Fiche de révision : Biochimie fondamentale et métabolisme

📋 Plan du Cours

1. Acides aminés et ionisation
2. Peptides et méthodes d’analyse
3. Structures et propriétés des protéines
4. Hémoglobine et transport de l’oxygène
5. Glucides et osides
6. Enzymes et cinétique
7. Glycolyse et néoglucogenèse
8. Pentoses et métabolisme du glycogène
9. Intégration du métabolisme glucidique

📖 1. Acides aminés et ionisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Unité de base des protéines constituée d’un carbone α lié à H, NH₂, COOH et une chaîne latérale R.
• Zwitterion : Forme d’acide aminé portant simultanément NH₃⁺ et COO⁻.

★ À maîtriser

• Le cours travaille avec 20 acides aminés protéinogènes principaux, et la plupart des acides aminés des protéines sont de série L.

📌 La glycine possède R = H et n’est pas chirale, car son carbone α porte deux hydrogènes.

• Les acides aminés acides sont Asp et Glu, les basiques sont Lys, Arg et His, les soufrés sont Cys et Met, et les aromatiques sont Phe, Tyr et Trp.

📐 Formule — Le point isoélectrique pI est le pH auquel la charge nette est nulle, et Henderson-Hasselbalch s’écrit $pH = pKa + \log\left(\frac{[A^-]}{[AH]}\right)$.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

pI = charge nette nulle, contrairement au pKa qui décrit une dissociation

📖 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 la séquence s’écrit de N vers C.

📝 Points essentiels

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

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

📌 En électrophorèse, si pI > pH du tampon 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’insuline contient 51 acides aminés, répartis entre une chaîne A de 21 acides aminés et une chaîne B de 30 acides aminés, avec 3 ponts disulfure.

💡 Astuce mémo

N-terminal → liaison peptidique → C-terminal

📖 3. Structures et propriétés des protéines

★ À maîtriser

• Les quatre niveaux structuraux sont:

  • primaire : ordre des acides aminés
  • secondaire : repliements locaux
  • tertiaire : organisation tridimensionnelle globale d’une chaîne
  • quaternaire : association de plusieurs sous-unités

• Les forces stabilisatrices comprennent:

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

📌 Le SDS-PAGE dénature les protéines et les charge négativement afin de les séparer principalement selon leur taille, les plus petites migrant le plus loin.

Compléments

• Dans une hélice α, les chaînes R sont orientées vers l’extérieur et une liaison hydrogène relie généralement les résidus i et i+4, avec environ 3,6 résidus par tour.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 4. Hémoglobine et transport de l’oxygène

📝 Points essentiels

• L’hémoglobine adulte HbA est un hétérotétramère α₂β₂ contenant 4 hèmes et pouvant fixer jusqu’à 4 molécules d’O₂.

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

• La P50 est la pression partielle d’O₂ correspondant à 50 % de saturation ; quand la P50 augmente, l’affinité de l’hémoglobine pour l’O₂ diminue et sa libération augmente.

• 🔄 L’effet Bohr suit la séquence:

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

• L’HbF fœtale est α₂γ₂, l’HbA adulte majoritaire est α₂β₂, la famille α se trouve sur le chromosome 16 et la famille β sur le chromosome 11.

• Dans la drépanocytose, la mutation β6 Glu → Val produit l’HbS qui polymérise à faible O₂ et déforme les globules rouges.

💡 Astuce mémo

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

📖 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

• Le glucose est un aldohexose, tandis que le fructose est un cétohexose.

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

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

Compléments

• Un pyranose possède un cycle à 6 chaînons et un furanose un cycle à 5 chaînons.

💡 Astuce mémo

Aldose = aldéhyde, cétose = cétone ; épimère ≠ anomère

📖 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, Km est la concentration en substrat pour laquelle $v = \frac{V_{max}}{2}$, et une concentration élevée en substrat rapproche la vitesse de Vmax.

• Dans l’interprétation du cours, un Km faible indique une affinité enzymatique plus forte, tandis qu’un Km élevé indique une affinité plus faible.

Compléments

• Les facteurs d’activité comprennent:
  • la concentration en substrat
  • la concentration en enzyme
  • la température
  • le pH
  • les cofacteurs ou coenzymes
  • les inhibiteurs

💡 Astuce mémo

E + S ⇌ ES → E + P

📖 7. Glycolyse et néoglucogenèse

📝 Points essentiels

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

• 🔄 En anaérobiose:

  1. le pyruvate est formé
  2. la LDH le convertit en lactate
  3. le NADH,H⁺ est réoxydé en NAD⁺
  4. la glycolyse peut continuer

• Les enzymes régulatrices sont:

  • hexokinase ou glucokinase
  • PFK1
  • pyruvate kinase

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

• La néoglucogenèse fabrique du glucose surtout au foie à partir de lactate, alanine, pyruvate et glycérol, en contournant les trois étapes irréversibles de la glycolyse.

• Les enzymes de contournement sont:

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

💡 Astuce mémo

Glycolyse : glucose dégradé ; néoglucogenèse : glucose fabriqué

📖 8. Pentoses et métabolisme du glycogène

📝 Points essentiels

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

• Dans le cycle de Cori, le muscle ou les globules rouges produisent du lactate, qui gagne le foie, y est reconverti en glucose par néoglucogenèse, puis le glucose retourne dans le sang.

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

• La G6PD est l’enzyme limitante de la phase oxydative de la voie des pentoses phosphates, dont le segment oxydatif est irréversible et le segment non oxydatif réversible.

• 🔄 Le déficit en G6PD entraîne:

  1. NADPH diminué
  2. GSH réduit disponible diminué
  3. dommages oxydatifs des globules rouges
  4. hémolyse

💡 Astuce mémo

G6PD↓ → NADPH↓ → GSH↓ → stress oxydant↑ → hémolyse

📖 9. Intégration du métabolisme glucidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogène : Forme de stockage du glucose chez l’animal, avec des liaisons α1-4 dans les chaînes et α1-6 aux ramifications.

★ À maîtriser

📌 Le foie constitue une réserve publique destinée au maintien de la glycémie, tandis que le muscle possède une réserve privée destinée à la contraction et à la production d’ATP.

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

• La G6Pase permet au foie et au rein de convertir le G6P en glucose exportable, mais elle est absente du muscle.

• 🔄 La glycogénogenèse suit:

  1. glucose → G6P
  2. G6P → G1P
  3. G1P → UDP-glucose
  4. amorçage par la glycogénine
  5. élongation α1-4 par la glycogène synthase
  6. ramifications α1-6 par l’enzyme branchante

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

📌 L’insuline favorise PP1 et la déphosphorylation, ce qui stimule la synthèse du glycogène et freine sa dégradation, tandis que l’adrénaline et le glucagon favorisent la phosphorylation et la dégradation.

• Selon la situation physiologique:
  • après un repas : l’insuline favorise l’utilisation et le stockage du glucose
  • pendant le jeûne : le glucagon favorise la production hépatique de glucose
  • pendant l’exercice : l’adrénaline et le Ca²⁺ favorisent l’utilisation du glycogène musculaire

Compléments

• La glycogénose de type Ia résulte d’un déficit en glucose-6-phosphatase et entraîne une accumulation de glycogène hépatique, une hépatomégalie, une hypoglycémie inter-prandiale sévère et une hyperlactacidémie.

💡 Astuce mémo

Après repas : insuline et stockage ; jeûne : glucagon et production hépatique

📊 Tableaux de synthèse

Voies du glucose selon la situation

Comparaisons clés du métabolisme