Biologie fondamentale Les Molécules du vivant Première partie : de l atome à la molécule. Philippe Karoyan Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin A- L eau. Joëlle Masliah B- les ions du compartiment plasmatique Joëlle Masliah C- les protéines Dominique Rainteau D- les lipides Joëlle Masliah E- les glucides Jean Pierre Tresca F- l oxygène Jean Pierre Tresca 8 septembre 2010 1
Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin A- L eau. B- les ions du compartiment plasmatique Pr Joëlle Masliah Faculté de Médecine Pierre et Marie Curie Site Saint Antoine 27, rue Chaligny, 75012 Paris
A L eau A.1- cohésion A.2- rôle de solvant A.3- ionisation A.4- distribution Cohésion de l eau 8 septembre 2010 3
Eau solide (glace) Eau liquide Na+ A.1- cohésion A.2- rôle de solvant A.3- ionisation A.4- distribution Cl- Liaisons hydrogène stables, rigides Ca++ Liaisons hydrogène labiles s établissent avec d autres molécules polaires 8 septembre 2010 4
A.2- rôle de solvant A.1- cohésion A.2- rôle de solvant A.3- ionisation A.4- distribution Dissolution du chlorure de sodium ( NaCl) 8 septembre 2010 5
A.2- rôle de solvant Molécules d eau Ion chlorure ( Cl - ) Ion sodium (Na + ) Cl - attire le pole positif de l eau Chlorure de sodium non dissout Na + attire le pole négatif de l eau septembre 2010 6
A.1- cohésion A.2- rôle de solvant L eau dans l organisme contient un grand nombre de molécules minérales et organiques, solubilisées : A.3- ionisation A.4- distribution ions Ca++ Na+ Cl- fonctions acide, alcool, cétone Fonctions amine, sucres Polymères : Protéines, acides nucléiques, polyosides 8 septembre 2010 7
A.3 Ionisation de l eau : A.1- cohésion A.2- rôle de solvant A.3- ionisation A.4- distribution Dissociation de l eau en deux ions H O H H H H O - + H+ 8 septembre 2010 OH - + H + 8
Échelle de ph Concentration en ions H+ (mol/l) estomac (vinaigre) acide H+ (café) Urine, salive sang ph neutre (nettoyant four) basique H O - 8 septembre 2010 9
A.4 Distribution de l eau chez l homme A.1- cohésion A.2- rôle de solvant A.3- ionisation A.4- distribution -Plus de 60% du poids corporel est constitué d eau (cette proportion varie avec l age) Répartition de l eau entre les différents compartiments - Intracellulaire 2/3 (25l) - Extracellulaire 1/3 (18l) : -liquide intersticiel (15l), -lymphe, plasma (3l) Apports et pertes d eau au quotidien apport par aliments (1l) + boissons (1,2l) + métabolisme (0,3l) compense les pertes dans l urine (1,5l), la sueur (0,5l), la respiration (0,4l)
A.4 Distribution de l eau chez l homme Le contenu en eau des organes est très variable Le plus élevé : dans les tissus mous : 80% du sang, du rein.. Le moins élevé dans les tissus durs : 20% du tissu osseux.. 10 30% du tissu adipeux 8 septembre 2010 11
B- les ions du compartiment plasmatique B.1- composition du sang circulant À l intérieur des vaisseaux Cellules (éléments figurés) B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Globules blancs (leucocytes) défense Globules rouges (hématies) Transport d oxygène Plaquettes (thrombocytes) coagulation 8 septembre 2010 12
B A Avant Après Hématocrite = A/B, environ 40% de cellules dans le sang total (38-52% du volume) Plasma obtenu après centrifugation du sang total prélevé avec un anti coagulant (sérum obtenu après centrigugation du sang total prélevé sans anti coagulant ) 8 septembre 2010 13
B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires les principales molécules contenues dans l eau plasmatique : -des ions minéraux Ca++ Cl- HCO3- -des ions organiques (acides aminés, protéines..) -Des petites molécules polaires (glucose, urée..) -Des macromolécules polaires ( protéines)
Composition des différents compartiments B.1- composition mmol/l Mg 2+ Plasma Glucose, urée Compartiment intracellulaire Mg 2+ Ca 2+ B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Ca 2+ protéines Na + protéines K + Acides(SO 4 2-, PO 4 3-) HCO 3 - Acides(SO 2-4 - HCO 3 PO 4 3- Na + Cl - K + 8 septembre 2010 15
B.2- isotonie Remarque importante sur la concentration ionique des différents compartiments aqueux L eau dans les différents compartiments de l organise est isotonique, c est-à-dire que le nombre d électrolytes/volume d eau est constant Hématies dans un liquide hypotonique B.1- composition Hématies dans un liquide isotonique B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Hématies dans un liquide hypertonique H2O Solution isotonique de NaCl = Solution physiologique : 9g/l de NaCl = 150mmol turgescence Plasmolyse 8 septembre 2010 16
Pour comprendre comment cette isotonie se maintient, 3 règles : - Les membranes cellulaires sont constituées de molécules non miscibles à l eau, qui empéche le libre passage des molécules polaires Molécules apolaires Molécules polaires ions -l eau circule librement dans les différents compartiments, passe à travers les membranes cellulaires, en fonction du gradient de pression osmotique Eau -les molécules polaires ne traversent les membranes que par des systèmes de transport Membrane cellulaire 8 septembre 2010 17
la concentration plasmatique en ions est maintenue constante Par des transports actifs d ions à travers les membranes cellulaires Ces transports utilisent des «pompes» qui permettent de maintenir la concentration extracellulaire en sodium élevée..pompe Na/K ou ATPase Elles utilisent de l énergie sous la forme de molécules d ATP synthétisé dans les mitochondries Osmolarité : détermine les mouvements d eau et d ions à travers une membrane semi perméable, ce qui détermine le volume intracellulaire Liquide extra cellulaire (20%) Liquide intersticiel K+ Milieu intracellulaire ( 40%) Na+ K+ = 150mmol Na+ = 10mmol B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires septembre 2010 18 B.4- les ions minoritaires plasma K+ = 4mmol Na+ = 140mmol
mmol/l Mg 2+ Ca 2+ K + Composition des différents compartiments Plasma Glucose, urée protéines Acides(SO 4 2-, PO 4 3- HCO 3 - Liquide intersticiel Mg 2+ Ca 2+ K + protéines Acides(SO 4 2-, PO 4 3- HCO 3 - Mg 2+ Ca 2+ Na + Compartiment intracellulaire B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires protéines Acides(SO 2-4 - HCO 3 PO 4 3- Na + Cl - Na + Cl - K + 8 septembre 2010 19
II. B : les ions du compartiment plasmatique B.3- les ions majoritaires : Na +, Cl -, HCO3 - Ion sodium : Na +, natrémie Principal cation extracellulaire : 135-145 mmol/l dans le plasma Concentration intracellulaire très faible (10mmol) Qq mots sur les unités : g/l Meq/l mmol ou mmol/l B.1- composition B.2- isotonie Oui, système international Apport alimentaire : 1-4 g/j absorption digestive de NaCl (sel de table) Élimination rénale principalement >>sueur, larmes Filtré, puis réabsorbé très activement B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Non, car ne permet pas de comparer les ions entre eux Oui, ancien, mais existe encor La concentration en sodium suit les mouvements de l eau 8 septembre 2010 20
B.1- composition Ion chlorure Cl -, chlorémie B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires 93-105 mmol/l Principal anion extracellulaire Activement sécrété par les cellules 8 septembre 2010 21
B.1- composition Ion bicarbonate HCO3 - ou réserve alcaline B.2- isotonie En équilibre avec CO2 produit par le métabolisme cellulaire. Il passe ensuite dans le plasma puis entre dans les hématies ou il est hydraté pour former du bicarbonate B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Respiration cellulaire poumon CO2 + H2O HCO3 - + H + urine 8 septembre 2010 22
Pouvoir tampon du plasma : permet de maintenir le ph constant CO2 + H2O alcalose HCO3 - + H + acidose
B.4- les ions minoritaires : K +, Ca 2+, Mg 2+, PO 4 3- Ion potassium : K +, kaliémie 3,5-4,5 mmol/l dans le plasma B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Concentration extracellulaire très faible maintenue par des pompes qui font entrer le K+ dans les cellules (en échange de Na+) Ion intracellulaire : En cas de valeur élevée, attention à l hémolyse dans le tube K+ K+ K+ Role important dans la contraction du muscle cardiaque : Hyperkaliémie arret cardiaque (effet toxique d une injection de KCl) 8 septembre 2010 24
B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Ion Ca 2+, calcémie 2,15-2,55 mmol/l) Distribution dans l organisme : 99% dans les os Très peu dans le plasma où il existe sous deux formes : Calcium ionisé, calcium lié aux protéines Apport alimentaire : produits laitiers, besoins augmentés pendant la croissance et la grossesse absorption intestinale sous l influence de la vitamine D Utilisation par le tissu osseux Élimination urinaire 8 septembre 2010 25
B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires Rôles spécifiques du calcium - extracellulaires : coagulation sanguine Ca 2+ B.4- les ions minoritaires 2+ Ca 2+ Ca -Intracellulaire : concentration hétérogène, très faible dans le cytoplasme, très forte dans le réticulum et le milieu extracellulaire réticulum Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Augmentation de concentration transitoire dans le cytoplasme : déclenche la contraction musculaire, la libération de neuro médiateurs cytoplasme
B.1- composition B.2- isotonie Ions phosphates PO 4 3- Ionisation de l acide phosphorique H 3 PO 4 H 2 PO - 4 + H + HPO 2-4 + 2H + B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires PO 4 3- + 3H + Système tampon intracellulaire Constituants de molécules biologiques importantes : 1-constituant de l os : phosphate de calcium (85%) 2- ATP (stockage de l énergie) et acides nucléiques 3- Constituant des lipides membranaires 4- liaison covalente aux protéines : phosphorylation par des protéines kinases. Mécanisme intracellulaire dynamique de régulation des protéines et de transmission des signaux dans la cellule Métabolisme lié au Ca++ 8 septembre 2010 27
B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires Magnésium : Ion Mg ++ B.4- les ions minoritaires Concentration faible dans le plasma << milieu intracellulaire Role dans la contraction musculaire et la phosphorylation des protéines Augmentation anormale: troubles cardiaques et respiratoires 8 septembre 2010 28
B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires B.4- les ions minoritaires Prescription très répandue Iono simple : Na+, Cl-, K+ Cotation : B20 (= 6E) Iono complet Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines (B40) Iono étendu Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines + Ca2+, phosphates Échantillons : plasma, prélèvement de sang veineux sur tube hépariné (ou artériel ou capillaire), puis centrifugation au laboratoire Attention à l hémolyse 8 septembre 2010 29
Le ionogramme sanguin normal Na + : 136-145 meq/l ou 136-145 mmol/l K + : 3,5 à 5,0 meq/l ou 3,5 à 5,0 mmol/l Cl - : 98 à 106 meq/l ou 98 à 106 mmol/l HCO 3 - : 22 à 29 mmol/l Protéines (56-81g/l) (=anions) 8 septembre 2010 30
B.1- composition B.2- isotonie B.3- les ions majoritaires Interêt du ionogramme - Dépister des déséquilibres hydro électrolytiques, surveiller les apports hydriques - augmentation du Na +, du Cl - ( des protéines) reflète une Déshydratation intracellulaire: Causes perte d eau (digestive, sueur, faible apport hydrique), surcharge de NaCl EC IC IC H20 B.4- les ions minoritaires - diminution du Na +, du Cl - reflète Hyperhydratation intracellulaire : Causes : insuffisance cardiaque, rénale, hépatique Cas de K + : surveillance de la fonction cardiaque EC H20 ICIC 8 septembre 2010 31
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Conclusions - l eau représente la majeure partie de notre organisme : role de solvant pour les molécules polaires - Le plasma est le composant liquide du sang : de ph neutre, il contient de nombreuses molécules dont des ions (Na+, Cl-, HCO3-) à une concentration globale équivalente à celle des ions intracellulaire (K+, Mg++, PO4 3-) ce qui maintient constant le niveau d hydratation des cellules. - Le ionogramme sanguin est un examen biologique très répandu. Il se pratique sur sang veineux et comprend l analyse des principaux ions du plasma. Il permet d évaluer l état de l équilibre hydro électrolytique d un sujet (Na+, Cl-), de son équilibre acido basique (HCO3-) et de surveiller la fonction cardiaque (K+)