Fiche de révision : Lipides, protéines et acides nucléiques

📋 Plan du Cours

1. Structure générale des glucides
2. Stéréoisomérie et cyclisation des oses
3. Propriétés chimiques des oses
4. Principaux oses et dérivés
5. Disaccharides et liaisons osidiques
6. Polysaccharides de réserve et structuraux
7. Glycosaminoglycanes et glycoprotéines
8. Glycolipides et groupes sanguins
9. Acides gras et propriétés lipidiques
10. Glycérides et phospholipides
11. Glycérides et triglycérides
12. Glycérophospholipides et lipides messagers
13. Eicosanoïdes et médiateurs lipidiques
14. Sphingolipides et stérols
15. Cholestérol et lipoprotéines
16. Vitamines liposolubles
17. Acides aminés et dérivés
18. Structures et fonctions des protéines

📖 1. Structure générale des glucides

★ À maîtriser

📌 Les glucides comprennent les monosaccharides ou oses, leurs dérivés, les oligosaccharides, les polysaccharides et les hétérosaccharides associant des unités saccharidiques à d’autres molécules.

📐 Formule — La formule brute générale des oses est $C_n(H_2O)_n$ avec $3 \leq n \leq 7$ et une fonction carbonyle accompagnée de $n-1$ fonctions alcool.

📌 Un aldose possède une fonction aldéhyde, tandis qu’un cétose possède une fonction cétone.

Compléments

• Les principales fonctions des glucides sont: éléments structuraux dans la cellulose, réserves énergétiques dans l’amidon et le glycogène, constituants des acides nucléiques

💡 Astuce mémo

Aldose = aldéhyde ; cétose = cétone

📖 2. Stéréoisomérie et cyclisation des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Série D ou L : Déterminée par la position du groupement OH porté par le carbone asymétrique le plus éloigné du carbone 1 : à droite pour la série D et à gauche pour la série L.
• Épimères : Deux oses sont épimères lorsqu’ils ne diffèrent que par la configuration d’un seul carbone asymétrique ; le D-glucose et le D-galactose sont épimères en C4, tandis que le D-glucose et le D-mannose le sont en C2.
• Mutarotation : Passage réversible d’un anomère à l’autre en passant transitoirement par la forme linéaire.

📝 Points essentiels

📌 Dans une projection de Fischer, la fonction réductrice est orientée vers le haut et la numérotation se fait de haut en bas ; le carbone carbonylé est C1 pour un aldose et C2 pour un cétose.

• La cyclisation d’un ose résulte d’une hémiacétalisation ou d’une hémicétalisation intramoléculaire entre sa fonction carbonyle et une fonction hydroxyle, avec formation d’un cycle furanique ou pyranique.

💡 Astuce mémo

Linéaire → cyclique → anomère → mutarotation

📖 3. Propriétés chimiques des oses

★ À maîtriser

• La réduction des oses par le borohydrure de sodium forme des polyalcools ; le D-glucose donne du D-sorbitol, tandis que le D-fructose donne du D-sorbitol et du D-mannitol.

• Les oxydants doux transforment la fonction aldéhyde des aldoses en acide aldonique ; le D-glucose donne ainsi l’acide D-gluconique.

• Les esters phosphoriques sont des formes actives des oses dans l’organisme, notamment l’α-D-glucose-6-phosphate et l’α-D-fructose-1,6-diphosphate formés au cours de la glycolyse.

Compléments

• L’oxydation énergique du D-glucose par l’acide nitrique forme l’acide saccharique, un di-acide portant des fonctions acides sur les carbones 1 et 6.

💡 Astuce mémo

Réduction, oxydation ou estérification → dérivés fonctionnels

📖 4. Principaux oses et dérivés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides uroniques : Dérivent des oses par oxydation du carbone C6 ; le glucose donne l’acide glucuronique et le galactose l’acide galacturonique.

★ À maîtriser

• Le glucose est un aliment énergétique notamment pour le cerveau, représente la quasi-totalité des oses sanguins et existe sous forme d’amidon, de glycogène, de cellulose et de composés conjugués.

• Le D-ribose sous forme de β-D-ribofuranose entre dans la composition des acides ribonucléiques, tandis que le D-2-désoxyribose dépourvu de OH en C2 entre dans celle des acides désoxyribonucléiques.

Compléments

📌 Le D-galactose est épimère du D-glucose en C4, tandis que le D-fructose est un cétose présent dans les fruits, le miel, le saccharose et le raffinose.

• L’acide glucuronique augmente l’hydrosolubilité des hormones, pigments biliaires et médicaments par glucurono-conjugaison, ce qui facilite leur élimination par le sang et le rein.

📖 5. Disaccharides et liaisons osidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Disaccharides : Dimères de sucres simples reliés par une liaison O-glycosidique pouvant engager une ou deux fonctions réductrices.

★ À maîtriser

• Le saccharose est formé de α-D-glucopyranosyl-(1,2)-β-D-fructofuranoside et est non réducteur car ses deux carbones anomériques sont engagés dans la liaison osidique.

• Le lactose est un β-D-galactopyranosyl-(1,4)-D-glucopyranose hydrolysé par la lactase de la bordure en brosse intestinale, dont la production diminue généralement à l’âge adulte.

Compléments

• Le maltose est un α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucopyranose provenant généralement de l’hydrolyse de l’amidon ou du glycogène.

💡 Astuce mémo

Saccharose et tréhalose non réducteurs ; lactose et maltose réducteurs

📖 6. Polysaccharides de réserve et structuraux

🔑 Notions clés & Définitions

• Amidon : L’amidon est un polymère de glucose constitué de 10 à 30 % d’amylose linéaire et de 90 à 70 % d’amylopectine ramifiée, servant de réserve glucidique végétale.

📝 Points essentiels

• L’amylose est un polymère linéaire d’α-D-glucose relié par des liaisons α(1,4), tandis que l’amylopectine possède en plus des ramifications α(1,6) environ tous les 20 à 30 résidus.

• Le glycogène est une réserve de glucose du foie et des muscles squelettiques, analogue à l’amylopectine mais plus ramifiée, avec une liaison α(1,6) tous les 8 à 10 résidus.

• La cellulose est un polymère de 10 000 à 15 000 glucoses reliés par des liaisons β(1,4), non métabolisé par l’intestin humain et constituant une fibre alimentaire.

💡 Astuce mémo

Amidon et glycogène stockent ; cellulose structure

📖 7. Glycosaminoglycanes et glycoprotéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéoglycanes : Les protéoglycanes associent un glycosaminoglycane à une protéine centrale et leur portion glucidique représente environ 90 % de leur poids.

📝 Points essentiels

• Les glycosaminoglycanes sont constitués de répétitions d’unités disaccharidiques associant un acide uronique et une osamine.

• L’acide hyaluronique forme un gel macromoléculaire très hydrophile qui assure la lubrification et la résistance mécanique des tissus conjonctifs, du liquide synovial, des tendons et des cartilages.

• L’héparine exerce une activité anticoagulante en activant l’antithrombine, qui inhibe ensuite l’activation de la thrombine.

📌 Les glycoprotéines sont majoritairement protéiques et portent généralement 1 à 20 % de glucides fixés par N-glycosylation sur l’asparagine ou O-glycosylation sur la sérine et la thréonine.

📖 8. Glycolipides et groupes sanguins

📝 Points essentiels

• Les sélectines ralentissent et font rouler les neutrophiles sur l’endothélium par des liaisons de faible affinité, puis les intégrines les fixent fermement avant leur migration à travers l’endothélium.

• Les glycolipides possèdent une partie glucidique orientée vers l’extérieur de la membrane et une partie lipidique insérée dans la bicouche.

• La substance H contient:

  • glucose
  • galactose
  • N-acétylglucosamine
  • galactose
  • fucose

📌 Le groupe A ajoute une N-acétylgalactosamine à la substance H, le groupe B ajoute un galactose, tandis que le groupe O ne possède pas de sixième ose.

💡 Astuce mémo

H + GalNAc = A ; H + Gal = B ; H seul = O

📖 9. Acides gras et propriétés lipidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides gras : Chaînes carbonées de 4 à 36 carbones portant une fonction acide carboxylique à une extrémité ; la plupart des acides gras biologiques contiennent 14 à 22 carbones.

📝 Points essentiels

📌 Les acides gras saturés ne possèdent aucune double liaison, tandis que les acides gras insaturés possèdent une ou plusieurs doubles liaisons.

• La notation $C18:2\ \Delta 9{,}12$ désigne un acide gras à 18 carbones et deux doubles liaisons situées entre les carbones 9-10 et 12-13.

• Les acides linoléique et linolénique sont des acides gras essentiels des séries ω6 et ω3, respectivement, qui doivent être apportés par l’alimentation.

📌 Plus une chaîne d’acide gras est longue et saturée, plus son point de fusion est élevé, tandis que les doubles liaisons diminuent les interactions interchaînes et abaissent le point de fusion.

💡 Astuce mémo

Chaîne longue et saturée → fusion élevée ; insaturation → fusion abaissée

📖 10. Glycérides et phospholipides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycérophospholipides : Les glycérophospholipides sont des diglycérides portant un groupement phosphate par une fonction phosphoester ; l’acide gras en C1 est le plus souvent saturé et celui en C2 le plus souvent insaturé.

📝 Points essentiels

• Les triglycérides sont des réserves énergétiques stockées sous forme de gouttelettes graisseuses dans les adipocytes et ne sont pas des constituants des membranes cellulaires.

• L’hydrolyse alcaline des triglycérides par trois équivalents de NaOH forme du glycérol et des savons durs, tandis que trois équivalents de KOH forment des savons mous.

📖 11. Glycérides et triglycérides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycérides : Composés comprenant une molécule de glycérol et un à trois acides gras reliés au glycérol par des fonctions ester.

★ À maîtriser

• Les triglycérides sont stockés sous forme de gouttelettes graisseuses dans les adipocytes et constituent une réserve énergétique en acides gras.

Compléments

• L’hydrolyse acide ou enzymatique des triglycérides libère du glycérol et des acides gras.

📐 Formule — La saponification suit les réactions $TG + 3NaOH \rightarrow glycérol + savons\ durs$ et $TG + 3KOH \rightarrow glycérol + savons\ mous$.

💡 Astuce mémo

Stockage des triglycérides → réserve énergétique et isolation thermique

📖 12. Glycérophospholipides et lipides messagers

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycérophospholipides : Diglycérides portant un groupement phosphate fixé par une fonction phosphoester.

★ À maîtriser

• La phosphatidylcholine est le phospholipide le plus abondant des membranes plasmiques.

• Le phosphatidylinositol peut être phosphorylé en PIP ou PIP2, puis la phospholipase C peut libérer le messager intracellulaire IP3.

Compléments

• Le PAF est un alkyl de phosphatidylcholine impliqué dans l’activation des plaquettes, la coagulation et la vasomotricité.

💡 Astuce mémo

Phosphatidylcholine : membrane ; phosphatidylinositol : messager

📖 13. Eicosanoïdes et médiateurs lipidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Eicosanoïdes : Médiateurs chimiques à courte durée de vie dérivés principalement d’acides gras insaturés à 20 carbones, notamment l’acide arachidonique.

📝 Points essentiels

• La 5-lipoxygénase transforme l’acide arachidonique en 5-HPETE puis en LTA4, lequel est métabolisé en LTB4 ou en LTC4, LTD4 et LTE4.

• Le LTB4 est un agent chimiotactique qui participe au recrutement des polynucléaires lors d’une réaction inflammatoire.

• Les prostaglandines sont synthétisées par les cyclooxygénases COX-1 ou COX-2 à partir d’acides gras libérés des phospholipides membranaires par les phospholipases A2.

📌 Le TXA2 augmente l’agrégation plaquettaire et provoque une vasoconstriction, tandis que la PGI2 inhibe la synthèse de TXA2 et exerce un effet opposé.

💡 Astuce mémo

Arachidonate → 5-HPETE → LTA4 → LTB4 ou LTC4-LTE4

📖 14. Sphingolipides et stérols

🔑 Notions clés & Définitions

• Sphingolipides : Résultent de la liaison d’acides gras avec la sphingosine, qui est un di-alcool aminé.
• Cholestérol : Stérol présent dans toutes les cellules, où il régule la fluidité et la perméabilité passive des membranes.

★ À maîtriser

• Les céramides peuvent porter un ou plusieurs oses et former des cérébrosides ou des gangliosides impliqués dans les interactions cellulaires et la structure de récepteurs membranaires.

Compléments

• Le cholestérol possède 27 atomes de carbone et quatre cycles non aromatiques.

💡 Astuce mémo

Sphingolipides : sphingosine ; stérols : noyau cholestérol

📖 15. Cholestérol et lipoprotéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipoprotéines : Assemblages de lipides peu ou pas hydrosolubles et d’apoprotéines qui transportent les lipides dans le sang.

📝 Points essentiels

• Les quatre grands types de lipoprotéines sont:

  • Chylomicrons
  • VLDL
  • LDL
  • HDL

• L’excès de LDL favorise leur entrée dans les macrophages de l’endothélium, la formation de cellules spumeuses et l’apparition de lésions d’athérosclérose pouvant obstruer les artères.

💡 Astuce mémo

Chylomicrons < VLDL < LDL < HDL

📖 16. Vitamines liposolubles

📝 Points essentiels

• Les vitamines sont indispensables à la vie et doivent généralement être apportées par l’alimentation, à l’exception de la vitamine D et d’une des vitamines K qui peuvent être produites par l’organisme.

• La vitamine D3 issue du 7-déshydrocholestérol cutané est hydroxylée une première fois dans le foie sur le carbone 25 puis une seconde fois dans le rein sur le carbone 1 pour devenir active.

• La vitamine K est nécessaire à la γ-carboxylation hépatique de protéines de la coagulation, ce qui leur permet de fixer le calcium.

💡 Astuce mémo

Vitamine D3 : peau → foie → rein

📖 17. Acides aminés et dérivés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Molécule comprenant une fonction acide carboxylique et une fonction amine, généralement portées par le même carbone α dans les acides aminés protéinogènes.
• Zwitterion : Forme moléculaire d’acide aminé portant simultanément une charge positive et une charge négative, avec une charge globale nulle.

★ À maîtriser

• Les huit acides aminés essentiels sont:

  • Valine
  • Leucine
  • Isoleucine
  • Thréonine
  • Tryptophane
  • Phénylalanine
  • Lysine
  • Méthionine

• Au pH physiologique de 7,4, les fonctions carboxylique et amine des acides aminés sont le plus souvent ionisées sous forme COO− et NH3+.

• Le pH isoélectrique est le pH auquel un acide aminé est électriquement neutre, se trouve sous forme de zwitterion et ne migre pas dans un champ électrique.

• La désamination oxydative élimine le groupement aminé sous forme d’ammoniaque, tandis que la décarboxylation produit des amines biogènes.

Compléments

• Le GABA est un neuromédiateur inhibiteur et une diminution de l’activité GABAergique est impliquée dans l’épilepsie.

💡 Astuce mémo

Acide aminé essentiel : alimentation ; non essentiel : synthèse cellulaire

📖 18. Structures et fonctions des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Enchaînement d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques et codé par le génome; lorsque l’enchaînement comporte moins de 50 acides aminés, il s’agit d’un peptide.
• Liaison peptidique : Liaison amide formée par déshydratation entre la fonction amine d’un acide aminé et la fonction carboxylique d’un autre.
• ARN : Acide nucléique simple brin constitué d’une base parmi A, C, G et U, d’un ribose et d’un groupement phosphate.

📝 Points essentiels

• La structure primaire d’une protéine est la séquence des acides aminés écrite de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale.

• Les quatre interactions majeures sont:

  • Interactions hydrophobes
  • Interactions ioniques
  • Liaisons hydrogène
  • Ponts disulfure

• La structure quaternaire résulte de l’association de plusieurs monomères et peut produire une coopérativité positive ou négative dans les protéines allostériques.

• L’albumine représente 60 % des protéines plasmatiques et assure notamment 75 à 80 % de la pression oncotique du plasma.

• Les immunoglobulines sont des tétramères constitués de deux chaînes légères identiques et de deux chaînes lourdes identiques, avec une configuration en Y.

• L’hémoglobine est une protéine tétramérique qui transporte l’oxygène des alvéoles pulmonaires vers les tissus, tandis que la myoglobine est monomérique et stocke l’oxygène dans les muscles.

• La fixation de l’oxygène sur une chaîne d’hémoglobine modifie sa conformation, facilite la fixation sur les chaînes voisines et produit une coopération allostérique.

• À une pression partielle d’oxygène de 97 mm Hg dans les poumons, la saturation du sang artériel dépasse 97 %, tandis qu’à 40 mm Hg dans les tissus l’hémoglobine libère de l’oxygène alors que la myoglobine reste saturée.

• La demi-vie d’une protéine est le temps nécessaire pour que sa concentration initiale diminue de 50 %; l’hémoglobine reste fonctionnelle plus de deux mois, tandis que les peptides hormonaux ont une durée de vie moyenne de 40 minutes.

• Les protéines cellulaires à longue durée de vie sont dégradées dans les lysosomes sans ATP, tandis que les protéines anormales et certaines protéines à courte durée de vie sont dégradées dans le cytoplasme avec ATP et ubiquitine.

• L’ubiquitinylation fixe successivement l’ubiquitine grâce aux complexes enzymatiques E1, E2 et E3, puis au moins quatre ubiquitines dirigent la protéine vers le protéasome.

• L’ADN porte l’information génétique et sa réplication permet à chaque génération d’obtenir une copie du matériel génétique.

• La double hélice d’ADN proposée par Watson et Crick en 1953 comprend deux brins antiparallèles, avec les bases à l’intérieur et les phosphates et sucres à l’extérieur.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📊 Tableaux de synthèse

Principaux polysaccharides

Groupes sanguins ABO