Complément au cours de. Raoui Mounir MAAROUFI. Première Année en Licence Fondamentale des Sciences du Vivant

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1 UIVERSITE DE MOASTIR Instiitut Supériieur de Biiotechnollogiie de Monastiir Complément au cours de BIOCHIMIE STRUCTURALE Raoui Mounir MAAROUFI Première Année en Licence Fondamentale des Sciences du Vivant Année universitaire

2 - Cours de Biochimie Structurale ère année - - Avant-propos - AVAT-PROPOS La biochimie constitue une des disciplines fondamentales de la biologie. Son enseignement destiné à des étudiants en chimie trouve son importance à plusieurs niveaux dont la connaissance des principales structures chimiques rencontrées dans les organismes vivants, les caractéristiques particulières de ces structures qui se distinguent de celles du monde minéral ou organique inanimé, et qui trouvent leurs applications dans de très nombreux domaines, en particulier ceux de l agroalimentaire et de la cosmétologie, une mention particulière étant faite pour ce dernier car concernant au premier degré les étudiants en Chimie Fine. La biochimie est ainsi l étude des structures et du fonctionnement chimique des êtres vivants qui en a révélé la profonde unité d organisation. Le but de ce cours de biochimie structurale est de présenter les structures biochimiques essentielles c est à dire, précisément, celles qui sont communes à tous les organismes, toutes les cellules. L analyse élémentaire de ces structures chimiques révèle la présence de mêmes éléments en proportions comparables, chez tous les organismes. Le carbone, l oxygène, l hydrogène, l azote, le soufre, le phosphore, le chlore, le calcium, le potassium, le sodium représentent environ 99% des organismes. D autres éléments sont présents seulement à l état de traces : métalloïdes F, Br, I, et métaux Fe, Mg, Mn, Zn, Cu, Ce sont les oligoéléments. Leur présence en quantités faibles et variables est constante. Il s agit d éléments qui jouent des rôles spécifiques dans la cellule, en particulier au niveau de nombreuses réactions enzymatiques (rappelons que les enzymes sont des catalyseurs biologiques, de nature protéique, capables d accélérer les réactions biochimiques dans les organismes vivants dans des conditions de température et de ph compatibles avec leur fonctionnement). Les mêmes classes de composés organiques sont reconnues dans toutes les cellules : protéines, acides nucléiques, lipides, glucides. La dégradation des principales macromolécules (protéines, acides nucléiques, polysaccharides) les montrent constituées d un nombre très restreint de molécules organiques : Protéines acides aminés Acides nucléiques nucléotides (base azotée pentose phosphate) Polysaccharides hexoses et dérivés Cinq bases azotées principales et deux pentoses (ribose et désoxyribose) constituent les acides nucléiques ; vingt acides aminés, les protéines ; quelques hexoses surtout, en particulier glucose et galactose, ainsi que leurs dérivés, les polysaccharides. Ces constituants en nombre limité se retrouvent avec une structure identique, chez tous les organismes. Il faut opposer à cette unité et même cette simplicité de composition, l extrême diversité des macromolécules résultant de l assemblage de ces vingt acides aminés, de ces quelques nucléotides et de ces quelques hexoses et dérivés. Institut Supérieur de Biotechnologie de Monastir

3 - Cours de Biochimie Structurale ère année - - Sommaire - SOMMAIRE I- Introduction : Principales structures chimiques. II- Les acides nucléiques. 1- structure des nucléotides. Bases azotées et pentoses ucléosides ucléotides 2- Oligo- et polynucléotides. La liaison phosphodiester 3-5 Structure monocaténaire de l AR Structure bicaténaire de l AD : la double hélice de Watson et Crick 3- Propriétés des nucléotides et des acides nucléiques. Propriétés spectrales Dénaturation de l AD III- Les glucides. 1- Les monosaccharides. Formule développée Structures cycliques Anomèrie Principales réactions Synthèse de Kiliani-Fisher, Dégradation de Wohl 2- Les disaccharides. La liaison glycosidique Sucres réducteurs et non-réducteurs 3- Les trisaccharides. 4- Les polysaccharides Homopolysaccharides Hétéropolysaccharides 5- Méthodes d étude. IV- Les protides. 1- Les acides aminés. Classification Propriétés physiques Propriétés chimiques Méthodes de fractionnement et de dosage 2- Les protéines. La liaison peptidique Les différents niveaux de structure Classification Propriétés physiques Propriétés chimiques Méthodes d analyse de la structure et de dosage Institut Supérieur de Biotechnologie de Monastir

4 - Cours de Biochimie Structurale ère année - - Sommaire - V- Les lipides. 1- Classification Acides gras, Glycérolipides, Glycérophospholipides Sphingolipides, Cérides, Stérides, Lipides isopréniques 2- Propriétés chimiques des acides gras 3- Propriétés physiques des glycérophospholipides 4- Les associations lipides-protéines 5- Méthodes d analyse des lipides Institut Supérieur de Biotechnologie de Monastir

5 Chapitre I ACIDES UCLEIQUES

6 LES ACIDES UCLEIQUES AD (acide désoxyribonucléique) : acide nucléique majeur dans les cellules support de l information héréditaire AR (acide ribonucléique) : second type d acide nucléique transmission de l information génétique de l AD aux protéines membrane cellulaire noyau cellulaire AD cytoplasme AR protéine Molécules d AD de taille très importante AD : structure en double hélice (double brin) AR : structure simple brin AD et AR : polymères de nucléotides ucléotide : association moléculaire «base azotée pentose phosphate» Base azotée Pentose P P P 5 ucléoside(x) nucléoside 5 monophosphate (XMP) nucléoside 5 diphosphate (XDP) nucléoside 5 triphosphate (XTP)

7 Structure des nucléotides Les bases azotées : H 2 O H 2 O CH 3 H H 2 H O H O H Adénine (6 amino-purine) Guanine (2 amino, 6 oxy-purine) Cytosine (2 oxy, 4 amino-pyrimidine) Thymine (2,4 dioxy, 5 méthyl-pyrimidine) AD : Adénine (A), Guanine (G), Cytosine (C) et Thymine (T) O AR : Adénine (A), Guanine (G), Cytosine (C) et Uracile (U) O H Uracile (2,4 dioxy - pyrimidine) A et G : bases puriques, dérivent d un noyau purine C, T et U : bases pyrimidiques, dérivent d un noyau pyrimidine Le pentose : AD : désoxyribose AR : ribose

8 Les nucléosides : ucléoside : association «base azotée pentose» Ex. de ribonucléoside Ex. de désoxyribonucséotide Les nucléotides : association «base azotée pentose phosphate(s)» L adénosine - 5 phosphate est aussi appelée AMP (adénosine monophosphate ou acide adénylique. Si le désoxyribose remplace le ribose, on écrit damp ou acide désoxyadénylique.

9 ucléotides acides (pka 1), à ph 7 formes ionisées Oligo- et polynucléotides : constitués par l enchaînement de plusieurs (oligo) ou de nombreux (poly) nucléotides. Liaison phosphodiester 3-5 entre 2 nucléotides adjacents Structure de l oligo (ribo) nucléotide pa pu pg pc pa pc OH

10 Séquence ci-dessus : en abrégé AGC ou pa pg pc p

11 Structures de l AD et de l AR : Structure double brin de l AD : - 2 chaînes polynucléotidiques appariées enroulées en double hélice (chaînes appariées = chaînes complémentaires) - règles de l appariement : A et T, G et C Empilement des paires de bases à l intérieur d un duplex d AD. Chaque groupe de segments en pointillés représente les liaisons H entre les bases d une même paire.

12 Structure en double hélice de Watson et Crick : Représentation simplifiée de la double hélice d AD et détail des couplages de bases par liaisons hydrogène Structure simple brin de l AR : - AR constituées d une seule chaîne polynucléotidique - par endroits formation éventuelle de boucles et d épingles à cheveux entre séquences complémentaires Les traits représentent les liaisons hydrogène entre bases complémentaires

13 Propriétés des nucléotides et des acides nucléiques propriétés spectrales : Dénaturation de l AD sous l effet de la chaleur ou d agents dénaturants : passage de la forme double brin à la forme simple brin augmentation de l absorbance en UV (pic d absorption à 260 nm)

14 Influence du contenu en G + C sur la température de fusion de l AD double brin. Structure supérieure de l AD chez les cellules eucaryotes :