la phase non oxydative est réversible et peut fournir du fructose-6P et du glycéraldéhyde-3P à la glycolyse.

• 🔄 Le déficit en G6PD entraîne la chaîne: NADPH diminué, GSH réduit disponible diminué, dommages oxydatifs des globules rouges augmentés, hémolyse

💡 Astuce mémo

G6PD↓ → NADPH↓ → GSH↓ → hémolyse

📖 9. Glycogène et régulation hormonale

★ À maîtriser

• Le glycogène comporte des liaisons α1-4 dans les chaînes et des liaisons α1-6 aux ramifications.

📌 Le foie stocke du glycogène pour maintenir la glycémie, tandis que le muscle l’utilise localement pour la contraction et la production d’ATP.

• La glycogénolyse utilise la glycogène phosphorylase pour libérer du G1P à partir des liaisons α1-4, puis l’enzyme débranchante agit près des liaisons α1-6 et la phosphoglucomutase convertit G1P en G6P.

• La glycogénogenèse suit la voie glucose → G6P → G1P → UDP-glucose, puis la glycogénine amorce la chaîne, la glycogène synthase forme les liaisons α1-4 et l’enzyme branchante crée les liaisons α1-6.

📌 La glycogène phosphorylase est habituellement active lorsqu’elle est phosphorylée, tandis que la glycogène synthase est active lorsqu’elle est déphosphorylée.

Compléments

• Dans la glycogénose Ia, le déficit en glucose-6-phosphatase provoque une accumulation de glycogène hépatique, une hépatomégalie, une hypoglycémie inter-prandiale sévère et une hyperlactacidémie.

💡 Astuce mémo

Phosphorylase phosphorylée active ; synthase déphosphorylée active

📊 Tableaux de synthèse

États métaboliques et hormones

Oppositions essentielles