IFSI, cours de S1 : Biologie fondamentale Les Molécules du vivant les biomolécules du compartiment sanguin A- les protéines Dominique Rainteau B- L eau P. Ferré C- les ions D- les lipides E- les glucides F- l oxygène Pr Pascal Ferré Faculté de Médecine Pierre et Marie Curie, Site Cordeliers 15, rue de l école de médecine 75006 Paris, mail : pascal.ferre@upmc.fr 1
Il n est pas nécessaire de retenir les formules chimiques des molécules
A- L eau A.1 - cohésion A.2 - rôle de solvant A.3 - ionisation (ph) A.4 - distribution 3
A- L eau A.1- Cohésion 2 d - liaison covalente O liaison covalente d + H H d + liaison hydrogène (électrostatique) d + H O 2 d - d + H 4
A- L eau A.2- Rôle de solvant Chlorure de sodium ( NaCl) ion: espèce chimique électriquement chargée: cation : +, anion : - 5
Molécules d eau Ion chlorure ( Cl - ) A- L eau A.2- Rôle de solvant Ion sodium (Na + ) Cl - attire le pôle positif de l eau Na + attire le pôle négatif de l eau Chlorure de sodium non dissout Solvatation: liaisons plus fortes que celles qui lient les ions entre eux 6
A- L eau A.2- Rôle de solvant L eau dans l organisme contient un grand nombre de molécules minérales et organiques, solubilisées : ions Ca++ Na+ Cl- sucres: glucose Urée : produit de dégradation des acides aminés protéines : ex. l'albumine
A- L eau A.3- Ionisation A.3- Ionisation de l eau : Dissociation de l eau en deux ions H O H H H H O - + H+ 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 - 9
A- L eau A.4- Distribution de l eau chez l homme 60% - Environ 60% du poids corporel est constitué d eau (45 litres pour une personne de 75 Kg) - Répartition de l eau entre les différents compartiments Intracellulaire 2/3 (25 l) Extracellulaire 1/3 (18 l) : -liquide interstitiel (15 l), -lymphe, plasma (3 l) - Apports et pertes d eau au quotidien Apports par aliments (1 l) + boissons (1,2 l) + métabolisme (0,3 l) Compensent les pertes dans l urine (1,5 l), la sueur (0,5 l), la respiration (0,5 l) 10
A- L eau 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 11
B- Les ions du compartiment plasmatique B.1 - composition B.2 - isotonie B.3 - les ions majoritaires B.4 - les ions minoritaires B.5 - le ionogramme
À l intérieur des vaisseaux B- Les ions du compartiment plasmatique B.1- Composition du sang circulant Globules blancs (leucocytes) Défense Globules rouges (hématies) Transport d oxygène Plaquettes (thrombocytes) Coagulation Cellules (éléments figurés) 13
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 (par exemple héparine, citrate de sodium, EDTA) (sérum obtenu après centrifugation du sang total prélevé sans anti-coagulant ) 14
Quelques mots sur les unités g/l Non, car ne permet pas de comparer les ions entre eux en termes de quantité (la masse de chaque ion est différente, Na + 23, Cl - 35,5 ) mmol ou mmol/l Oui, système international: nombre de particules dissoutes meq/l Oui, ancien, mais existe encore; il tient compte de la charge électrique. Na+ 1mmol/L = 1 meq/l Ca++ 1mmol/L = 2mEq/L 15
mmol/l Composition ionique des différents compartiments Mg 2+ Ca 2+ K + Plasma protéines Acides (SO 4 2- + PO 4 3-) HCO 3 - Mg 2+ Ca 2+ Na + Compartiment intracellulaire protéines SO 4 2- HCO 3 - K + PO 4 3- Na + Cl - Glucose 5 mmol/l Urée 5 mmol/l Cations = Anions Cations = Anions 16
La pression osmotique B- Les ions du compartiment plasmatique B.2- Isotonie Gaz La pression osmotique Solutes Eau Membrane semi-perméable : laisse passer uniquement l eau Les membranes biologiques ne laissent pas passer librement les ions ou les molécules polaires. L eau circule librement entre les différents compartiments Osmolarité : détermine les mouvements d eau et d ions à travers une membrane semi perméable, ce qui détermine le volume intracellulaire 17
B- Les ions du compartiment plasmatique B.2- Isotonie Remarque importante : L eau dans les différents compartiments de l organisme est isotonique, c est-à-dire que le nombre de solutés/volume d eau est constant 1 mole de NaCl : 23 + 35,5= 58,5 g 1mol/l = 58,5 g/l 1 mmol/l= 0,585 g/l 150 mmol/l =0,585 x 154 = 9 g/l Hématies dans un liquide hypotonique Hématies dans un liquide isotonique Hématies dans un liquide hypertonique H2O Solution isotonique de NaCl = Solution physiologique : 9g/l de NaCl = 154 mmol/l Turgescence Plasmolyse 18
B- Les ions du compartiment plasmatique B.2- Isotonie 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 Liquide extra cellulaire Liquide interstitiel Milieu intracellulaire K+ = 150mmol/l Na+ = 10mmol/l K+ Na+ Plasma K+ = 4 mmol/l Na+ = 140 mmol/l 19
B- Les ions du compartiment plasmatique B.3- Les ions majoritaires Les ions majoritaires : Na +, Cl -, HCO3 - Ion sodium : Na +, natrémie Principal cation extracellulaire : 135-145 mmol/l dans le plasma Concentration intracellulaire très faible (10 mmol/l) - Apport alimentaire : 1-4 g / j absorption digestive de NaCl (sel de table) - Élimination rénale principalement >>sueur, larmes - Filtré, puis réabsorbé très activement par le rein La concentration en sodium détermine les mouvements de l eau 20
B- Les ions du compartiment plasmatique B.3- Les ions majoritaires Ion chlorure Cl -, chlorémie 95-105 mmol/l Principal anion extracellulaire Activement sécrété par les cellules 21
B- Les ions du compartiment plasmatique B.3- Les ions majoritaires Ion bicarbonate HCO 3 - ou réserve alcaline En équilibre avec CO 2 produit par le métabolisme cellulaire. Le CO 2 passe ensuite dans le plasma puis entre dans les hématies ou il est hydraté pour former du bicarbonate métabolisme cellulaire poumon CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 HCO 3 - + H + urine 22
B- Les ions du compartiment plasmatique B.3- Les ions majoritaires Pouvoir tampon du plasma : permet de maintenir le ph constant alcalose CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H + acidose 23
B- Les ions du compartiment plasmatique B.4- Les ions minoritaires Les ions minoritaires : K +, Ca 2+, Mg 2+, PO 4 3- Ion potassium : K +, kaliémie 3,5-4,5 mmol/l dans le plasma Concentration extracellulaire très faible maintenue par des pompes qui font entrer le K+ dans les cellules (en échange de Na+) Ion intracellulaire (140 mmol/l): attention à l hémolyse dans le tube lorsque l on fait un ionogramme Rôle important dans la contraction du muscle cardiaque : Hyperkaliémie arrêt cardiaque (effet toxique d une injection de KCl) K+ K+ K+ 24
B- Les ions du compartiment plasmatique B.4- Les ions minoritaires Ion Ca 2+, calcémie 2,15-2,55 mmol/l dans le plasma - 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 25
B- Les ions du compartiment plasmatique B.4- Les ions minoritaires Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Rôles spécifiques du calcium - Extracellulaires : coagulation sanguine - Intracellulaire : concentration hétérogène, très faible dans le cytoplasme, très forte dans le réticulum. L augmentation de concentration transitoire dans le cytoplasme déclenche la contraction musculaire réticulum cytoplasme Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ 26
B- Les ions du compartiment plasmatique B.4- Les ions minoritaires Ions phosphates PO 4 3-0,8-1,5 mmol/l dans le plasma Ionisation de l acide phosphorique H 3 PO 4 H 2 PO - 4 + H + HPO 2-4 + 2H + PO 4 3- + 3H + Système tampon intracellulaire Constituants de molécules biologiques importantes : 1- Constituant de l os : phosphate de calcium 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++ 27
B- Les ions du compartiment plasmatique B.4- Les ions minoritaires Magnésium : Ion Mg ++ 1,5-2 mmol/l dans le plasma Concentration faible dans le plasma milieu intracellulaire Rôle dans la contraction musculaire et la phosphorylation des protéines Augmentation anormale: troubles cardiaques et respiratoires 28
B- Les ions du compartiment plasmatique B.5 Le ionogramme Le ionogramme Prescription très répandue : examen codifié par l assurance maladie. B= 0,27 Iono simple : Na+, Cl-, K+ Cotation : B20 (= 6 ) Iono complet Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines (B40) Iono étendu Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines + Ca 2+, phosphates Échantillons : plasma, prélèvement de sang veineux sur tube hépariné (ou artériel ou capillaire), puis centrifugation au laboratoire Attention à l hémolyse 29
B- Les ions du compartiment plasmatique B.5 Le ionogramme 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) 30
B- Les ions du compartiment plasmatique B.5 Le ionogramme - augmentation du Na +, du Cl - ( des protéines) /L - Causes : perte d eau (digestive, faible apport hydrique), surcharge de NaCl =>Déshydratation intracellulaire Intérêt du ionogramme: exemples - Dépister des déséquilibres hydro électrolytiques, surveiller les apports hydriques EC IC IC - diminution du Na +, du Cl - /L - Causes : insuffisance cardiaque, rénale, hépatique, potomanie, troubles de l ADH =>Hyperhydratation intracellulaire : Cas de K + : surveillance de la fonction cardiaque EC ICIC 31
Conclusions - L eau représente la majeure partie de notre organisme : rôle 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 intracellulaires (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+) 32
Exemples de questions QCS Question: Parmi les propositions suivantes concernant l osmolarité des liquides organiques, indiquer celle qui est exacte : A. une solution de NaCl (chlorure de sodium) isotonique perfusée à un patient contient 90 g par litre de NaCl B. placées dans un liquide hypotonique, les hématies (globules rouges) absorbent de l eau et gonflent C. la pression osmotique du plasma est déterminée uniquement par la quantité de protéines dissoutes D. les différents compartiments liquides de l organisme ont des pressions osmotiques différentes QCM Question: Parmi les propositions suivantes concernant le ionogramme indiquer celles qui sont exactes : A. le ionogramme permet de dépister les déséquilibres hydro-électriques d'un patient B. le ionogramme s effectue après éclatement des hématies C. le ionogramme permet de surveiller l équilibre acido-basique d un patient D. le ionogramme complet comprend la détermination des concentrations de bicarbonate