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A. Définition de la biochimie

Etude des atomes : physique

Etude des molécules : chimie

Etude des cellules : biologie

Etude des organes, des tissus : physiologie

La biochimie est la science qui étudie les réactions chimiques ayant lieu dans la cellule et dans

l'organisme vivant ainsi que les aspects moléculaires de la vie cellulaire.

B. Notions de chimie atomiqueB.1. Des atomes aux molécules

B.1.1. Définition de l’atome

électrons : négatifsprotons : positifsNeutrons : neutres

La taille d’un atome est d’environ 1 Ǻ

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Z = nombre de protons = nombre de chargesA = nombre de nucléons = nombre de masseX = symbole atomique

XAZ

N147 O16

8C126H1

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tableau de Mendeleiev

B.1.2. La règle de l’octet

B.1.3. Les ions

B.1.4. Les molécules

Na+2311Cl-35

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He H H C

H H

HH

Valence : nombre de liaisons qu’un atome peut établir.La taille d’une molécule de glucose est d’environ 10 Ǻ.

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B.2. Les liaisons chimiques

B.2.1. La liaison covalente

B.2.2. La liaison ionique

B.2.3. La liaison hydrophobe (cf. lipides)

B.2.4. Pont disulfure (cf. protéines)

B.2.5. Liaison hydrogène (cf. acides nucléiques)

C. Les composés biochimiques

C.1. Eléments de chimie minérale

C, H, O, N : 95% de la matière vivante. + S, P, Cl, Na, K, Ca, Mg : 99% de la matière. + oligo-éléments : Fe, Si, Zn, Al, Cu…

C.1.1. Les cationsNa, K, Ca, Mg, Fe

- régulateurs du maintien des potentiels électriques des cellules : Na+, K+.- stabilisateurs des structures cellulaires, contraction : Mg++, Ca++.- régulation des réactions chimiques, catalyseurs : Zn++.- production de l’énergie nécessaire aux réactions : Fe, Cu…

C.1.2. Les anionsChlorures, carbonates, phosphates, sulfates.

C.1.3. L’eau60 à 70% chez l’adulte, 97,5% chez l’embryon de 6 semaines. Varie selon les tissus. Email dentaire : 0.2%, sang 80%.

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C C C C C

C.2. Les molécules organiques

· Glucides· Lipides· Protides· Nucléotides et acides nucléiques

C.2.1. Structure générale

C.2.2. Le métabolisme

C.2.2.a. Définition, rôle

Fournir de l’énergieFabriquer des réservesFabriquer des moléculesAutres

Glucose

Synthèse Dégradation

Amidon

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C.2.2.b. L’énergie dans la celluleAdénosine tri-phosphate ou ATP.

Les réactions exergoniques permettent de fabriquer de l’ATP. L’énergie libérée par la dégradation d’une molécule est stockée dans la liaison d’un groupement phosphate. ADP + P ATP

Les réactions endergoniques consomment de l’énergie, donc de l’ATP. L’énergie libérée par la cassure d’une liaison entre deux groupements phosphates est utilisée pour la synthèse d’une nouvelle molécule ou pour la contraction musculaire par exemple. ATP ADP + P

Glucose

ATP ATP

ADP + P ADP + P

Amidon

Réaction Réactionendergonique exergonique

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C.2.3. Caractéristiques de la réaction biochimique

Température, milieu. 37°, pH 7.4

Energie. Les réactions biologiques se font avec des variations d’énergie faibles.

Biochimie ChimieA B C D E A E

Macromolécules : enzymes, protéines, ADN…

Multiplicité des actions

Régulation

D. Les glucides

D.1. GénéralitésLes rôles des glucides :

Réserve d’énergie

Soutien (parois cellulaires)

Constituants d’acides nucléiques

composés ternaires : C, H et O.

hydrates de carbone, (CH2O)n

On les classe en oses

osides (~ 15 briques)

polysaccharides (> 15 briques)

C

H

OH

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D.2. Les oses – monosaccharidesTous les carbones sauf 1 portent une fonction alcool (CHOH).

Trioses, tétroses, pentoses, hexoses.

D.2.1. Les pentosesstructure cyclique.

ribose et le désoxyribose.

C

H

OH

H

…

D.2.2. Les hexoses

D.2.2.a. Structure6 carbones. Les plus connus sont le glucose, le fructose et le galactose. formule brute C6H12O6. Glucose / Fructose / Galactose

C

H

OH

H

…

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D.2.2.b. Métabolisme du glucose

Oxydation (« cycle de Krebs »)

C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O

ADP + P ATP

Fermentation lactique

C6H12O6 2 C3H6O3

ADP + P ATP

Fermentation alcoolique

Glucose éthanol + CO2

ADP + P ATP

D.3. Les osides – disaccharides et oligosaccharides

D.3.1. Les disaccharidesSaccharose = Glucose + Fructose

Lactose = Glucose + Galactose

Maltose = Glucose + Glucose

D.3.2. Les oligosaccharides

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D.4. Les polysaccharides

D.4.1. Glycogène

D.4.2. Amidon

D.4.3. Cellulose

D.4.4. Chitine

D.4.5. Peptidoglycane

E. Les lipides

E.1. GénéralitésRôles :

Réserve d’énergie

Structure des membranes cellulaires

Messager. Hormones

Isolant

Composés ternaires (CHO).

Certains possèdent en outre du P

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E.2. Lipides de réserve

E.2.1. Les acides graschaîne hydrocarbonée terminée par une fonction acide (=groupement carboxyl).

formule brute : CH3-(CH2)n-COOH

n=2 : l’acide butyrique (beurre). 4 carbones.n=14 : acide palmitique. 16 carbones.n=16 : acide stéarique. 18 carbones.

Partie polaire, hydrophile (acide)

+ partie apolaire ou hydrophobe (chaîne hydrocarbonée).

Acide gras insaturé

Acide oléique : CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH

Acide linoléique (omega-6)

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E.2.2. Les triglycérides

E.3. Lipides de structure

E.3.1. Les phospholipides= glycérolipides ou phosphoglycérides

1 glycérol + 2 acides gras + un groupement phosphate.

Tête hydrophile + queues (acides gras) hydrophobes : lipide polaire.

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E.3.2. Les glycolipides

E.3.3. Les cires (cérides)

E.4. Stéroïdes

E.4.1. Le cholestérol

E.4.2. Les hormones stéroïdes

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F. Les protides

F.1. Généralitéscomposés quaternaires, constitués de C, H, O et N.

En outre, il y a fréquemment du S.

Rôle des protides

Structure. Kératine Collagène Elastine

Réserve. Ovalbumine

Transport. Hémoglobine Albumine

Protection. Thrombine Fibrinogène Immunoglobulines Toxines

Messager. Glutamate Endorphines ACTH

Récepteur

Mouvement. Actine Myosine

Catalyseur. Enzymes

Acides aminés / Peptides / Protéines

F.2. Les acides aminésIls renferment une fonction acide (COOH) et une fonction amine (NH2).

On peut les classer en fonction de la structure de leur radical : Simple / Hydrophobe / Charge + / Charge – / Alcool / Présence de soufre…

F.3. Les peptidesOcytocine ACTH Insuline

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F.4. Les protéines

F.4.1. Définition

F.4.2. Structure

F.4.2.a. PrimaireLiaison peptidique

L’ordre des acides aminés est très important : miel / lime.

La nature des acides aminés est très importante : miel / ciel / fiel.

piel

F.4.2.b. SecondaireHélice α. Pauling et Corey, 1952. C’est le cas de la kératine, que l’on rencontre dans les cheveux ou la laine par exemple. (liaisons hydrogènes)

Feuillet β. dans la fibroïne de la soie. Union de plusieurs chaînes par des liaisons hydrogène.

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F.4.2.c. Tertiaireliaison ionique

interaction hydrophobe

pont disulfure

F.4.2.d. Quaternaire

F.4.3. Dénaturation

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G. Les nucléotides et acides nucléiques

G.1. Les nucléotidesUn nucléotide est formé de l’association de 3 éléments :

Le groupement phosphate : H3PO4.

Base azotée :

bases purines : Adénine (A), Guanine (G)

bases pyrimidines : Uracile (U), Cytosine (C), Thymine (T)

Pentose : ribose ou désoxyribose

G.2. Les acides nucléiques

G.2.1. Les acides désoxyribonucléiques (ADN)

G.2.1.a. StructureStructure primaire

Le sucre est le désoxyribose.

Les bases peuvent être soit A, T, G ou C.

Les nucléotides s’unissent par l’intermédiaire du groupement phosphate, entre les carbones3’ et 5’ du désoxyribose : liaison phospho-di-ester.

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Structure secondaire :

A/T~1, et que G/C~1.

A+T/G+C : coefficient de Chargaff.

Deux chaînes antiparallèles complémentaires

= structure bicaténaire.

Liaisons hydrogène

« double hélice d’ADN ».

Rosalind Franklin (1920 - 1958), Francis Crick (1916-2004), James Watson (1928 -), Maurice Wilkins (1916-2004)

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Structure tertiaire :

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G.2.1.b. La réplication de l’ADNRéplication semi-conservative : matrice / réplique.

ADN polymérases / Hélicases / ADN ligase

Sens : 5’ 3’.

Fragments d’Okasaki

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G.2.1.c. Correction, réparation, dégradation

nucléase ; ADN polymérase ; ADN ligase. ADNases.

G.1.2. Les acides ribonucléiques (ARN)

G.2.2.a. Structuresucre (ribose), groupement phosphate et base (A, U, C, G)

structure primaire identique à celle des ADN

monocaténaires

G.2.2.b. Les différents types d’ARNARN messager. Découverts en 1961 par Jacob et Monod.

ARN ribosomal. 80% de l’ARN de la cellule.

ARN de transfert. 5 à 10 % de l’ARN total. anti-codon.

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H. Synthèse des protéines

H.1. Généralités, principeOswald T. Avery (1877 - 1955) : l’ADN est le vecteur de l’information génique.

Information stockée sous forme d’ADN.

Notion de gène : 1 gène code pour 1 protéine.

H.2. La transcriptionConservative : un brin de l’ADN sert de matrice.

Asymétrique : un seul brin est copié.

H.2.1. Initiation de la transcriptionUne ARN polymérase se fixe sur le site promoteur : « TATA box ».

H.2.2. Elongation du brin d’ARNLa synthèse se fait dans le sens 5’ 3’. --> transcrit primaire.

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H.2.3. Maturation de l’ARNmL’ARNm comprend des parties qui coderont pour la protéines (EXONS) et des parties non codantes (INTRONS).

H.3. La traduction

H.3.1. Le code génétique1 acide aminé est défini par un triplet de bases : Génon / Codon.

Le code génétique est universel.

Redondances / Dégénérescence

Codons STOP :

UAA UAG UGA

Codon initiateur :

AUG (méthionine)

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H.3.2. l’ARN de transfert

H.3.3. Fabrication de la protéineInitiation / Translocation / Elongation / Terminaison