Sommaire PARTIE I BASES DE LA BIOCHIMIE

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1 Sommaire PARTIE I BASES DE LA BIOCHIMIE 1. L atome La classification périodique des éléments de Mendeleïev Structure électronique des principaux éléments de la matière vivante Orbitales atomiques et moléculaires Hybridation des orbitales atomiques Liaisons délocalisées et énergie de résonance Effet mésomère et tautomérie Électro-négativité et polarisation des liaisons Polarisation des liaisons Liaison hydrogène Ionisation La molécule d eau Théories acide-base Théorie de Bronsted Théorie de Lewis Composés amphotères ph ph biologique Courbe de titrage d un acide faible par une base forte Solutions tampons Principaux groupes fonctionnels des composés biologiques Fonction acide carboxylique Fonction alcool (suffixe «ol») Fonctions aldéhyde et cétone Fonctions aminées Réticulation du collagène Principes d énergétique Thermodynamique Liaisons riches en énergie Énergie d hydrolyse de l ATP Réactions d oxydoréduction

2 VIII SOMMAIRE 6. Coenzymes et groupes prosthétiques Coenzymes d oxydoréduction Coenzymes polarisants Asymétrie moléculaire Chiralité Convention de Fischer Configuration absolue du carbone Projection de Newman Pouvoir rotatoire Synthèse stéréospécifique Spectroscopie UV et visible Spectrométrie d absorption Loi de Beer-Lambert Spectre d absorption d un composé Dosage d une solution de concentration inconnue Spectre du NADH Spectre de différence PARTIE II STRUCTURE ET FONCTIONS DES GLUCIDES Introduction Structure et représentation des oses Stéréochimie des oses Projection de Fischer Filiation des oses Formes cycliques des oses Projection de Haworth Anomérie Conformation spatiale Principaux oses et dérivés d oses naturels Pentoses Héxoses Les désoxy-oses Les hexosamines Les acides muramique et neuraminique Les acides uroniques L acide ascorbique Les polyalcools

3 SOMMAIRE IX 11. Les osides Les holosides Les hétérosides Propriétés des oses et des osides Propriétés réductrices des oses Oxydation de la fonction aldéhyde Oxydation enzymatique de la fonction aldéhyde du glucose Oxydation sélective de l extrémité non réductrice Oxydation de la fonction aldéhyde et de la fonction alcool primaire Réduction Réduction enzymatique du glucose Isomérisation alcaline Éthers méthyliques Propriétés antigéniques Aldoses et cétoses de la série D Aldoses de la série D Cétoses de la série D PARTIE III STRUCTURE ET FONCTIONS DES LIPIDES Introduction Les acides gras Acides gras saturés Acides gras mono-insaturés Acides gras poly-insaturés Propriétés physico-chimiques des acides gras Les glycérides Les glycérides Les triglycérides Les phospholipides Acides phosphatidiques Glycérophospholipides Propriétés des phospholipides Hydrolyse enzymatique Structure bipolaire des phospholipides Les sphingolipides Céramides Sphingomyélines

4 X SOMMAIRE Glycolipides Gangliosides Lipides à base d isoprène Stérides Caroténoïdes Lipoprotéines La membrane plasmique des cellules eucaryotes Composition des membranes plasmiques Fluidité membranaire Structure asymétrique PARTIE IV STRUCTURE ET FONCTIONS DES PROTÉINES 22. Les acides aminés Définition Configuration Acides aminés essentiels Acides aminés glucoformateurs Propriétés acido-basiques des acides aminés Classification des acides aminés ph isoélectrique phi Dissociation des fonctions des acides aminés Courbes de titrage Propriétés physico-chimiques des acides aminés Absorbance Liaison peptidique Décarboxylation enzymatique Esters méthyliques Base de Schiff Réaction de la fonction αnh Réactions des groupes thiols Titration des groupes thiols Ionisation de la tyrosine Iodation de la tyrosine Méthodes de séparation des acides aminés Électrophorèse sur papier Chromatographie de partage Chromatographie sur résines échangeuses d ions

5 SOMMAIRE XI 26. Peptides et protéines La liaison peptidique Quelques peptides Structure tridimensionnelle des protéines Structure primaire Structure secondaire Hélice alpha Brin et feuillet plissé bêta Les coudes Structure tertiaire Structure quaternaire Dénaturation des protéines Agents dénaturants Détermination de la structure primaire des protéines Composition en acides aminés Identification du résidu N-terminal Dégradation d Edman Identification du résidu C-terminal Fragmentation spécifique de la chaîne polypeptidique Recouvrement des peptides Modifications post-traductionnelles des protéines Peptide signal Glycosylation Liaison N-glycosidique Liaison O-glycosydique Hydroxylation Phosphorylation Acylation Méthylation Gamma carboxylation Relations structure-fonctions de quelques protéines Transport de l oxygène : hémoglobine et myoglobine Défenses immunitaires : les immunoglobulines Récepteur aux lipoprotéines Protéines multidomaines Méthodes d étude des protéines Détermination du poids moléculaire des protéines Séparation par la charge Séparation par la taille et la charge : électrophorèse bidimensionnelle

6 XII SOMMAIRE Séparation par affinité : chromatographie d affinité Western Blot PARTIE V STRUCTURE ET FONCTIONS DES ACIDES NUCLÉIQUES 32. Les bases de l hérédité Le matériel génétique Les chromosomes Génotype et phénotype Structure des acides nucléiques Les constituants des acides nucléiques Les bases azotées Les pentoses Les liaisons phosphodiesters L acide désoxyribonucléique (ADN) Les nucléotides de l ADN La double hélice de l ADN Dénaturation de l ADN Température de fusion (Tm) Les acides ribonucléiques (ARN) Les ARN messagers Les ARN de transfert ARN ribosomaux La réplication Principe de la réplication Mécanisme de la réplication Boucles de réplication Terminaison Les erreurs de la réplication La transcription Principe de la transcription Synthèse des ARN messagers Synthèse des ARN prémessagers Maturation des ARN messagers Transcription inverse La traduction Principe de la traduction Le code génétique La synthèse des protéines

7 SOMMAIRE XIII 39. Régulation de l expression des gènes Génome et transcriptome Protéome Transcriptome et protéome Signalisation cellulaire et régulation de la transcription L évolution moléculaire des protéines Mutations Conservation des séquences au cours de l évolution Polymorphisme des gènes Phylogénie Méthodes d étude des acides nucléiques Digestion enzymatique Amplification par réaction de polymérisation en chaîne (PCR : Polymerase Chain Reaction) Transcription réverse ou rétrotranscription (RT-PCR, Reverse Transcriptase PCR) PCR en temps réel Séquençage de l ADN Compléments à l étude des acides nucléiques PARTIE VI ENZYMOLOGIE 43. Les enzymes Définition Structure des enzymes Coenzymes et groupes prosthétiques Énergie d activation Activité enzymatique Protéases Modèle de Michaelis-Menten Cinétique enzymatique Influence de la concentration en enzyme Loi de vitesse Réactions à plusieurs étapes Les effecteurs de l activité enzymatique Les inhibiteurs Effet du ph : ph optimum Effet de la température

8 XIV SOMMAIRE 46. Enzymes allostériques Définition Loi cinétique et représentation graphique Effecteurs allostériques Modèle concerté de Monod-Wyman-Changeux (MWC) Modèle séquentiel de Koslhand Régulation de l activité enzymatique Principe Contrôle de l activité enzymatique Régulation par la fixation de ligands Contrôle par modification covalente réversible Contrôle par modification covalente non réversible Contrôle de la quantité d enzymatique PARTIE VII MÉTABOLISME DES GLUCIDES 48. Introduction au métabolisme Transformation de l énergie Charge énergétique Régulation par la charge énergétique Compartimentation cellulaire Carrefours métaboliques Enzymes régulatrices Mécanisme d action du glucagon et de l adrénaline Mécanisme d action de l insuline Maladies métaboliques héréditaires récessives Catabolisme des oses Les principaux glucides alimentaires Digestion des glucides La glycolyse Transport du glucose Phase d activation Phase de récupération de l énergie Étapes irréversibles de la glycolyse Glucokinase et hexokinase Carrefours métaboliques Entrée des autres oses dans la glycolyse Métabolisme du fructose et du mannose dans tous les tissus Métabolisme du fructose dans le foie

9 SOMMAIRE XV Métabolisme du galactose dans le foie Métabolisme du glycérol Régulation de la glycolyse Régulation dans le muscle Régulation dans le foie Métabolisme du pyruvate Métabolisme anaérobie : la fermentation lactique Métabolisme aérobie Effet Pasteur Transformation du pyruvate en aérobiose Anomalie du métabolisme du pyruvate La néoglucogenèse Tissus glucoformateurs Précurseurs de la néoglucogenèse Réactions spécifiques de la néoglucogenèse Régulation coordonnée de la glycolyse et de la néoglucogenèse hépatique Métabolisme du glycogène Synthèse du glycogène Dégradation du glycogène Contrôle de la synthèse et de la dégradation du glycogène Régulation dans le muscle Régulation dans le muscle et le foie Glycogénoses ou maladies du métabolisme du glycogène Voie des pentoses phosphates Rôle de la voie des pentoses phosphates Anomalies métaboliques PARTIE VIII MÉTABOLISME DES LIPIDES 57. Métabolisme des triglycérides Triglycérides alimentaires Triglycérides endogènes Estérification des acides gras Dégradation des triglycérides Cycle des triglycérides La b-oxydation des acides gras Activation des acides gras Transport des acides gras dans la mitochondrie

10 XVI SOMMAIRE Hélice de Lynen Bilan pour un tour Bilan de la dégradation du palmitate Régulation La cétogenèse Les corps cétoniques Activation de la cétogenèse Biosynthèse des acides gras Transport de l acétylcoa Formation du malonylcoa Acide gras synthase Synthèse du palmitate Acides gras supérieurs ou insaturés Régulation de la synthèse des acides gras PARTIE IX MÉTABOLISME DES ACIDES AMINÉS 61. Métabolisme protéique Synthèse des acides aminés Acides aminés essentiels Assimilation de l azote Transamination Squelettes carbonés Catabolisme des acides aminés Élimination de l azote Cycle de l urée Utilisation des squelettes carbonés Métabolisme des acides aminés dans le muscle Anomalies du métabolisme des acides aminés PARTIE X CATABOLISME ÉNERGÉTIQUE ET SYNTHÈSE D ATP 64. Cycle de Krebs Déroulement du cycle de Krebs Bilan du cycle de Krebs Régulation du cycle de Krebs Nature amphibolique du cycle de Krebs Catabolisme des acides aminés et cycle de Krebs

11 SOMMAIRE XVII 65. Anomalies génétiques affectant l ensemble du métabolisme Déficit multiple en carboxylases Action sur le métabolisme Phosphorylations cellulaires Phosphorylation au niveau du substrat Phosphorylation oxydative La phosphorylation oxydative La mitochondrie Théorie chimio-osmotique de Mitchell Variation d énergie libre d oxydation du NADH et du FADH Rendement de l oxydation des coenzymes La chaîne des transporteurs d électrons Complexe I : NADH déshydrogénase/nadh-coq réductase Complexe II : succinate déshydrogénase/succinate-coq réductase Complexe III : CoQH 2 /cytochrome c réductase Complexe IV : cytochrome c oxydase Bilan Inhibiteurs La synthèse de l ATP L ATP synthase Bilan de la phosphorylation oxydative Agents découplants Le transport de pouvoir réducteur Navette glycérol phosphate/dihydroxyacétone phosphate Navette aspartate/malate QCM QCM CORRIGÉS RÉFÉRENCES