Chapitre I et II - Acides aminés, Protéines et Glucides
A. Les Acides Aminés (AA)
20 AA codés par le génome; présents dans toutes les protéines.
Structure générale:
Ca (carbone asymétrique) portant: H, COOH, NH2, R (chaîne latérale propre).
Proline est l’exception majeure dans la famille des AA standards; glycine est la seule sans carbone alpha asymétrique.
Configuration (D/L): AA avec Ca asymétrique; D ou L (énantiomères). Pour déterminer D/L, le groupement carboxylate est au sommet et la chaîne R en bas; NH3 orienté à droite → D; NH3 orienté à gauche → L.
Les AA des protéines de mammifères sont de la série L; les AA de série D existent rarement dans la nature mais peuvent être incorporés dans certains petits peptides.
1) Configuration des acides aminés
Le groupement carboxylate et l’amine peuvent être utilisés pour classer les AA; les isomères D/L définissent la configuration spatiale.
Les AA D peuvent être trouvés dans des plantes, bactéries, et antibiotiques.
2) Classification des 20 AA selon la nature de la chaîne latérale (R)
a) 5 AA polaires chargés (ionisables) à pH physiologique (≈7):
Acides: Aspartate (Asp, D), Glutamate (Glu, E) — charge négative.
Bases: Histidine (His, H), Lysine (Lys, K), Arginine (Arg, R) — charge positive.
R est hydrophile et participe à des liaisons ioniques.
b) 6 AA polaires non chargés:
Alcools: Thréonine (Thr, T), Sérine (Ser, S)
Amides: Asparagine (Asn, N), Glutamine (Gln, Q)
Aromatiques: Tyrosine (Tyr, Y)
Soufrée: Cystéine (Cys, C) (peut former des ponts disulfures)
R est hydrophile et peut former des liaisons hydrogènes.
c) 9 AA non polaires et non chargés:
Aliphatique: Glycine (Gly, G), Alanine (Ala, A), Isoleucine (Ile, I), Méthionine (Met, M), Valine (Val, V), Leucine (Leu, L), Proline (Pro, P)
Aromatiques: Phénylalanine (Phe, F), Tryptophane (Trp, W)
R hydrophobe; jouent un rôle clé dans le cœur hydrophobe des protéines solubles.
3) AA essentiels
Adultes (8 AA essentiels): Leucine (Leu), Thréonine (Thr), Lysine (Lys), Tryptophane (Trp), Phénylalanine (Phe), Valine (Val), Méthionine (Met), Isoleucine (Ile).
Enfants: 10 AA essentiels — inclut les 8 adultes plus l’arginine et l’histidine.
Remarque: les AA non essentiels sont synthétisés par l’organisme.
4) AA non codés par le génome
a) Modifications post-traductionnelles dans les protéines:
Sérine: Phosphorylation, Hydroxylation, Acetylation
Tyrosine: Phosphorylation
Thréonine: Phosphorylation
Proline, Lysine: Attentes de modifications conduisant à des formes comme Phosphosérine, Phosphotyrosine, Phosphothréonine, 4-hydroxyproline, 5-hydroxylysine
Carboxylation de Glutamate en y-carboxyglutamate
Glycosylation; N- et O-glycosidique (voir ci-dessous)
N-acétyl-lysine
Rôles: régulation d’activité protéique, formation de collagène, interactions cellule-cellule, etc.
b) Modifications non liées aux protéines (résidus libres):
Arginine → Ornithine, Citrulline (cycles d’urée et biosynthèse d’arginine)
Histidine → Histamine
Décarboxylation de 5-hydroxytryptophane → Sérotonine
Décarboxylation de glutamate → GABA
B. La liaison peptidique
1) Formation de la liaison peptidique (liaison amide)
Condensation entre le groupement carboxylate d’un AA et le groupement amine d’un autre AA, avec libération d’une molécule d’eau.
Représentation simplifiée:
Les chaînes latérales (R1, R2) restent libres et ionisables.
2) Nomenclature des peptides
Dans une chaîne peptidique, le premier AA porte le groupement alpha aminé libre (extremité N-terminale) et le dernier AA porte le groupement alpha carboxylique libre (extremité C-terminale).
Lecture de N vers C.
3) Propriétés de la liaison peptidique
Liaison rigide: les groupes -CO et -NH engagés ne sont pas ionisables dans la liaison.
Configuration TRANS prédominante des liaisons peptidiques; la cis est rare et associée à la proline.
C. Les protéines
1) Structure primaire
Ordre des AA dans la chaîne; déterminée par le gène.
Une chaîne très courte: dipeptide, tripeptide; exemple: Aspartame est un dipeptide composé d’Asp et de Phe.
2) Structure secondaire
Hélice α: structure hélicoïdale; liaisons hydrogène entre l’oxygène C=O et l’H-N sur l’AA situé 4 résidus en aval; perturbée par la proline et les AA chargés (Glu, Asp, His, Lys, Arg).
Feuillet β: motifs en zigzag; types parallèles/anti-parallèles; souvent riches en Val et Leu; liaisons H entre les chaînes adjacentes; perturbé par proline et lysine.
Coude β (β-turn): segment court de 4 AA; liaison H entre l’AA1 et l’AA4; Pro en position 2 et Gly en position 3 fréquentement.
3) Structure tertiaire
Structure tridimensionnelle non répétitive; repliement de la chaîne; état énergétique le plus stable et essentiel à la fonction.
Stabilisée par:
Covalentes: ponts disulfures (R-S-S-R) à haut niveau d’énergie.
Non covalentes: interactions ioniques (électrostatiques), interactions polaires/hydrophiles (liaison hydrogène), interactions hydrophobes (cœur hydrophobe).
Deux types principaux: protéines globulaires et protéines fibroses (bâtonnets).
4) Structure quaternaire
Association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (oligomérisation).
Homo-oligomérisation: chaînes identiques; Hétéro-oligomérisation: chaînes différentes; chaque chaîne forme une sous-unit.
Stabilisée par interactions électrostatiques, hydrophobes et liaisons hydrogène; ponts disulfures rares.
Environ la moitié des protéines présentent une structure quaternaire.
5) Motifs/domaines
Régions distinctes avec caractéristiques structurelles et fonctionnelles.
Exemples: Hélices, Helix-Turn-Helix, Hélice-Coude-Hélice, Doigt de Zinc, b-ZIP (Leucine Zipper).
Fonctionnels: médiation de l’ADN, liaison à l’ADN/ARN, facteurs de transcription, etc.
D) Dénaturation des protéines
Dénaturation: destruction des structures secondaires/tertiaires/quaternaires sans hydrolyse de la structure primaire.
En pratique, souvent irréversible; causée par: changement de pH, uré, détergents, chaleur, métaux lourds (ex. plomb).
Chapitre II: Les glucides et leur métabolisme
A. Les oses ou monosaccharides (glucides simples)
1) Formule et propriétés générales
Formule générale: avec 3 à 7 carbones; présence possible d’un aldéhyde (CHO) ou d’une cétone (C=O); groupements -OH sur les autres carbones; parfois valeurs acide/amine/phosphate/sulfate.
Grande solubilité dans l’eau et non hydrolysables; classification par nombre de carbones et par type de groupement carbonyle (aldose vs cétose).
Aldose (C1 = aldéhyde) réductrice; Aldoses possèdent au moins un carbone asymétrique; aldose le plus simple: glycolaldéhyde; aldoses: réducteurs (ex. glucose, mannose, galactose).
Cétose (C2 = cétone); le plus simple est dihydroxyacétone; pas de carbone asymétrique.
Carbone asymétrique: avec 4 substituants; présence définit les énantiomères D et L. En projection de Fisher, OH du penultième carbone dirigé à droite → D.
Épimères: mêmes formules chimiques mais différent configuration d’un OH sur un C* autre que le penultieme (par ex. glucose vs galactose au C4; glucose vs mannose au C2).
Pour un aldose hexose comme le glucose, il existe stéréoisomères (8 D et 8 L), incluant épimères et isomères de fonction.
2) Relations d’isomérie et épimères
D-Glyceraldehyde vs L-Glyceraldehyde: exemples d’énantiomères; épimères diffèrent par l’OH sur un C* (par ex. C2 ou C4 pour les hexoses).
Épimères et isomères de fonction s’ajoutent à la diversité des oses.
3) Cyclisation
En solution, moins de 1% des oses existent sous forme linéaire; l’agissement du groupement carbonyle forme une hemiacétal (aldose) ou hémiacétal/cétoséptose internes: anneau pyranose (6 membres) ou furanose (5 membres).
Anomères: a et β lors de la cyclisation (nouveau C anomérique). Les formes les plus stables en solution: β-pyranose pour le glucose; mutarotation entre a et β après passage par le forme linéaire.
Exemple: D-glucopyranose; en solution, environ sous forme -D-glucopyranose.
B. Les osides
1) Les polyholosides (polysaccharides)
Polymères d’oses reliés par des liaisons osidiques; formation par condensation entre une fonction hémiacétale et une fonction hydroxyle d’un autre ose, libération d’H2O.
Diholosides: 2 oses reliés par une liaison osidique.
Pouvoir réducteur dépend du ou des carbones anomériques engagés: Maltose (réducteur), Lactose (réducteur selon la convention; Sucrose est non réducteur selon la convention donnée).
Stockage: amidon et glycogène; rôle énergétique.
Familles:
Homopolysaccharides: un seul monomère répété (ex. glycogène – glucose).
Hété polysaccharides: deux ou plusieurs monosaccharides (ex. hémicellulose).
2) Les hétérosides
Molécules constituées d’une partie glucidique (glycane) et d’une partie non glucidique: glycoprotéines et protéoglycanes (ou glycolipides).
Glycoprotéines: liaisons covalentes N-glycosidiques ou O-glycosidiques.
N-glycosidique: liaison au N de l’Asn dans des séquences consensus; réductrice portée par le C1; première ose = N-acétylglucosamine (Nac-Glc).
O-glycosidique: liaison au OH de Ser/Thr; réductrice portée par le C1 du premier ose (N-acétylgalactosamine, Nac-Gal).
Masse des glycannes variable selon la glycoprotéine; IgG ~4%, mucines jusqu’à ~80% de masse glycanes.
Proteoglycanes: glycoprotéines de surface ou matrice extracellulaire; liaison O-glycosidique entre l’OH de Ser/Thr du noyau protéique et le OH du xylose du pont trisaccharide (galactose–galactose–xylose). Fraction glucidique = glycosaminoglycanes (GAGs): longues chaînes répétitives disaccharidiques souvent sulfatées (ex. acide glucuronique et hexosamine).\n
C. Le métabolisme énergétique
1) Définitions
Bioénergétique: transformation de l’énergie alimentaire (glucides, lipides, protéines) en énergie utilisable.
Métabolisme: ensemble des réactions enzymatiques qui permettent:
Catabolisme: extraction d’énergie (ex. glycolyse, oxydation des substrats).
Anabolisme: biosynthèse des constituants cellulaires.
Homéostasie métabolique: maintien des concentrations de métabolites par régulation.
2) Voies métaboliques et carrefours
Voies métaboliques: suites ordonnées de réactions catalysées par des enzymes; chaque intermédiaire est un métabolite; régulées par système nerveux et endocrinien.
Carrefours métaboliques: molécules partagées entre voies (ex. ).
Certaines voies spécifiques à des tissus; compartimentation intracellulaire: cytosol, mitochondrie, réticulum endoplasmique.
3) Enzymes et régulation
Réactions catalysées par une enzyme unique ou par des complexes enzymatiques; associées par sous-unités ou domaines multiples (ex. acide gras synthase).
Leviers de régulation: activité enzymatique et synthèse des enzymes; signaux extracellulaires (système nerveux, endocrinien) et intracellulaires (concentration en métabolites, coenzymes, ions, pH).
4) Compartimentation cellulaire
Localisation des voies selon les compartiments: cytoplasme (biosynthèse des acides gras, glycogénolyse, glycolyse, pentose phosphate), mitochondrie (cycle de Krebs, phosphorylation oxydative), réticulum endoplasmique (biosynthèse lipidique, protéines), etc.
5) Les molécules énergétiques et leur transport dans le sang
Énergie de l’alimentation: macronutriments fournissent pour les glucides et protéines, et pour les lipides.
Formes circulantes:
Glucose: source exogène et endogène; glucose sanguin ~5,5 mM (≈1 g/L).
Lactate: produit par glycolyse en muscle; can be converted en glucose (Foie, Rein) ou oxydé par cœur.
Glycérol: from triglycerides; convertible en glucose ou en triglycérides dans le foie.
Autres: acides gras liés à l’albumine; corps cétoniques; triglycérides transportés par chylomicrons ou VLDL; acides aminés circulants.
6) Digestion et absorption des nutriments
a) Digestion et absorption des glucides
Majorité des glucides: polysaccharides (amidon ≈50%); digérés par amylase salivaire puis pancréatique; disaccharidases à la surface des entérocytes: Maltase (maltose → glucose×2), Lactase (lactose → glucose + galactose), Sucrase (saccharose → glucose + fructose).
Monosaccharides absorbés sous forme libre: glucose, galactose, fructose; trans portés par:
SGLT1: transporteur co-transport Na+ (Na+-dépendant) pour glucose/galactose; énergie fournie par Na+/K+-ATPase; localisation: intestin et rein.
GLUT family: GLUT5 (fructose), GLUT4 (insuline-dépendant; glucose), GLUT1/GLUT2 (échange avec sang).
b) Digestion et absorption des lipides
90% des lipides alimentaires sous forme de triglycérides; digestion selon la longueur des chaînes:
Courte et moyenne chaîne (<6–12C): action des lipases linguales et gastriques; formation d’acides gras et monoacylglycérols; absorption à la bordure.
Longue et très longue chaîne (≥12C): émulsification par les sels biliaires; lipases pancréatiques + lipases intestinales; ré-estérification et formation de chylomicrons pour transport via la lymphe.
Absorption des AGC: les chaînes courtes/moyennes diffusent directement dans la lumière intestinale et entrent dans la circulation sanguine; les longues chaînes entrent dans les enterocytes et forment des chylomicrons.
c) Digestion et absorption des protéines alimentaires exogènes et endogènes
Protéines alimentaires: dégradées en polypeptides par la pepsine (pH acide) puis en oligopeptides par les enzymes pancréatiques (trypsine, chymotrypsine, élastase, carboxypeptidase); aminopeptidases libèrent les AA absorptions par les entérocytes via transport actif; libération dans la circulation sanguine.
Protéolyse des protéines endogènes (renouvellement): dynamique et demi-vie variable (ex. collagène plusieurs jours; insuline <10 min).
Dégradation et contrôle: lysosome (hydrolases lysosomales), proteasome (ubiquitine-protéasome, système ATP-dépendant), protéases cellulaires.