Fiche de révision : Structure et fonction des biomolécules

📋 Plan du Cours

1. Acides aminés et peptides
2. Organisation des protéines
3. Protéines fibreuses et globulaires
4. Hémoglobine et transport des gaz
5. Protéines membranaires et signalisation
6. Lipides et fonctions biologiques
7. Acides gras et propriétés physiques
8. Dérivés et réserves lipidiques
9. Phospholipides et membranes
10. Structure et fonctions des glucides
11. Polysaccharides et matrices extracellulaires
12. Glycanes et groupes sanguins ABO

📖 1. Acides aminés et peptides

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Possède une fonction amine, une fonction carboxyle et un radical R dont la nature détermine ses propriétés particulières.
• Structure primaire : Est l’enchaînement linéaire des acides aminés liés par des liaisons peptidiques, lu de l’extrémité amino-terminale vers l’extrémité carboxyterminale.

★ À maîtriser

• Les neuf acides aminés essentiels sont:

  • l’histidine
  • l’isoleucine
  • la leucine
  • la lysine
  • la méthionine
  • la phénylalanine
  • la thréonine
  • le tryptophane
  • la valine

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

• Les peptides ou oligopeptides sont constitués de deux à quelques dizaines d’acides aminés et peuvent avoir des fonctions hormonales, médiatrices ou régulatrices.

Compléments

• La glycine est un précurseur de la porphyrine et de l’hème, groupement prosthétique de la myoglobine et de l’hémoglobine.

• La carnitine intervient dans le catabolisme des lipides en permettant leur transport intracellulaire vers les mitochondries.

• L’histamine dérivée de l’histidine est un médiateur pro-inflammatoire vaso-actif impliqué dans la réponse immunitaire et les réactions allergiques.

• La pénicilline, découverte par Fleming en 1928, est un peptide produit par le champignon Penicillium qui empêche la formation de la paroi bactérienne.

💡 Astuce mémo

Radicaux variés → propriétés et fonctions spécifiques

📖 2. Organisation des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure secondaire : Est un repliement local, régulier et périodique de la chaîne polypeptidique en hélices, en feuillets ou en d’autres formes.
• Structure tertiaire : Est le repliement spatial d’une chaîne polypeptidique selon les interactions entre les radicaux des acides aminés, généralement en milieu aqueux.
• Structure quaternaire : Résulte de l’association de plusieurs polypeptides par des liaisons covalentes, ioniques, hydrogène ou d’autres interactions chimiques.

📝 Points essentiels

• Les radicaux hydrophobes tendent à s’enfouir au cœur de la protéine, tandis que les radicaux polaires ou chargés sont davantage exposés à sa surface.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 3. Protéines fibreuses et globulaires

★ À maîtriser

📌 Les protéines fibreuses sont allongées, généralement insolubles et résistantes à la protéolyse, tandis que les protéines globulaires sont compactes, solubles et assurent des fonctions variées.

• Le collagène représente 25 % des protéines des mammifères et est principalement sécrété par les fibroblastes pour organiser les tissus conjonctifs de soutien.

• La structure de base des fibrilles de collagène est une triple hélice de tropocollagène, dont l’organisation décalée forme des câbles très résistants à la traction.

• La myoglobine est une protéine globulaire monomérique d’environ 17 kDa qui stocke l’oxygène musculaire grâce à un atome de fer situé dans un groupement hème.

• L’amylase est une hydrolase salivaire et pancréatique qui fonctionne à 37 °C et hydrolyse l’amidon en glucose.

• Une enzyme reconnaît spécifiquement son substrat au site actif, forme un complexe enzyme-substrat, transforme le substrat en produit puis est libérée inchangée.

Compléments

• Le collagène a une durée de vie d’environ deux mois dans le derme avant son renouvellement.

💡 Astuce mémo

Fibreuses : soutien ; globulaires : fonctions dynamiques

📖 4. Hémoglobine et transport des gaz

📝 Points essentiels

• L’hémoglobine adulte principale HbA est un hétérotétramère α2β2, tandis que l’hémoglobine fœtale HbF est α2γ2.

• Chez l’adulte sain, HbA représente 97 % de l’hémoglobine, HbA2 représente 2 % à 3 % et HbF persiste à moins de 1 %.

• L’hémoglobine transporte le dioxygène des poumons vers les cellules et ramène le dioxyde de carbone des tissus vers les poumons.

• La fixation de l’oxygène par l’hémoglobine est coopérative : la fixation d’une première molécule facilite celle des suivantes sur les autres hèmes.

• La saturation artérielle en oxygène est considérée comme bonne entre 94 % et 98 %, médiocre entre 90 % et 93 %, et une valeur inférieure à 90 % correspond à une désaturation.

📌 La forme T de l’hémoglobine est désoxygénée et possède une faible affinité pour l’oxygène, tandis que la forme R est oxygénée et possède une forte affinité pour l’oxygène.

💡 Astuce mémo

Forme T : libère O₂ ; forme R : fixe O₂

📖 5. Protéines membranaires et signalisation

📝 Points essentiels

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

• Les protéines membranaires assurent notamment le transport d’ions, de métabolites, de sucres et d’acides aminés, et certains transports actifs primaires consomment de l’ATP grâce à une activité ATPasique.

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

• La fixation d’un ligand sur un récepteur membranaire provoque un changement de conformation, active une signalisation intracellulaire et déclenche une réponse physiologique.

• Les récepteurs couplés aux protéines G possèdent 7 domaines transmembranaires et transmettent le signal par l’intermédiaire d’une protéine G ancrée sous la membrane plasmique.

• Lors de la signalisation olfactive, une molécule odorante active un RCPG, puis une protéine G, des canaux ioniques et finalement un potentiel d’action qui se propage vers le bulbe olfactif.

💡 Astuce mémo

Ligand → récepteur → relais → réponse cellulaire

📖 6. Lipides et fonctions biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide : Est une molécule principalement constituée de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, très peu soluble dans l’eau et pouvant être apolaire ou amphiphile.
• Acide gras : Est un acide carboxylique de formule $R-COOH$ dont la chaîne aliphatique variable assure le caractère hydrophobe et gras de la molécule.

📝 Points essentiels

• Les grandes familles de lipides sont:

  • les acides gras
  • les glycérides
  • les phospholipides
  • les sphingolipides
  • les glycolipides
  • les stérols et stéroïdes

• Les lipides constituent des réserves intracellulaires d’énergie, des matériaux des membranes biologiques et des précurseurs de médiateurs, hormones stéroïdes, vitamines, coenzymes et pigments.

📌 L’acide stéarique C18:0 est saturé, possède un point de fusion de 70 °C et forme une graisse, tandis que l’acide oléique C18:1 n9 cis est insaturé, fond à 13 °C et forme une huile.

💡 Astuce mémo

Saturé : compact et solide ; insaturé : coudé et liquide

📖 7. Acides gras et propriétés physiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide stéarique : Acide gras saturé à 18 carbones dont le point de fusion est de +70 °C, ce qui explique qu’il forme une graisse solide à température ambiante.

📝 Points essentiels

• L’acide oléique est un acide gras insaturé C18:1 dont la double liaison déforme la chaîne, abaisse le point de fusion à +13 °C et le rend liquide à température ambiante.

• L’acide linoléique est un acide gras polyinsaturé C18:2 oméga 6 dont le point de fusion est de −5 °C, tandis que l’acide linolénique est C18:3 oméga 3 ou 6 avec un point de fusion de −11 °C.

📌 Les acides gras polyinsaturés linoléique et linolénique sont essentiels car ils doivent être apportés par l’alimentation et participent à la croissance, à la peau, à la rétine, au système nerveux, au système immunitaire et aux membranes cellulaires.

💡 Astuce mémo

Saturé et rectiligne = solide ; insaturé et coudé = liquide

📖 8. Dérivés et réserves lipidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Eicosanoïdes : Dérivés d’acides gras polyinsaturés, principalement de l’acide arachidonique, qui servent de médiateurs de la communication cellulaire et d’hormones lipophiles.
• Triglycérides : Formés d’un glycérol dont les trois groupes hydroxyles sont estérifiés par des acides gras.

★ À maîtriser

• Les prostaglandines participent au métabolisme, à la contraction des muscles lisses, à la régulation de la pression artérielle, à l’inflammation, à la douleur et à la fièvre.

📌 Les triglycérides stockés dans des gouttelettes hydrophobes fournissent des réserves énergétiques pour plusieurs mois, contrairement au glycogène qui fournit une énergie rapide et épuisable en une journée.

Compléments

• La teneur optimale en triglycérides sanguins devrait rester inférieure à 150 mg/dL.

💡 Astuce mémo

Triglycérides hydrophobes → gouttelettes → réserves énergétiques longues

📖 9. Phospholipides et membranes

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycérophospholipides : Lipides membranaires construits autour d’un glycérol portant une tête polaire liée à un phosphate et deux acides gras formant des jambes hydrophobes.

★ À maîtriser

• En milieu aqueux, les phospholipides s’autoassemblent en bicouche avec les têtes hydrophiles vers l’eau et les chaînes hydrophobes vers l’intérieur.

📌 Les chaînes d’acides gras courtes ou insaturées favorisent la fluidité membranaire, tandis que les chaînes longues et saturées favorisent un état visqueux.

📌 Le cholestérol augmente la fluidité d’une membrane riche en acides gras saturés, mais diminue la fluidité d’une membrane déjà riche en acides gras insaturés.

Compléments

📌 Lorsque la température diminue, les bactéries et les levures synthétisent davantage de lipides à acides gras insaturés afin de conserver la fluidité membranaire.

• Les liposomes peuvent fusionner avec les membranes biologiques et servir de vecteurs pour délivrer des médicaments, des substances thérapeutiques ou des principes vaccinaux.

💡 Astuce mémo

Une tête hydrophile tournée vers l’eau et deux jambes hydrophobes face à face

📖 10. Structure et fonctions des glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Ont pour formule brute $C_n(H_2O)_n$ et sont des polyalcools contenant une fonction aldéhyde ou cétone.
• Anomérie : Apparition, lors de la cyclisation d’un ose, d’un nouveau carbone asymétrique pouvant placer le groupement OH en position alpha ou bêta.

📝 Points essentiels

• Les glucides fournissent 40 à 50 % des calories de l’alimentation humaine et peuvent servir de source d’énergie immédiate ou de réserve sous forme d’amidon et de glycogène.

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

• Le D-glucose est le principal carburant des tissus, tandis que le fructose est l’hexose des fruits et du miel et possède un pouvoir sucrant légèrement supérieur à celui du glucose.

💡 Astuce mémo

Aldose = aldéhyde ; cétose = cétone

📖 11. Polysaccharides et matrices extracellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycosaminoglycanes : Polysaccharides de la substance fondamentale des matrices extracellulaires animales qui forment un gel hydraté remplissant les espaces intercellulaires.

★ À maîtriser

📌 L’amidon et le glycogène sont des polymères de glucose à liaisons alpha facilement hydrolysables, tandis que la cellulose possède des liaisons bêta résistantes à la dégradation.

• La cellulose est un polymère linéaire de 500 à plusieurs milliers d’unités glucose et représente 50 % du carbone organique.

• L’amidon constitue les réserves énergétiques des végétaux, tandis que le glycogène constitue celles des animaux et des champignons et peut fournir du glucose pendant environ 8 heures.

Compléments

• Chez les ruminants, des bactéries intestinales produisent des cellulases qui hydrolysent la cellulose en unités de glucose utilisables par l’animal.

• Les principaux glycosaminoglycanes humains sont:

  • l’acide hyaluronique
  • le chondroïtine sulfate
  • le dermatane sulfate
  • le kératane sulfate
  • l’héparane sulfate
  • l’héparine

💡 Astuce mémo

Amidon et glycogène se dégradent vite ; cellulose résiste

📖 12. Glycanes et groupes sanguins ABO

🔑 Notions clés & Définitions

• Oligosides : Oligomères constitués de 3 à 10 unités osidiques, qui forment souvent des antennes glucidiques impliquées dans la reconnaissance cellulaire.

📝 Points essentiels

📌 Les glycoprotéines portent généralement 1 à 40 % de leur masse sous forme de sucres, tandis que les protéoglycanes peuvent atteindre 95 % de leur masse en glycosaminoglycanes.

• L’antigène O correspond au motif de base portant un glucose, deux galactoses, une N-acétylglucosamine et un fucose, tandis que l’antigène A ajoute une N-acétylgalactosamine et l’antigène B ajoute un galactose.

• Le phénotype ABO dépend génétiquement de l’enzyme transférase qui ajoute ou non un sixième sucre au motif de base : l’enzyme A ajoute une N-acétylgalactosamine, l’enzyme B ajoute un galactose et le groupe O ne possède pas d’enzyme fonctionnelle.

• Les individus A produisent des anticorps anti-B, les individus B des anticorps anti-A, les individus AB aucun anticorps et les individus O des anticorps anti-A et anti-B.

• Lors d’une incompatibilité ABO, les anticorps se fixent aux antigènes oligosidiques des hématies, provoquent leur hémagglutination puis leur hémolyse, ce qui peut entraîner le décès.

💡 Astuce mémo

Motif de base → enzyme H → ajout A ou B → phénotype ABO

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux d’organisation des protéines

Formes de l’hémoglobine