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III- les protéines
IV- les acides nucléiques
III- les protéines
IV- les acides nucléiques
Les molécules de la celluleLes molécules de la cellule
Introduction : composition chimique des cellules
Les biomolécules
Introduction : composition chimique des cellules
Les biomolécules
I.1- Les monosaccharides
I.2- Les disaccharides
I.3- Les polysaccharides
I.4- Fonctions des glucides
I.1- Les monosaccharides
I.2- Les disaccharides
I.3- Les polysaccharides
I.4- Fonctions des glucides
II.1- Les acide gras
II.2- Les glycérides
II.3- Les phospholipides
II.4- Les stéroïdes
II.1- Les acide gras
II.2- Les glycérides
II.3- Les phospholipides
II.4- Les stéroïdes
III.1- Les acides aminés
III.2- La structure
III.3- Fonctions des protéines
III.1- Les acides aminés
III.2- La structure
III.3- Fonctions des protéines
IV.1- Les nucléotides
IV.2- L’ADN
IV.3- L’ARN
IV.1- Les nucléotides
IV.2- L’ADN
IV.3- L’ARN
I- les glucides
II- Les lipides
I- les glucides
II- Les lipides
La matière est composée d’éléments = atomes.
hydrogène oxygène
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
ion H+ = proton
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
• Carbone (C)
• Hydrogène (H)
• Oxygène (O)
• Azote (N)
Il existe 92 éléments chimiques présents à l'état naturel.
La vie utilise 25 éléments naturels mais 4 représentent 96% de la matière vivante.
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
• Hydrogène (H) : ne forme qu'une liaison (1 e-) H-
• Carbone (C) : peut former 4 liaisons chimiques (4 e-) -C-
• Azote (N) : peut former 3 liaisons (3 e-) -N-
• Oxygène (O) : peut former 2 liaisons (2 e-) -O-
Les atomes peuvent former des liaisons entre eux en mettant en commun des électrons (e-) = molécule
Pour former une liaison covalente, chaque atome apporte 1e-
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
Les liaisons peuvent être simples, doubles ou triples
Ex: molécule H2
Liaison de 2 atomes d’Hydrogènes
H H
H2O (eau)
2 atomes d’H + 1 atome d’oxygèneH H
O
H H
O
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
Chaînes carbonées
• Chaînes ramifiées
• Cycles
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
• Chaînes linéaires
Les fonctions chimiques à base de C, H et O
Groupementou fonction chimique
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
Alcool
Aldéhyde
Cétone
Acidecarboxylique
Les fonctions chimiques à base de N, P ou S
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellulesGroupementou fonction chimique
Amine
Phosphate
Thiol
Molécules biologiques ou molécules organiques ou biomolécules
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
• Glucides (sucres)
• Lipides (gras, huiles et stéroïdes)
• Protéines
• Acides nucléiques (ADN et ARN)
Les molécules biologiques
peuvent être classées en 4 grandes familles :
Composition chimique des cellulesComposition chimique des cellules
Les glucides (sucres) : source d'énergie des cellules.
I- Les glucidesI- Les glucides
• Monosaccharides (sucres simples)
• Disaccharides (sucres doubles)
• Polysaccharides (polymères)
On les divise en trois classes :
• Squelette carboné constitué de 3 à 7 carbones (C). Les plus courants ont 5C ou 6C
I.1- Les monosaccharides
ou sucres simples
I.1- Les monosaccharides
ou sucres simples
Le glucose et le fructose (C6) sont les monosaccharides les plus courants dans la nature
• Chaque C porte un groupement -OH (alcool).
• Sauf celui qui porte le groupe –CH=O aldéhydeou – C=O cétone
I- Les glucidesI- Les glucides
Les monosaccharides existent sous formes linéaire et cyclique
I.1- Les monosaccharidesI.1- Les monosaccharides
I- Les glucidesI- Les glucides
Ex : le glucose
= liaison de 2 monosaccharides
Exemples :le saccharose (sucre de table, fréquent chez les végétaux)
= glucose + fructose
I.2- Les disaccharidesI.2- Les disaccharides
I- Les glucidesI- Les glucides
Liaison osidique
le lactose (Glucide constituant le lait des mammifères)
le tréhalose (fréquent chez les champignons, les bactéries et les insectes)
Amidon
Glycogène
Cellulose
I.3- Les polysaccharidesI.3- Les polysaccharides
• Liaison d’un grand nombre de monosaccharides
Stockage du glucose chez les plantes
Stockage du glucose chez les animaux
Rôle structural chez les plantes
I- Les glucidesI- Les glucides
Amidon
Glycogène
Cellulose
= forme de stockage du glucose chez les plantes
I.3- Les polysaccharidesI.3- Les polysaccharides
•Présent dans les organes de réserve des plantes.
Sacs remplis d'amidon dans les cellules de pomme de terre.
Cellule de pomme de terre
Grain d'amidon
I- Les glucidesI- Les glucides
I.3- Les polysaccharidesI.3- Les polysaccharides
Amylose
Amylopectine : idem plus branchements 1-6
Amidon
Glycogène
Cellulose
+
I- Les glucidesI- Les glucides
= forme de stockage du glucose chez les animaux
glu + glu + glu +…+glu glycogène
foiemuscles
I.3- Les polysaccharidesI.3- Les polysaccharides
Amidon
Glycogène
Cellulose
I- Les glucidesI- Les glucides
sang
= forme de stockage du glucose chez les animaux
I.3- Les polysaccharidesI.3- Les polysaccharides
Amidon
Glycogène
Cellulose
I- Les glucidesI- Les glucides
Glycogène
+ nombreux branchements 1-6
Chaque cellule végétale est entourée d'une paroi riche en cellulose.
Molécule la plus abondante sur terre
I.3- Les polysaccharidesI.3- Les polysaccharides
Amidon
Glycogène
Cellulose
I- Les glucidesI- Les glucides
Amylose
Cellulose
Les animaux ne peuvent pas digérer la cellulose car ne peuvent pas briser les liaisons
osidiques beta.
Amidon
Glycogène
Cellulose
I.3- Les polysaccharidesI.3- Les polysaccharides
I- Les glucidesI- Les glucides
Plusieurs rôles capitaux dans les cellules :
•Réserve énergétique : sous forme polymérisée (amidon, glycogène).
I.4- Fonctions des glucidesI.4- Fonctions des glucides
•structural : la cellulose chez les végétaux.
•Eléments de reconnaissance et de communication entre cellules : les polysaccharides des groupes sanguins (par exemple).
•Composition de macromolécules biologiques.
I- Les glucidesI- Les glucides
Réserve énergétique la plus importante dans notre organisme.
II- Les lipidesII- Les lipides
Constituants principaux des membranes biologiques.
On distingue :
• Les lipides simples constitués à partir d’acides gras :
-triglycérides (graisses et huiles)
-phospholipides
• Les lipides complexes :
-stéroïdes
II- Les lipidesII- Les lipides
= Chaînes carbonées linéaires à nombre pair de carbone avec une fonction acide (-COOH).
• AG insaturés: une (monoinsaturés) ou plusieurs (polyinsaturés) double liaison.
II.1- Les acides grasII.1- Les acides gras
•AG saturés: [CH3 -(CH2)n - COOH]
Fonction
acide
II- Les lipidesII- Les lipides
II.1- Les acides grasII.1- Les acides gras
II- Les lipidesII- Les lipides
Insaturation => flexibilité => fluidité membranaire
les acides gras insaturés sont souvent désignés par le numéro du carbone de la première double liaison.
Acide 9 12
34
56
78
9
II.1- Les acides grasII.1- Les acides gras
Acide 6
Acide 3
II- Les lipidesII- Les lipides
acides gras insaturés = acides gras essentiels
AG saturés:
• matières grasses d'origine animale, huile de palme.
• L’excès est mauvais pour la santé (augmentent le risque de maladies cardio-vasculaires)
AG insaturés:
• Monoinsaturés : huile d‘olive et de colza
• Polyinsaturés : huile de tournesol, arachide, maïs…
II.1- Les acides grasII.1- Les acides gras
II- Les lipidesII- Les lipides
= molécules formées de 1 glycérol lié à 1, 2 ou 3 acides gras (triglycéride).
II.2- Les glycéridesII.2- Les glycérides
•Stockage des acides gras sous forme de triglycérides (trois chaînes d’AG liées à 1 glycérol)
3 fonctions alcools
II- Les lipidesII- Les lipides
II.2- Les glycéridesII.2- Les glycérides
II- Les lipidesII- Les lipides
Formé de :
• 1 glycérol
• 2 acides gras
• 1 groupement phosphate
Principaux constituants des membranes cellulaires.
II.3- phospholipidesII.3- phospholipides
X
II- Les lipidesII- Les lipides
Tête hydrophile (soluble dans l’eau)
Queue hydrophobes(Insoluble dans l’eau)
II.3- phospholipidesII.3- phospholipides
Molécule amphiphile : 2 comportements différents face à l’eau
II- Les lipidesII- Les lipides
Tête hydrophile (soluble dans l’eau)
Acides gras hydrophobes
(Insoluble dans l’eau)
II.3- phospholipidesII.3- phospholipides
Capacité des phospholipides à former des membranes = organisation en double couche
II- Les lipidesII- Les lipides
eau
eau
Membrane des cellules = Bicouche lipidique
II.3- phospholipidesII.3- phospholipides
II- Les lipidesII- Les lipides
= molécules formées d'un squelette de 4 cycles de carbone (noyau stérol).
II.4- Les stéroïdesII.4- Les stéroïdes
+ groupements fonctionnels attachés à
ce noyau.
II- Les lipidesII- Les lipides
• Leur rôle le plus important est celui d'hormones dérivées du cholestérol (hormones stéroïdes : testostérone et oestrogènes… ).
II.4- Les stéroïdesII.4- Les stéroïdes
• Entrent dans la composition des membranes cellulaires (cholestérol).
II- Les lipidesII- Les lipides
50% du poids sec de la plupart des cellules.
Fonctions très variées
Structures très variées
Dépendent de leur séquence d’acides aminés
Protéines = chaînes d'acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
20 types d’acides aminés rentrent dans la composition des protéines.
Formule générale d’un acide aminé
Groupement variable d’1 AA à l’autre.
III- Les protéinesIII- Les protéines
Les protéines sont des longues chaînes d’AA liés par des liaisons peptidiques.
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
La chaîne d’AA est appelée polypeptide.
Exemples d’acides aminés hydrophobes
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
Exemple d’acides aminés hydrophiles (polaires)
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
Acides aminés acides
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
Acides aminés basiques
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
Cas particulier de la cystéine
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
Pont disulfure
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
o oLeu
Asp
KI
o
Asn
Lys
Phe
LysLeuArg
o
H H
H
IleNP
Cystéine (Cys)
Repliement de la protéine
Transmembranaire ou soluble dans l’eau
Capacité d’interaction avec d’autres molécules
Fonction de la protéine
Conséquences des propriétés des acides aminés
III.1 les acides aminésIII.1 les acides aminés
III- Les protéinesIII- Les protéines
III.2 structureIII.2 structure
III- Les protéinesIII- Les protéines
polypeptideModifications
post-traductionnelles
protéine mature
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
Les protéines ne sont pas seulement des unités de construction, elles exécutent presque toutes les fonctions cellulaires.
1. Structure (ex : collagène)
2. Mouvement et Transport (ex : cytosquelette)
3. Métabolisme (ex : enzymes)
4. Régulation (ex : facteurs de transcription)
5. Communication (ex : récepteurs)
6. Immunité (ex : anticorps)
Multiplicité des fonctions due au grand nombre de structure 3D.
III- Les protéinesIII- Les protéines
1. Protéine structurale
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
= fournit un soutient mécanique aux cellules et tissus.
Les protéines peuvent former des structures globulaires, des fibres ou des tubes qui peuvent s'assembler pour former des structures solides.
Ex : le cytosquelette
III- Les protéinesIII- Les protéines
Collagène : protéine extracellulaire formée de trois polypeptides imbriqués
Forme un support pour le maintien et la cohésion des cellules
Dans la peau (derme), les tendons, les ligaments, l'armature des os, etc.
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
III- Les protéinesIII- Les protéines
=> génèrent le mouvement dans les cellules et tissus.
1. Structure
2. Mouvement et transport
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
Ex: L'actine et la myosine dans les cellules musculaires.
III- Les protéinesIII- Les protéines
L'hémoglobine : transporte l'oxygène
L’albumine : transport des lipides
=> transportent des molécules dans le sang
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
= protéines qui déclenchent ou accélèrent une réaction chimique.
Chaque enzyme est spécifique d’une réaction.
1. Structure (ex : collagène)
2. Mouvement et Transport (ex : cytosquelette)
3. Métabolisme (ex : enzymes)
4. Régulation (ex : facteurs de transcription)
5. Communication (ex : récepteurs)
6. Immunité (ex : anticorps)
III- Les protéinesIII- Les protéines
Catalyse enzymatiqueIII.3 FonctionsIII.3 Fonctions
III- Les protéinesIII- Les protéines
Sans l’enzyme, la réaction serait très lente, voire impossible à la température physiologique.
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
Ex. synthèse et digestion du saccharose
ENZYME X (présente dans la canne à sucre)
Substrats Produit
III- Les protéinesIII- Les protéines
ENZYME Y (présente dans notre intestin)
SubstratsProduit
1. Structure (ex : collagène)
2. Mouvement et Transport (ex : cytosquelette)
3. Métabolisme (ex : enzymes)
4. Régulation (ex : facteurs de transcription)
5. Communication (ex : récepteurs)
6. Immunité (ex : anticorps)
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
III- Les protéinesIII- Les protéines
Ex. L'insuline : petite protéine qui contrôle le taux de glucose dans le sang.
5. communication (ex : les hormones)
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
Hormone = substance sécrétée dans le sang par une glande. Les hormones agissent sur certaines cellules du corps ayant des récepteurs spécifiques (protéines de la membrane).
Beaucoup de substances chimiques traversent la membrane des cellules en passant par des canaux formés par des protéines.
III- Les protéinesIII- Les protéines
Les anticorps
1. Structure
2. Régulation
3. Mouvement
4. Transport
5. Communication
6. Immunité
III.3 FonctionsIII.3 Fonctions
= Défense de l’organisme contre les agressions (infection, virus…)
III- Les protéinesIII- Les protéines
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
Stockage et utilisation de l’information génétique.
• acide désoxyribonucléique (ADN) double brin
• acide ribonucléique (ARN) simple brin
- ARN messagers (ARNm)
- ARN ribosomiques (ARNr)
- ARN de transfert (ARNt)
Tous impliqués
dans la
traduction
Les acides nucléiques sont constitués d’une suite de nucléotides.
Leur séquence linéaire code l’information génétique de la cellule.
Composition
d’un nucléotide :
Un groupe phosphate
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
groupementphosphate Sucre
base azotée
Un groupe phosphate
groupementphosphate Sucre
base azotée
IV.1Les nucléotidesIV.1Les nucléotides
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
Acide Désoxyribonucléique Acide Ribonucléique
Ribose (dans l’ARN)Désoxyribose (dans l’ADN)
Un groupe phosphate
groupementphosphate Sucre
base azotée
IV.1Les nucléotidesIV.1Les nucléotides
5 bases azotées rentrent dans la composition des acides nucléique.
Les bases sont complémentaires et peuvent s’associer 2 à 2.
Guanine (G)
Adénine (A)
Adénine (A)
Cytosine (C)
Thymine (T) (ADN seulement)
Uracile (U) (ARN seulement)
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
Acide DésoxyriboNucléique = polymère de nucléotides
Sucre : désoxyribose1’
2’3’
4’
5’
Les carbones du sucre sont numérotés de 1’ à 5’
Groupement phosphate
Base azotée
Adénine Thymine
Cytosine et Guanine
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
IV.2 L’ADNIV.2 L’ADN
3’
5’
3’
5’
3’
5’
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
IV.2 L’ADNIV.2 L’ADN
Liaison
phosphodiester
Les nucléotides se lient les uns aux autres : le C 3’du sucre se lie au groupement P d’un autre nucléotide.
Un brin d’ADN ou d’ARN a une orientation:
•extrémité 5’ P
•extrémité 3’ libre
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
IV.2 L’ADNIV.2 L’ADN
L’ADN double brin est composé de deux brins complémentaires.
Les deux brins appariés sont disposés dans des directions opposées : ils sont antiparallèles
Extrémité 5’
Extrémité 3’Extrémité 5’
Extrémité 3’
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
IV.2 L’ADNIV.2 L’ADN
Crick et Watson, 1953
Découverte de la structure de la molécule d'ADN : double hélice
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
IV.2 L’ADNIV.2 L’ADN
un gène : c’est l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine. Elle est codée dans la séquence spécifique des bases. Ex: ACGTTTAACC….
Les molécules d’ADN sont en général très longues et comportent un grand nombre de gènes. Chaque gène occupe un segment particulier de la double hélice.
Le code et la notion de gène.
Ici, on voit 40 kb. Le génome de la drosophile mesure à peu près 150 Mb et contient environs 16000 gènes répartis sur 4 paires de chromosomes. Celui de l’homme mesure 3,4 Gb et contient environ 30000 gènes.
IV- Les acides nucléiquesIV- Les acides nucléiques
IV.2 L’ADNIV.2 L’ADN
Les molécules de la celluleLes molécules de la cellule
IV.3 L’ARNIV.3 L’ARN
L’ARN est un polymère similaire à l’ADN mais:
•Le sucre désoxyribose est remplacé par un ribose
•La Thymine est remplacée par l’Uracile
•Généralement simple brin
•Plus court
Moins stable