Eléments de biochimie et de biologie moléculaire
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- Thibault Chartier
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1 L3 Informatique, Option Bioinformatique, 2015 Eléments de biochimie et de biologie moléculaire Samuel Blanquart, chargé de recherche Inria Equipe Bonsai http :// http ://bioinfo.lifl.fr/
2 Les atomes, La classification périodique de Mendeleiev
3 Les atomes, Abondances relatives des atomes sur la Terre Le vivant utilise principalement : Les atomes les plus abondants : H, C, O, N, Les ions métalliques K +, Ca 2+, Mg 2+, Na +, Fe 2+, Des non métaux : P, S, Cl.
4 Les atomes, Orbitales atomiques et valence des atomes Une paire d électron ou paire de Lewis occupe une orbitale atomique. Un électron seul est dit libre, et il peut : Être perdu par l atome, par exemple dans l ion Na + Être capté par un atome, par exemple l ion Cl Former une liaison dite covalente avec un autre électron libre resté lié à un autre atome. La paire formée par les deux électrons libres crée une liaison chimique covalente entre les deux atomes.
5 Quelques molécules organiques et inorganiques simples Deux atomes d hydrogène ayant chacun 1 valence forment une molécule de dihydrogène H 2 : Ḣ + Ḣ H H. Deux atomes d oxygène ayant chacun 2 valences forment une molécule de dioxygène O 2 : Ö + Ö O = O. Deux atomes d azote ayant chacun 3 valences forment une molécule de diazote N 2 : N... + N... N N. Un atome de carbone possède 4 valences (... C ), et peut se lier à : 4 autres atomes, disposés aux sommets d un tétraèdre dont C est le centre. 3 autres atomes (dont un est lié à C par une double liaison covalente), disposés dans un plan. 2 autres atomes (dont un est lié à C par une triple liaison covalente), disposés au long d un axe. Un carbone C peut par exemple se lier à : 4 hydrogènes H, on obtient un méthane CH 4. 2 oxygènes O, on obtient le dioxyde de carbone O = C = O, ou CO 2. 1 hydrogène H et 1 azote N, on obtient du cyanure H C N, etc.
6 Géométrie des chaînes carbonés
7 La chimie organique ou chimie des molécules carbonées Les groupements moléculaires liés au carbone : Quels groupements pouvez-vous identifier dans la molécule suivante? :
8 Quelques molécules organiques remarquables en biochimie Les alcools : Les vitamines : Les hèmes :
9 Quelques molécules organiques remarquables en biochimie Les hormones et les neurotransmetteurs : Les drogues : Les molécules toxiques :
10 Quelques molécules organiques remarquables en biochimie Les glucides, ou sucres Les sucres mono-saccharides : Les sucres di-saccharides : Les polymères de glucose :
11 Quelques molécules organiques remarquables en biochimie Les lipides, acides-gras ou graisses Acides gras saturés : Acides gras insaturés : Les lipides complexes :
12 Les acides-aminés
13 Liaison peptidique et protéines La liaison peptidique lie deux acides-aminés pour former un peptide, soit petite protéine : Le squelette peptidique : Repliement du peptide et structure secondaire :
14 Repliement des protéines Exemple de l hémoglobine : La structure tertiaire d une protéine, ou repliement : La structure quaternaire, ou association de plusieurs protéines :
15 Les protéines structurales Les collagènes (structure peau, os, cornée, membranes cellulaire) : Les tubulines et microtubules (cytosquelette, mobilité cellulaire, transport intra-cellulaire, réplication, etc.) : L actine et les filaments d actine (contraction, mobilité, etc.) :
16 Les protéines fonctionnelles Les hormones peptidiques : provoquent des réactions lorsqu elles sont captées par une protéine réceptrice. Les enzymes : réalisent des réactions biochimiques, métaboliques et cataboliques, par exemple sur l ADN, l ARN, des métabolites ou d autres protéines. Les récepteurs : lancent une cascade de réactions lorsqu elles fixent un ligand (ion, métabolite, hormone, etc.). Les protéines membranaires : assurent la communication / signalisation de part et d autre de la membrane plasmique. Les canaux à ions ou a neurotransmetteurs : font franchir la membrane plasmique à d autres molécules / atomes (signal nerveux, perception température, pression, osmose, etc.). Les pompes à proton : protéines transmembranaires générant de l énergie lorsqu elles sont traversées d un flux de proton H + (respiration, photosynthèse, ex : ATP synthase). Les histones : compactent l ADN sous forme de chromosomes. Les immunoglobulines : assurent l immunité et la reconnaissance du soi.
17 Biosynthèse des protéines Le ribosome : complexe formé de protéines (ribosomal proteins, RP) et d Acide Ribo-Nucléique (ARN 28S, 18S, 5S). Synthèse ribosomale : le ribosome traduit un ARN messager (ARNm, ou mrna) en protéine (chez tous les êtres cellulaires). Synthèse non-ribosomale : réalisée par les protéines NRPS non-ribosomal peptide synthetase (bactéries et champignons).
18 Les acides nucléiques de l ADN et de l ARN Les nucléobases ou bases azotées : de forme purine (Adémine et Guanine) ou pyrimidine (Cytosine, Uracile et Thymine). Les nucléosides : une nucléobase (A, C, G, T ou U) + un sucre, ribose (ribo-nucléoside) ou désoxyribosose (désoxyribo-nucléosides). Les phospho-nucléotides (A, C, G, T ou U) : un nucléoside + n groupements phosphates.
19 L ADN et l ARN l ADN : acide désoxyribonucléique, constitué des bases A, C, G et T. L ARN : acide ribonucléique, constitué des bases A, C, G et U. L ARN et l ADN, des polymères de phospho-nucléotides : Les paires de bases AT et GC : Structure secondaire des ADN et ARN :
20 Les formes de l ADN La double hélice de l ADN : Plasmides et chromosomes, les supports de l information génétique :
21 Les ARN fonctionnels micro-arn et ARN interférant : se fixent aux ARNm et en modifient le comportement :
22 Les ARN fonctionnels Les ARN messagers (ARNm), ou transcrit : produits de l expression des gènes. La séquence d ADN du gène est recopiée (transcrite) sous la forme d un ARNm. Les ARN de transfert (ARNt ou trna), le code génétique et la traduction du codon en acide aminé :
23 Les ARN fonctionnels Les sous-unit es de l ARN ribosomique, ARNr ou rrna (16S, 23S, 5S chez les bact eries et les arch ees ; 18S, 28S, 5S chez les Eucaryotes) : Le ribosome, un complexe d ARNr et de prot eines ribosomiques : La traduction : Le ribosome et les ARN de transfert synth etisent la prot eine encod ee par la r egion codante d un ARN messager.
24 Production des données de biologie moléculaire Spectrométrie de masse Cristallographie De la chromatographie au séquençage robotisé à haut débit (NGS, HTS)
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