Biochimie : glucides, lipides, acides aminés et enzymologie : fiche de révision
Glycolyse et bilan ATP, acides gras et β-oxydation, les 20 acides aminés, structures des protéines, Michaelis-Menten : les formules et pièges de biochimie du PASS.
1Glucides et métabolisme énergétique
Les oses se classent par nombre de carbones (trioses ; pentoses : ribose, désoxyribose ; hexoses : glucose, fructose, galactose) et par fonction (aldose ou cétose). Le glucose est un aldohexose ; en solution, il se cyclise en pyranose avec un carbone anomérique α ou β. Diholosides : saccharose (glucose-fructose, non réducteur), lactose (galactose-glucose, réducteur), maltose (glucose-glucose α1→4). Polyosides : amidon (amylose linéaire α1→4, amylopectine ramifiée α1→6), glycogène (plus ramifié), cellulose (β1→4, non digestible par l'humain).
La glycolyse (cytosol, 10 étapes) transforme un glucose en deux pyruvates : bilan net 2 ATP et 2 NADH ; enzymes clés régulées : hexokinase, phosphofructokinase-1 (l'étape limitante, activée par l'AMP, inhibée par l'ATP et le citrate), pyruvate kinase. En aérobiose, le pyruvate entre dans la mitochondrie, devient acétyl-CoA (pyruvate déshydrogénase) puis alimente le cycle de Krebs (par tour : 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP, 2 CO₂) et la chaîne respiratoire (théorie chimio-osmotique : gradient de protons, ATP synthase ; environ 2,5 ATP par NADH et 1,5 par FADH₂), soit 30 à 32 ATP par glucose. En anaérobiose : fermentation lactique (régénération du NAD⁺). Néoglucogenèse (foie, à partir de lactate, alanine, glycérol ; jamais à partir d'acides gras chez l'humain) et glycogénolyse maintiennent la glycémie ; insuline et glucagon en sont les régulateurs.
2Lipides et β-oxydation
Les acides gras sont des chaînes carbonées à fonction acide : saturés (palmitique C16:0, stéarique C18:0) ou insaturés (oléique C18:1 ω9, linoléique C18:2 ω6 et α-linolénique C18:3 ω3 ; ces deux derniers sont essentiels). La nomenclature ω compte depuis le carbone terminal ; les doubles liaisons naturelles sont cis. Les triglycérides (glycérol + 3 acides gras) stockent l'énergie ; les phospholipides (glycérophospholipides, sphingomyéline) forment les membranes ; le cholestérol (noyau stérane, 27 carbones) est précurseur des hormones stéroïdes, des acides biliaires et de la vitamine D. Transport plasmatique par lipoprotéines : chylomicrons (lipides alimentaires), VLDL, LDL (« mauvais » cholestérol, apporte aux tissus), HDL (« bon », retour au foie).
La β-oxydation (matrice mitochondriale, après activation en acyl-CoA et transport par la carnitine) coupe deux carbones par tour en libérant un acétyl-CoA, un NADH et un FADH₂ ; le palmitate (C16) subit 7 tours et donne 8 acétyl-CoA, soit environ 106 ATP nets. En jeûne prolongé, le foie fabrique des corps cétoniques (acétoacétate, β-hydroxybutyrate) utilisables par le cerveau. La lipogenèse (synthèse, cytosol, acétyl-CoA carboxylase, malonyl-CoA) est activée par l'insuline. Piège classique : les acides gras ne donnent pas de glucose chez l'humain (l'acétyl-CoA ne remonte pas en pyruvate).
3Acides aminés, protéines et enzymes
Vingt acides aminés protéinogènes, tous de configuration L (sauf la glycine, achirale), reliés par des liaisons peptidiques (amide, plane, rigide). À classer : apolaires aliphatiques (Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro ; la proline, imino-acide, casse les hélices), aromatiques (Phe, Tyr, Trp ; absorbent à 280 nm), polaires non chargés (Ser, Thr, Cys, Asn, Gln ; la cystéine forme des ponts disulfures), acides (Asp, Glu), basiques (Lys, Arg, His ; l'histidine, pKa proche de 7, est le tampon physiologique). Neuf sont essentiels : Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Thr, Lys, His (mnémonique « Mets Le Vin Ici Frère, Tu Trinques Le His »). Le pH isoélectrique (pHi) est le pH où la charge nette est nulle : moyenne des deux pKa encadrant la forme neutre.
Structures : primaire (séquence), secondaire (hélice α : liaisons hydrogène tous les 4 résidus, 3,6 résidus par tour ; et feuillet β), tertiaire (repliement 3D, liaisons faibles et ponts disulfures), quaternaire (plusieurs chaînes : hémoglobine α₂β₂, coopérativité, courbe sigmoïde ; la myoglobine, monomérique, a une courbe hyperbolique). Enzymologie : une enzyme abaisse l'énergie d'activation sans modifier l'équilibre. Modèle de Michaelis-Menten : v = Vmax·[S] / (Km + [S]) ; Km = concentration en substrat donnant Vmax/2, inversement liée à l'affinité. Représentation de Lineweaver-Burk (1/v en fonction de 1/[S]) : un inhibiteur compétitif augmente le Km apparent sans changer Vmax (les droites se coupent sur l'axe des ordonnées) ; un inhibiteur non compétitif diminue Vmax sans changer Km. Les enzymes allostériques ont une cinétique sigmoïde.
4Pièges de QCM et calculs à maîtriser
Pièges récurrents : « la glycolyse produit 4 ATP » (brut oui, net 2) ; « le saccharose est réducteur » (non, les deux carbones anomériques sont engagés) ; « l'humain digère la cellulose » (non, liaison β1→4) ; « les acides gras donnent du glucose » (non) ; « le Km augmente avec l'affinité » (non, c'est l'inverse) ; « un inhibiteur compétitif diminue Vmax » (non) ; « tous les acides aminés sont chiraux » (non, glycine). Calculs à automatiser : bilan ATP du glucose, nombre de tours de β-oxydation d'un acide gras à n carbones (n/2 − 1 tours, n/2 acétyl-CoA), pHi d'un acide aminé, lecture graphique de Km et Vmax.
Méthode : la biochimie du PASS se gagne sur les schémas de voies (dessiner la glycolyse et le cycle de Krebs de mémoire, avec les enzymes régulées et les bilans) et sur les tableaux (acides aminés par classe, lipoprotéines). Une flashcard par enzyme clé (voie, localisation, régulateurs) et par formule, plus les annales chronométrées.
Définitions à connaître par cœur
Quiz : teste-toi sur biochimie : glucides, lipides, acides aminés et enzymologie
9 questions corrigées. Réponds avant d'ouvrir la correction !
1. Le bilan net de la glycolyse pour un glucose est…
- A.4 ATP
- B.2 ATP et 2 NADH
- C.36 ATP
- D.2 ATP sans NADH
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Réponse : B. 2 ATP et 2 NADH
4 ATP produits moins 2 consommés = 2 ATP nets, plus 2 NADH, pour 2 pyruvates.
2. L'enzyme limitante de la glycolyse est…
- A.l'hexokinase
- B.la phosphofructokinase-1
- C.la pyruvate kinase
- D.l'énolase
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Réponse : B. la phosphofructokinase-1
La PFK-1 est activée par l'AMP et inhibée par l'ATP et le citrate : c'est le point de contrôle majeur.
3. Quel diholoside est non réducteur ?
- A.Le lactose
- B.Le maltose
- C.Le saccharose
- D.Le cellobiose
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Réponse : C. Le saccharose
Dans le saccharose, les deux carbones anomériques sont engagés dans la liaison : plus de fonction réductrice libre.
4. Combien de tours de β-oxydation subit le palmitate (C16) ?
- A.6
- B.7
- C.8
- D.16
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Réponse : B. 7
n/2 − 1 = 7 tours, produisant 8 acétyl-CoA.
5. Chez l'humain, les acides gras…
- A.sont convertis en glucose par néoglucogenèse
- B.ne peuvent pas donner de glucose
- C.donnent du glucose uniquement au jeûne
- D.sont stockés sous forme de glycogène
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Réponse : B. ne peuvent pas donner de glucose
L'acétyl-CoA ne remonte pas en pyruvate : la néoglucogenèse ne part que du lactate, des acides aminés et du glycérol.
6. Un inhibiteur compétitif…
- A.diminue Vmax et augmente Km
- B.augmente le Km apparent sans modifier Vmax
- C.diminue Vmax sans modifier Km
- D.n'a aucun effet sur la cinétique
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Réponse : B. augmente le Km apparent sans modifier Vmax
Il rivalise avec le substrat sur le site actif ; un excès de substrat rétablit Vmax.
7. Quel acide aminé n'est pas chiral ?
- A.L'alanine
- B.La glycine
- C.La proline
- D.La sérine
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Réponse : B. La glycine
La glycine porte deux hydrogènes sur son carbone α : pas de centre asymétrique.
8. L'hélice α compte environ… résidus par tour
- A.2
- B.3,6
- C.5
- D.10
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Réponse : B. 3,6
3,6 résidus par tour, stabilisée par des liaisons hydrogène entre les résidus n et n+4.
9. La courbe de saturation de l'hémoglobine est sigmoïde car…
- A.elle est monomérique
- B.ses sous-unités sont coopératives
- C.elle ne fixe pas l'oxygène
- D.elle est allostérique négative uniquement
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Réponse : B. ses sous-unités sont coopératives
La fixation d'un O₂ facilite les suivantes (coopérativité) ; la myoglobine, monomérique, est hyperbolique.
Questions fréquentes
Comment calculer le bilan ATP d'un acide gras ?
Pour un acide gras saturé à n carbones : n/2 − 1 tours de β-oxydation donnant n/2 acétyl-CoA, (n/2 − 1) NADH et (n/2 − 1) FADH₂ ; chaque acétyl-CoA vaut environ 10 ATP via Krebs et la chaîne respiratoire ; retirer 2 ATP pour l'activation. Palmitate : 8 × 10 + 7 × 2,5 + 7 × 1,5 − 2 ≈ 106 ATP.
Comment retenir les acides aminés essentiels ?
Ils sont neuf : valine, leucine, isoleucine, méthionine, phénylalanine, tryptophane, thréonine, lysine, histidine, avec un moyen mnémotechnique de votre choix (« Mets Le Vin Ici Frère, Tu Trinques Le His »).
Comment distinguer inhibition compétitive et non compétitive sur un graphe de Lineweaver-Burk ?
Compétitive : les droites se coupent sur l'axe des ordonnées (même 1/Vmax), le Km apparent augmente. Non compétitive : les droites se coupent sur l'axe des abscisses (même −1/Km), Vmax diminue.
Comment réviser la biochimie en PASS ?
Redessiner les voies métaboliques de mémoire avec enzymes régulées et bilans, apprendre les tableaux (acides aminés, lipoprotéines) par flashcards et s'entraîner aux QCM chronométrés. Générer des QCM depuis ses cours permet de couvrir chaque voie au format concours.