Fiche de révision : Protéines et lipides

📋 Plan du Cours

1. Carbone et diversité des biomolécules
2. Glucides et stockage énergétique
3. Acides nucléiques et information génétique
4. Protéines et fonctions biologiques
5. Fonctions des protéines
6. Acides aminés et liaison peptidique
7. Niveaux de structure des protéines
8. Motifs, domaines et repliement
9. Lipides et triglycérides
10. Saturation et énergie des lipides
11. Phospholipides et membranes

📖 1. Carbone et diversité des biomolécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomères de structure : Les isomères de structure ont la même formule moléculaire, mais des squelettes carbonés différents, comme le pentane et le 2-méthylbutane, tous deux de formule C5H12.

★ À maîtriser

• Chaque atome de carbone possède quatre électrons de valence et peut former quatre liaisons covalentes, ce qui permet des chaînes, des ramifications, des anneaux, des sphères, des tubes ou des spirales.

📌 Les liaisons C–C et C–H sont apolaires en raison de la répartition symétrique des charges, tandis que les liaisons C–O, O–H et N–H sont polaires en raison d’une répartition asymétrique.

• La déshydratation relie deux monomères par une liaison covalente en retirant un OH et un H, ce qui libère une molécule d’eau; l’hydrolyse décompose un polymère en monomères en ajoutant une molécule d’eau.

Compléments

📌 Les énantiomères sont des stéréo-isomères spéculaires de molécules chirales, tandis que les isomères cis-trans résultent d’une disposition différente des groupements fonctionnels sur un même squelette carboné.

• Les groupements fonctionnels cités et leur catégorie sont :
  • hydroxyle (OH), polaire
  • carbonyle (C=O), polaire
  • carboxyle (COOH), acide
  • phosphate (PO42-), basique
  • amine (NH2), basique

📖 2. Glucides et stockage énergétique

★ À maîtriser

📌 Le fructose est un isomère de structure du glucose en raison de la position différente du groupe carbonyle, tandis que le galactose en est un stéréo-isomère en raison de la disposition différente des groupes OH et H.

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

• L’amidon végétal est un polymère insoluble d’α-glucose; chez la pomme de terre, il comprend 20 % d’amylose à liaisons α-(1→4) et 80 % d’amylopectine, qui porte des ramifications α-(1→6).

📌 Le glycogène est un polymère de réserve d’α-glucose chez les animaux, avec des liaisons α-(1→4) et des ramifications α-(1→6) rapprochées, tandis que la cellulose est un polymère structural de β-glucose à liaisons β-(1→4) chez les plantes.

Compléments

• Les glucides sont formés de carbone, d’hydrogène et d’oxygène et leur formule générale est Cm(H2O)n, avec m ≥ n.

• Les monosaccharides cités comportent 3, 5 ou 6 atomes de carbone; les hexoses ont notamment la formule C6H12O6.

📌 Le glucose cyclique existe sous les formes α et β, qui diffèrent par la position du groupe hydroxyle sur le carbone 1.

• La chitine est un polymère de N-acétylglucosamine présent chez les arthropodes et les champignons.

💡 Astuce mémo

L’α-glucose réserve l’énergie ; le β-glucose structure la cellulose.

📖 3. Acides nucléiques et information génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Un nucléotide est composé d’un pentose, d’un groupe phosphate et d’une base azotée; le pentose est le désoxyribose dans l’ADN et le ribose dans l’ARN.

★ À maîtriser

• Les nucléotides sont polymérisés par des liaisons phosphodiester entre le phosphate d’un nucléotide et le groupe OH en position 3′ du pentose d’un autre nucléotide.

• L’ADN stocke l’information génétique : ses séquences de nucléotides, appelées gènes, codent l’information des séquences d’acides aminés des protéines.

• Dans l’ADN, l’adénine s’apparie à la thymine et la cytosine à la guanine; dans l’ARN, l’adénine s’apparie à l’uracile et la cytosine à la guanine.

Compléments

• Un polynucléotide possède une extrémité 5′ portant un phosphate et une extrémité 3′ portant un groupe OH.

• Les bases azotées sont l’adénine (A) et la guanine (G), purines à deux cycles, ainsi que la cytosine (C), la thymine (T) et l’uracile (U), pyrimidines à un cycle.

📌 L’ADN est généralement circulaire chez les procaryotes et linéaire chez les eucaryotes, où il forme des chromosomes.

📌 L’ARN possède un ribose portant un OH en position 2′, une base uracile et généralement un seul brin, tandis que l’ADN possède un H en position 2′ et de la thymine.

• Les ARN cités comprennent l’ARN messager, l’ARN ribosomique, l’ARN de transfert, les ribozymes et les ARN non codants impliqués dans la régulation de l’expression des gènes.

• L’ATP est un carburant cellulaire dont l’hydrolyse libère l’énergie utilisée notamment pour activer des réactions chimiques défavorables, transporter des substances à travers les membranes et permettre le mouvement des cellules.

• Le NAD+ et le FAD sont des transporteurs d’électrons pour les réactions cellulaires.

💡 Astuce mémo

L’ADN ressemble à un escalier en colimaçon : les brins en sont les rampes et les paires de bases les marches.

📖 4. Protéines et fonctions biologiques

📝 Points essentiels

• Les enzymes catalysent des réactions spécifiques et leur forme tridimensionnelle s’ajuste à celle des réactifs afin de déstabiliser leurs liaisons chimiques.

• Les protéines de défense reconnaissent des microorganismes, des virus et des cellules cancéreuses; les anticorps en sont un exemple, et des récepteurs membranaires interviennent dans les systèmes hormonaux et immunitaires.

• La ferritine stocke le fer dans la rate, la caséine stocke le calcium dans le lait et l’ovalbumine stocke des acides aminés dans le blanc d’œuf.

📖 5. Fonctions des protéines

★ À maîtriser

• Les protéines de transport déplacent de petites molécules et des ions, notamment l’oxygène par l’hémoglobine dans le sang et par la myoglobine dans les muscles, ainsi que des substrats à travers les membranes.

• Les protéines régulatrices comprennent : les hormones, messagers intercellulaires, les facteurs de transcription qui régulent l’expression des gènes, les récepteurs de surface qui assurent la transduction du signal

• Les protéines contractiles, dont l’actine et la myosine, glissent les unes sur les autres pour contracter les muscles; le cytosquelette structure la cellule et déplace des matériaux.

• Les protéines fibreuses de soutien comprennent : la kératine des poils, la fibrine impliquée dans la coagulation sanguine, le collagène de la matrice de la peau, des ligaments, des tendons et des os

Compléments

• Le collagène est la protéine la plus abondante chez les vertébrés.

📖 6. Acides aminés et liaison peptidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Un acide aminé possède un carbone central lié à un groupement amine, un groupement acide, un hydrogène et une chaîne latérale R qui détermine ses propriétés spécifiques.
• Liaison peptidique : La liaison peptidique est une liaison covalente formée par condensation entre le groupement -NH3+ d’un acide aminé et le groupement -COO- d’un autre; elle limite les mouvements autour de l’axe C-N et rigidifie le polypeptide.

★ À maîtriser

• Les protéines sont des polymères formés à partir de 20 acides aminés majoritaires différents, et l’ordre de ces acides aminés, appelé séquence, détermine la structure et la fonction de la protéine.

📌 Tous les acides aminés sauf la glycine sont chiraux et peuvent exister sous les formes L et D; les protéines contiennent exclusivement des acides aminés de forme L, tandis que des formes D se trouvent notamment dans le peptidoglycane bactérien.

Compléments

• Les acides aminés se répartissent en 9 non polaires, 6 polaires non chargés et 5 polaires chargés; les groupes aromatiques et spéciaux se recoupent avec ces catégories.

• À pH physiologique 7,4, le groupement amine est protoné en -NH3+ et chargé positivement, tandis que le groupement carboxyle est déprotoné en -COO- et chargé négativement.

📖 7. Niveaux de structure des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Séquence spécifique d’acides aminés.

• Structure secondaire : La structure secondaire correspond aux formes locales stabilisées par des liaisons hydrogène entre les groupes C=O et N-H du peptide, notamment l’hélice alpha et le feuillet plissé bêta.

• Structure tertiaire : La structure tertiaire est la conformation finale d’une protéine globulaire, déterminée par les liaisons hydrogène, l’exclusion hydrophobe, les liaisons ioniques, les ponts disulfure entre cystéines et les forces de van der Waals entre chaînes latérales apolaires.
• Structure quaternaire : La structure quaternaire est l’agencement de plusieurs polypeptides en sous-unités formant un complexe; leurs interfaces sont apolaires et permettent la transmission d’information d’une sous-unité à l’autre.

★ À maîtriser

• La modification d’un seul acide aminé peut altérer la fonction d’une protéine; dans la chaîne bêta de l’hémoglobine, le remplacement du glutamate polaire par la valine apolaire provoque l’agglutination des globules rouges dans l’anémie falciforme.

Compléments

• Une protéine de 100 acides aminés peut avoir environ 10^130 séquences différentes.

📌 L’hélice alpha est une région peptidique en spirale de forme cylindrique, tandis que le feuillet plissé bêta résulte de régions peptidiques alignées côte à côte et forme des régions planes.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 8. Motifs, domaines et repliement

🔑 Notions clés & Définitions

• Domaine protéique : Un domaine protéique est une unité fonctionnelle au sein de la structure tertiaire; chaque domaine d’une protéine multidomaine peut assurer un aspect de la fonction et contribuer au repliement final.
• Dénaturation : La dénaturation est le dépliement d’une protéine provoqué par un changement de conditions comme le pH, la température ou la concentration ionique, qui rend la protéine inactive.

★ À maîtriser

• Pendant leur synthèse, les protéines exposent leurs acides aminés apolaires à l’environnement aqueux; les protéines chaperonnes aident alors d’autres protéines à se replier.

Compléments

• Les motifs protéiques comprennent : le motif bêta-alpha-bêta, le tonneau bêta formé de feuillets bêta en cercle pour former un tube, l’hélice-tour-hélice, qui se fixe à la double hélice d’ADN

• Dans la mucoviscidose, des mutations touchant une protéine qui transporte les ions chlorure entraînent la production d’un mucus épais, des difficultés respiratoires et des infections.

💡 Astuce mémo

Des lettres forment des mots, puis des paragraphes et des chapitres

📖 9. Lipides et triglycérides

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide : Un lipide est une molécule insoluble dans l’eau, riche en liaisons apolaires C-H, qui s’agrège au contact de l’eau.
• Triglycéride : Un triglycéride est une molécule de glycérol dont chacun des trois carbones est associé à un acide gras; il constitue un composant majeur des graisses animales et des huiles végétales.
• Acide gras : Un acide gras est une longue chaîne hydrocarbonée terminée par un groupement carboxyle COOH.
• Glycérol : Le glycérol est un polyalcool à trois carbones portant trois groupements -OH.

📖 10. Saturation et énergie des lipides

★ À maîtriser

📌 Un acide gras saturé a tous ses carbones internes liés à deux atomes d’hydrogène et possède un point de fusion élevé, tandis qu’un acide gras insaturé contient une ou plusieurs doubles liaisons C=C et a un point de fusion plus bas lorsqu’il est polyinsaturé.

• Les triglycérides libèrent environ 9 kcal/g par oxydation, contre environ 4 kcal/g pour les glucides, car ils sont plus réduits.

Compléments

• Les doubles liaisons cis des acides gras insaturés naturels créent un coude dans la chaîne, tandis que l’hydrogénation industrielle peut produire une configuration trans, à chaîne plus linéaire, associée à des taux élevés de lipoprotéines de faible densité (LDL).

• La majorité des triglycérides animaux sont saturés, sauf ceux des huiles de poisson, tandis que la plupart des triglycérides végétaux sont insaturés, sauf ceux des huiles de palme ou de coco.

💡 Astuce mémo

Les chaînes saturées sont droites et fondent à température plus élevée que les chaînes insaturées coudées

📖 11. Phospholipides et membranes

🔑 Notions clés & Définitions

• Phospholipide : Un phospholipide est un triglycéride dont l’un des trois acides gras est remplacé par un groupement phosphate, généralement lié à une molécule organique telle que la choline, l’éthanolamine ou la sérine, ce qui forme une tête polaire et deux queues apolaires.

📝 Points essentiels

• Les phospholipides sont les principaux constituants des membranes cellulaires.

• Dans l’eau, les phospholipides peuvent s’agréger en micelles sphériques ou former une bicouche où les queues hydrophobes se font face et les têtes polaires sont orientées vers l’extérieur.

💡 Astuce mémo

Dans la bicouche, les queues se font face tandis que les têtes regardent l’eau