Biochimie 1

Biochimie

Reprsentation tridimensionnelle de la neuraminidase. Lescoordonnes des atomes ont t obtenues par Diffractomtrie

de rayons X sur un cristal de la protine.

La biochimie est la disciplinescientifique qui tudie les ractionschimiques ayant lieu au sein descellules.Le terme a t cr en 1903 parCarl Neuberg d'aprs la racinegrecque (biochmeia)[rf.ncessaire] Ondistingue plusieurs grandessubdivisions de cette discipline :l'nergtique, production d'nergiepar la cellule ; l'enzymologie outude des catalyseurs biologiques ;le mtabolisme, divis enanabolisme, ractions de synthsedes molcules et catabolisme,ractions de dgradation desmolcules. Ces grands groupes sesubdivisent ensuite en des domainesde plus en plus spcialiss. Parexemple, l'enzymologie modernetche de relier la structuretridimensionnelle d'une protineavec sa fonction. La biochimie, toutcomme la chimie, dtaille aussi lesraisons de la ractivit desmolcules.

Les principales catgories de molcules tudies en biochimie sont les glucides, les lipides,les protines et les acides nucliques. Ces molcules sont constitues principalement decarbone, d'hydrogne, d'oxygne et d'azote. Ces classes de molcules reprsentent leslments fondamentaux de l'dification et du fonctionnement de la cellule, divises en deuxgroupes, les macrolments, et les microlments (aussi appels oligolments),c'est--dire l'or, le fer, le zinc existant l'tat de trace dans notre organisme.

L'un des buts ultimes de la biochimie est d'intgrer les donnes obtenues l'chellemolculaire un niveau de complexit suprieur, celui de la cellule. Il existe toutefois deuxdivisions entre la molcule et la cellule : la premire est aborde par la chimiesupramolculaire, qui tudie les assemblages de macromolcules (comme le ribosome oules interactions enzymatiques au sein d'une voie mtabolique) et les proprits mergentes; la seconde s'occupe de la biochimie des organelles, comme la mitochondrie ou lechloroplaste, entits supramolculaires existant l'intrieur des cellules complexes.

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mergence de la biochimie

Justus von Liebig

Louis Pasteur

Melvin Calvin

L'ide que l'activit de la "matire vivante" provienne deractions chimiques est relativement ancienne (Raumur,Spallanzani, etc.). La synthse de l'ure, ralise en 1828 parle chimiste allemand Friedrich Whler, en sera une desconfirmations les plus dcisives ralises au XIXesicle.Avant cette date, on considrait que la substance prsentedans les organismes prsentait des particularits propres auvivant (thorie du vitalisme ou des humeurs hrite desGrecs anciens Aristote, Gallien ou Hippocrate).

Un autre Allemand, Justus von Liebig sera le promoteurd'une nouvelle science, la biochimie, qui sera un domained'illustration pour plusieurs de ses compatriotes jusqu' laseconde guerre mondiale. Parmi les plus clbres onretiendra Hermann Emil Fischer (la clbre projection deFischer des glucides), Eduard Buchner (biochimie de lafermentation) et Richard Willsttter (mcanisme desractions enzymatiques).

Ds lors l'exploration de la cellule connat un nouvel essormais on s'intressera plus particulirement sesconstituants chimiques et la faon dont ils ragissent entreeux afin de raliser un mtabolisme au niveau cellulaire.Aprs les travaux de Louis Pasteur, la recherche va se porterdans les substances intervenant dans les fermentations et lesdigestions (les ferments solubles). Antoine Bchamp lesnommera en 1864 "zymases" mais on prfrera utiliser lenom d'enzymes introduit ds 1878 par Wilhelm Khne.

Les autres composants attirant l'attention sont des molcules"albuminodes" nommes protines depuis 1838. Celles-cisont considres comme des agrgats de petites molcules l'origine de l'tat collodal du hyaloplasme de la cellule.Selon Friedrich Engels elles sont la manifestation mme dela vie (Dialectique de la nature, 1835); cela suscite ds lorsune attitude vitaliste qui en France sera dfendue par mileDuclaux. Cependant, ds 1920, une autre interprtations'impose avec la mise en vidence de la nature molculairedes protines par Hermann Staudinger. Ce nouveau statutest accompagn de caractristiques structurales quiconduisent de nouvelles interprtations fonctionnelles,certaines protines pouvant tre des enzymes, comme VictorHenri l'avait pressenti ds 1903.

Otto Warburg met en place la chimie cellulaire et met lemicrorespiromtre la disposition des chercheurs. Cet

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appareil va aider le Hongrois Albert Szent-Gyrgyi puis l'Allemand Hans Adolf Krebs lucider le mcanisme de la respiration cellulaire. Il est dmontr alors que le gazcarbonique produit cette occasion est le rsultat d'une srie de ractions biochimiqueseffectues l'aide d'enzymes spcifiques, le Cycle de Krebs. On tablit aussi que toutes lescellules tirent leur nergie d'une mme molcule, l'adnosine triphosphate ou ATP,dcouverte en 1929 par Karl Lohmann.Au dbut des annes 1940, Albert Claude montre que la synthse de l'ATP se droule auniveau de la membrane interne des mitochondries. Dans le mme temps, le britanniquePeter Mitchell explique le mcanisme de cette raction, qui s'accompagne de formationd'eau.L'tude des thylakodes dans les chloroplastes des vgtaux chlorophylliens permet decomprendre progressivement le mcanisme de la photosynthse. En 1932, Robert Emersonreconnat une phase lumineuse et une phase obscure et en 1937 Archibald Vivian Hilldmontre que la production d'oxygne caractristique de la photosynthse rsulte de laphotolyse (dcomposition chimique par la lumire) de l'eau. Enfin partir de 1947, MelvinCalvin dcrit la fabrication des substances carbones partir du dioxyde de carboneabsorb, c'est le Cycle de Calvin.En 1951, Erwin Chargaff montre que la molcule d'ADN, connue depuis 1869, estessentiellement prsente au niveau des chromosomes. On remarque aussi qu'il y a autantd'adnine que de thymine, de guanine que de cytosine. Le jeune James Dewey Watson etFrancis Harry Compton Crick vont publier la structure en double hlice de l'ADN dans larevue Nature le 25 avril 1953. Ils se basent sur les images en diffraction des rayons Xobtenues par Maurice Wilkins et Rosalind Elsie Franklin.Toutes ces dcouvertes sont le prlude une meilleure comprhension molculaire de lavie et de nombreuses autres avances mdicales et biologiques.

Apparition des techniques de biochimieC'est en 1929 que Theodor Svedberg l'ide de soumettre le matriel cellulaire unecentrifugation pousse (ultracentrifugation) afin d'isoler les diffrents constituants descellules. En 1906, le botaniste Mikhal Tswett met au point la chromatographie, techniquepermettant de sparer les biomolcules. La technique d'lectrophorse a t dveloppe en1930 par Arne Wilhelm Tiselius, elle permet la sparation des biomolcules charges sousl'effet d'un champ lectrique. Le biochimiste britannique Frederick Sanger dveloppa en1955 une nouvelle mthode pour analyser la structure molculaire des protines (squenced'acides amins) et montra qu'une molcule d'insuline contenait deux chanes peptidiques,relies ensemble par deux ponts disulfure.

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Colonnes de chromatographie (1950) lectrophorse sur gel (2004)

Biomolcules

L'eau

L'eau est l'lment primordial de lavie.

L'eau est le constituant principal des tres vivants.Chez l'tre humain cette molcule reprsente de 55 75% de la masse corporelle (mais varie selon lacroissance et l'environnement). Certaines descaractristiques de l'eau font d'elle une molculeremarquable, aux particularits qui ont permis la viesur Terre de se dvelopper. Ces caractristiques sontsurtout lies sa nature dipolaire.

L'eau a une force de cohsion leve grce auxliaisons hydrogne, ce qui rend cette matire difficile vaporer (temprature d'bullition particulirementleve pour une molcule de cette masse molaire). Cela permet une importante phaseliquide d'exister aux tempratures connues sur Terre, phase liquide indispensable la vietelle que nous la connaissons.

De mme, ses proprits de solvant "doux" permettent un trs grand nombre deractions biochimiques de se produire. L'eau est particulirement un excellent solvantpour les soluts polaires ou ioniques. L'eau est en effet capable d'entourer et de sparerles particules charges en formant des sphres de solvatation.

L'eau peut former des liaisons hydrogne avec certains atomes composant lesbiomolcules (la liaison hydrogne avec l'acide carboxylique des lipides explique la ttehydrophile des lipides, les liaisons hydrogne ont une influence sur la structure spatialedes protines).

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L'eau se dissocie naturellement en ion oxonium (ou hydronium) H3O+ et ion hydroxyde

OH-.

Le pH de l'eau varie donc en fonction du rapport entre ces deux ions, cette propritinfluant fortement sur des molcules telles que les enzymes. Certaines enzymes digestivesagissent dans l'estomac (au pH acide proche de 2) et sont inactives dans l'intestin (au pHbasique proche de 8) [exemple : le Coca a un pH de 4 et le citron de 3]. L'eau est implique dans la plupart des ractions biochimiques, car c'est le solvant

principal et essentiel pour que ces ractions aient lieu. Enfin elle est fortement utilise en biochimie pour faire des dilutions et obtenir des

solutions avec certaines particularits (solutions tampon).On peut aussi signaler l'importance de l'eau pour la vie dans son aspect gnral : Le fait que la densit de l'eau soit plus grande l'tat liquide que solide, proprit

commune avec le bismuth, a une consquence remarquable : la glace flotte sur l'eau ! Enrgle gnrale, la densit l'tat liquide est plus faible qu' l'tat solide pour les autrescorps).De surcrot, le fait que la densit de l'eau soit maximale 4C fait que la temprature aufond d'un lac ne peut pas descendre en-dessous de 4C (sauf cas extrmes). Cela permet la vie aquatique de survivre aux priodes glaces, car l'eau reste liquide sous sonmanteau de glace isolante.

Par ailleurs, sa tension superficielle particulirement leve permet le phnomne decapillarit, qui permet, entre autres, aux plantes de pousser et de nombreux tresvivants de se dplacer sur la surface de l'eau.

Les glucides (hydrates de carbone)

Cristaux de saccharose ou sucre detable, le plus familier des glucides.

Les glucides ou sucres sont des composspolyfonctionnels qui ont pour formule globale Cn(H2O)n,d'o leur nom d'hydrates de carbone.Les sucres, plus correctement appels oses, jouent unrle majeur dans le mtabolisme nergtique, c'est dire la production d'nergie chimique qui sera utiliseau cours des ractions d'anabolisme. Ils sont galementtrs importants dans d'autres processus mtaboliquestels que la synthse d'acides nucliques, les processusd'hydroxylation et la synthse de crbrosides et deglycoprotines. Les glucides interviennent aussi dans letransfert des cations dans l'intestin et dans des mcanismes de dtoxification tels que laglycuroconjugaison, l'excrtion d'ammoniac et l'puration de l'hydrogne.

Chez les bactries, ils sont une partie importante de la membrane externe appele paroi. Chez certaines bactries, les lipides tant en quantit ngligeable, l'assemblage de ces oses donne le peptidoglycane rsistant l'alcool. Chez d'autres, ils sont conjugus des lipides, formant les lipopolysaccharides, ou LPS. Ils sont responsables des ractions immunitaires d'un organisme lorsque celui-ci est expos une entre bactrienne. Ils jouent aussi un rle important comme dterminant antignique la surface des cellules eucaryotes. Ils dterminent les groupes sanguins et sont une part importante du complexe majeur

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d'histocompatibilit, ou CMH.

Classification des glucides

Par nombre de rsidus Les molcules de glucides simples sont appels oses ou monosaccharides (par exemple

glucose, fructose et galactose). Les glucides composs de deux rsidus sont des diholosides ou disaccharides

(saccharose, lactose). Il existe des enchanements de plus de deux oses. Les oligosaccharides comprennent au plus dix rsidus de monosaccharides et les

polysaccharides, plus de dix. Les polysaccharides sont donc des polymres de plusieursunits osidiques et jouent un rle important dans le stockage de l'nergie (amidon,glycogne) ainsi que dans la structure des tissus vgtaux (cellulose, chitine).

Par groupement chimiqueParmi les glucides on distingue les aldoses et les ctoses : les aldoses sont composs d'une chane d'alcools secondaires ayant une extrmit un

alcool primaire et un aldhyde l'autre extrmit. Ces derniers prsentent unenantiomrie (sries L et D).

Les ctoses possdent une fonction ctone dans leurs chanes, les autres carbones tantporteur d'une fonction alcool primaire ou secondaire selon la position.

Par nombre d'atomes de carboneLes oses sont classs aussi par leur nombre d'atomes de carbone de la manire suivante: C3trioses, C4 ttroses, C5 pentoses, C6 hexoses, C7 heptoses.

Exemples Le glycraldhyde est l'ose le plus simple dans la classe des aldoses, c'est un aldotriose

(C3). De mme pour la dihydroxyactone dans la classe des ctoses (ctotriose). Le riboseest un aldopentose (C5) qui entre dans la composition des acides nucliques.

Le glucose (gluco, du grec glukus, saveur sucre) est un aldohexose de formuleC6H12O6. On le trouve dans les fruits mrs, le nectar des fleurs, la sve, le sang etcertains sirops.

Le fructose (du latin fructus, fruit) appel aussi lvulose, est un ctohexose. On lerencontre dans les fruits, le miel, dans certaines boissons sucres et dans les scrtionssminales.

Le saccharose (du grec sakkharon, sucre) de formule C12H22O11 est un disaccharide quidonne par hydrolyse du glucose et du fructose. Il se trouve dans la plupart des vgtauxet en particulier dans la betterave sucrire, la canne sucre.

Le maltose est un disaccharide qui donne par hydrolyse deux molcules de glucose. Le lactose est un disaccharide qui donne par hydrolyse un glucose et un -galactose. Le

lactose est retrouv notamment dans le lait et les produits laitiers.Formules cycliques du glucose, fructose et saccharose

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GlucoseFructose

Saccharose

Lipides

Beurre

Dfinition

Les lipides, du grec lipos ( graisse ), constituentune classe assez htrogne de molcules. Sontregroupes sous cette dnomination les molculesayant un caractre hydrophobe marqu, c'est diretrs peu solubles dans l'eau mais solubles dans laplupart des solvants organiques, comme le chloroforme,par exemple. Nous trouvons aussi des lipides dans lacire de bougie, les graisses animales, l'huile d'olive etpratiquement tous les corps gras. La biochimie acomplt cette dfinition en montrant que les lipides possdaient des voies de synthsecommunes. Cependant, il n'existe pas encore de dfinition unique d'un lipide reconnue parl'ensemble de la communaut scientifique. Ceci tient probablement au fait que les lipidesforment un ensemble de molcules aux structures et aux fonctions extrmement variesdans le monde du vivant[1] .

D'un point de vue mtabolique, les lipides constituent des rserves nergtiques. Lessucres sont par exemple transforms en lipides et stocks dans les cellules adipeuses encas de consommation suprieure l'utilisation.Les lipides, en particulier les phospholipides, constituent l'lment majeur des membranescellulaires. Ils dfinissent une sparation entre le milieu intracellulaire et le milieuextracellulaire. Leur caractre hydrophobe rend impossible le passage de molculespolaires ou charges, comme l'eau et les ions, car ils forment des groupements trscompacts issus de liaisons covalentes faibles appeles interaction hydrophobe. Seules voiesde passage possible : les protines membranaires o, par exemple, les ions entrent etsortent de la cellule par le biais de canaux ioniques.Plusieurs hormones sont des lipides, en gnral drives du cholestrol (progestrone,testostrone, etc.), ce qui permet d'agir comme filtre aux entres des cellules. Lesvitamines liposolubles peuvent aussi tre classes parmi les lipides.Contrairement aux acides nucliques ou aux protines, les lipides ne sont pas desmacromolcules constitues d'une succession d'units de base.

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Structure et classificationLes lipides peuvent tre classs selon la structure de leur squelette carbon (atomes decarbone chans, cycliques, prsence d'insaturations, etc.)[2] : les acides gras : il s'agit d'acides carboxyliques longue chane carbone pouvant tre

sature, insature, ramifie, etc. Des exemples bien connus sont les omga-3 et -6, maisaussi les prostaglandines.

les acylglycrols et phosphoacylglycrols : ces lipides sont forms par estrificationd'un glycrol et d'un trois acides gras (ou mono-, di- et triglycrides). Dans le cas desphosphoacylglycrols, l'estrification se fait avec glycrol, un ou deux acides gras et unphosphate[3] . Le groupe phosphate peut son tour subir une estrification par diffrentscomposs hydroxyls comme la choline ou la srine. On obtient alors de laphosphatidylcholine et de la phosphatidylsrine, respectivement. Il est noterqu'acylglycrols et phosphoacylglycrols sont galement connus sous les noms deglycrides et phosphoglycrides.

les sphingolipides : ces lipides rsultent de l'estrification puis de l'amidification de lasrine par deux acides gras. Une sous-classe bien connue de sphingolipides est celle descramides.

les strols : les strols sont des lipides possdant une chane carbone plusieurs foiscyclise. Ils ne sont donc pas linaires comme les acides gras. Des exemples bien connusde strols sont le cholestrol, la vitamine D et les hormones strodiennes (testostrone,strognes, cortisone).

les prnols : il s'agit de lipides drivant de l'isoprne, comme par exemple les vitaminesE et K ou le -carotne.

les polyktides : ils forment une gamme trs vaste de composs naturels dont sontdrivs de nombreux antibiotiques comme les macrolides.

les saccharolipides : ils rsultent de l'estrification et/ou de l'amidification de sucres etd'acides gras. L'exemple le plus connu de saccharolipide est sans doute lelipopolysaccharide.

Pour des raisons pratiques et historiques, acylglycrol et phosphoacylglycrol sont souventconsidrs comme deux catgories diffrentes, de mme que phosphoacylglycrol etphosphosphingolipide peuvent tre regroups sous l'appellation de phospholipides[4] .

Quelques exemples de lipides

acide gras insatur

tri-acylglycrolphosphoacylglycrol

cramide

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cholestrol

-carotne

macrolide

saccharolipide prcurseurdu lipopolysaccharide

Protines (protides)

La myoglobine, protine respiratoiredes muscles.

Les protines (du grec prtos, premier) sont despolymres composs d'une combinaison de quelques 20acides amins. La plupart des protines sont formesde l'union de plus de 100 acides amins (rsidus) relisentre eux par des liaisons peptidiques. Pour un nombremoins important de rsidus on parle de peptides (< 50rsidus) et de polypeptides ( 50 rsidus).

Acides amins

Les acides amins ( amin du grec ammniakos,ammoniac) sont des composs organiques azots quipossdent une formule gnrale du type :

L'atome de carbone central C (carbone alpha) est reli un groupement amine (NH2 -), un groupement carboxyl acide (- COOH) et un radical R variable d'un acide amin un autre. Les radicaux (R) peuvent avoir des proprits diffrentes, certains sont hydrophiles, d'autres hydrophobes. Certains, en solution aqueuse, s'ionisent positivement (basiques) et d'autres ngativement (acides) ou restent neutres. Les mammifres possdent les enzymes ncessaires pour la synthse de l'alanine, l'asparagine, l'aspartate, la cystine, le glutamate, la glutamine, la glycine, la proline, la srine, et la tyrosine. Quant l'arginine et l'histidine, ils sont produits mais en quantit insuffisante surtout pour les jeunes individus. En revanche, l'isoleucine, la leucine, la lysine, la mthionine, la phnylalanine, la thronine, le tryptophane, et la valine ne peuvent pas tre fabriqus par notre organisme. Au risque de dficit, ils doivent tre apports rgulirement par l'alimentation dans les bonnes

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proportions : ce sont les acides amins essentiels.

Structure des protinesLes acides amins peuvent se lier les uns aux autres par une liaison peptidique au cours dela synthse protique dans les ribosomes. La liaison peptidique se fait entre le groupementacide (COOH) d'un acide amin et le groupement amine (NH2) de l'autre :

la raction produit un di-peptide :

Dans la cellule, cette raction est catalyse par la peptidyltransfrase, elle ncessitel'hydrolyse d'ATP (source d'nergie) et la prsence d'ions magnsium. Pour chaque liaisonforme, une molcule d'eau est forme.La squence des acides amins d'une protine (l'arrangement et l'ordre des rsidus)constitue la structure primaire. Par exemple, pour construire un peptide de 10 rsidus l'aide de la collection de 20 acides amins on dispose de 2012possibilits (soit 1 suivi de 13zros !). En solution aqueuse, comme on a dit, les radicaux possdent des propritschimiques diffrentes. Certains radicaux peuvent former des liaisons chimiques plus oumoins fortes avec d'autres radicaux de la mme chane peptidique. Certains se repoussentet d'autres se rapprochent et forment des liens chimiques. La chane d'acides amins auradonc tendance se replier sur elle-mme pour adopter une structure tridimensionnelleprcise. Et cette structure tridimensionnelle dpend avant tout de la squence des acidesamins formant la chane. En effet, 4 grands types d'interactions interviennent dans lerepliement de la chane peptidique : L'effet hydrophile / hydrophobe, Les forces de Van der Waals, Les liaisons ioniques, Les liaisons hydrogne,Ces 4 premiers types d'intractions sont considrs comme tant faibles (forts lorsquenombreux cependant) Les ponts disulfure (liaison covalente entre les atomes de soufre qui relient deux

cystines loignes l'une de l'autre sur la chane). Cela constitue une interaction forte.Ainsi certaines parties de la chane peptidique adoptent une structure rgulire appelestructure secondaire. On en reconnat, selon les angles de torsion des liaisons, 3 grandstypes : L'hlice : la chane peptidique prend la forme d'une spirale. Les diffrentes spires sont

stabilises par des liaisons hydrogne tous les 4 rsidus (liaisons hydognes dites"intracatnaires").

Le feuillet : il se forme des liaisons hydrogne entre certains segments (brins ) de lachane peptidique disposs paralllement les uns par rapport aux autres (les liaisonshydrognes sont dites "intercatnaires"). L'ensemble forme comme un feuillet pliss.

Le coude ou turn : c'est une structure moins ordonne qui forme gnralement unlien court entre des structures ordonnes (hlice-hlice, feuillet-feuillet oufeuillet-hlice). Une boucle est un lien plus long.

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La forme finale de la chane peptidique, cest--dire la structure tridimensionnellequ'adopte la chane d'acides amins, constitue la structure tertiaire de la protine (Voir lafigure de la myoglobine en 3D).Certaines protines, plus complexes, rsultent de l'assemblage des diffrentes chanes(monomres) ce qui constitue la structure quaternaire de la protine. Par exemple,l'hmoglobine est forme de l'association de 4 chanes peptidiques.La structure de la protine peut tre dnature par plusieurs facteurs notamment: latemprature, les pH extrmes et l'augmentation de la force ionique dans le milieu ou pardes agents chimiques dnaturants (2-mercaptothanol). La dnaturation de la structure 3Dd'une protine s'ensuit gnralement par la perte de sa fonction. On parle de relationstructure-fonction.

FonctionsLes protines assurent plusieurs fonctions au sein des cellules et de l'organisme, qui sont l'essence mme de la vie. En voici une liste non exhaustive avec quelques exemples : Structure et soutien : tubuline, lastine, collagne, kratine. Catalyse des ractions biologiques : enzymes. Transport et stockage : hmoglobine, ferritine. Signalisation et rgulation : hormones peptidiques, cytokines. Rception et transduction des signaux : rcepteurs biologiques. Mouvement et motricit : systme actine / myosine. Identit et dfense contre les agressions biologiques : anticorps. Protection contre le stress environnemental : les chaperonnes. Dtoxification : cytochrome P450, peroxydases, superoxyde dismutase.

Exemples de quelques protines

Immunoglobuline G(anticorps).

Insuline (hormone). Hmoglobine (protinerespiratoire).

Triosephosphateisomrase (Enzyme).

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Rhodopsine (rcepteur).

G actine, monomrique.

F actine, polymre(protine de soutien/

protine motrice).

Collagne(protine

de soutien).

ProtomePour un total denviron 20000 25 000 gnes (gnome)[5] , on estime un million lenombre de protines diffrentes qui peuvent tre produites dans les cellules humaines(protome). Le nombre de protines produites par le cerveau humain, dont le rle estessentiel pour son fonctionnement, est estim environ 12000.

Acides nucliques

Modle atomique d'une molculed'ADN bicatnaire, forme par deuxchanes de nuclotides enroules en

hlice.

Les acides nucliques ont t isols initialement desnoyaux des cellules eucaryotes (du latin nucleus,noyau). Ce sont des macromolcules comportant dessous-units appeles nuclotides. On peut en distinguerdeux grands types : les acides dsoxyribonucliques(ADN) et les acides ribonucliques (ARN). L'ADN est lesupport universel de l'information gntique (sauf pourcertains virus). Grce deux fonctions catalytiquescette molcule assure la transmission et l'expression del'information qu'elle contient :

La fonction autocatalytique : permet l'autoduplicationde l'ADN et assure la transmission de l'informationd'une gnration une autre.

La fonction htrocatalytique : gouverne la synthseprotique. tant donn que les enzymes sont desprotines et que toutes les synthses et ractions

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dpendent d'elles, l'ADN contrle toute l'organisation et les processus biologiques descellules et des organismes. Ainsi, l'ADN exprime l'information qu'il comprend.

StructureLe nuclotide, unit de base des acides nucliques, comporte trois composants: de l'acidephosphorique, un pentose et une base azote : L'acide phosphorique (H3PO4) possde 3 fonctions acides. Deux de ces fonctions sont

estrifies par deux fonctions alcools portes par les carbones 3' et 5' du pentose. Latroisime fonction acide est libre. (On numrote les carbones avec des chiffresaccompagns de lindication (') pour viter des confusions avec les numrotations desbases).

Le pentose (sucre en C5) : c'est le ribose, prsent sous deux formes, le 2'-dsoxyribose etle 2'-oxyribose, respectivement dans l'ADN et l'ARN. La liaison pentose-base est uneliaison glycosidique. Elle se forme par limination d'une molcule d'eau entre la base etl'OH semi-actalique situ sur le carbone 1' de l'ose. L'association pentose-base estappele nucloside.

Les bases azotes sont classes en bases pyrimidiques et en bases puriques. Lesprincipales bases pyrimidiques sont : l'uracile (U), la cytosine (C) et la thymine (T). Lesprincipales bases puriques sont : l'adnine (A) et la guanine (G). Les bases puriques etpyrimidiques prsentent des formes chimiques interconvertibles que l'on appelle desformes tautomres.

Appariement des bases dans l'ADNdouble brin

Dans l'ADN bicatnaire les bases azotes des deuxbrins s'apparient suivant la rgle de complmentarit :A appari avec T, C appari avec G. Cet appariementest maintenu grce des liaisons hydrogne et peutdonc tre affect par la chaleur (dnaturationthermique). Par convention, la squence d'un acidenuclique est oriente dans le sens de lextrmit 5'(comportant un groupement phosphate) verslextrmit 3' qui possde un OH libre. Ainsi, dansl'ADN bicatnaire (double brin), les deux brins sontdisposs dans deux directions opposes. Les extrmits5' et 3' de l'un des brins correspondent aux extrmits 3' et 5' du brin parallle oppos(anti-parallles). Dans lespace les deux chanes prsentent une configuration hlicodale.Elles senroulent autour dun axe imaginaire pour constituer une double hlice rotationdroite (dans les formes A et B de lADN) ou plus exceptionnellement rotation gauche(dans la forme Z de lADN).

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Information gntiqueClassiquement, on considre que le gne est une rgion d'un brin d'ADN dont la squencecode l'information ncessaire la synthse d'une protine. Trois types d'ADN diffrentsconstituent le gnome (l'ensemble des gnes d'un individu ou d'une espce) : L'ADN domestique : reprsentant environ 75 % du gnome, est form de gnes

prsents en un seul exemplaire ou en un nombre limit de copies. Toutefois, parextension, ce type d'ADN englobe galement certains gnes spcifiques dits multicopies, comme ceux des ARN ribosomaux ou bien ceux codant les histones. Cesderniers existent sous forme de larges amas de copies (50-10 000 copies) localiss sur unou plusieurs chromosomes.

L'ADN rptitif et dispers (minisatellites et microsatellites) : constitue 15 % dugnome et est caractris par de courtes squences nuclotidiques (suprieures 100pour les minis), rptes en tandem un trs grand nombre de fois (105 - 106 fois), en denombreuses rgions du gnome.

L'ADN satellite : (environ 10 % du gnome) est constitu de squences hautementrptitives, essentiellement localises dans les rgions des centromres et des tlomres.

Le gnome humain comprend environ 3 milliards de paires de nuclotides reprsentantprs de 30 000 gnes (en fait, dans les estimations rcentes, c'est entre 20 000 et 25 000gnes). Toutefois, il ne semble pas y avoir de relation systmatique entre le nombre depaires de nuclotides par gnome et le degr de complexit d'un organisme. Ainsi,certaines plantes et organismes amphibiens possdent un gnome comptant plus de 100milliards de paires de nuclotides, soit 30 fois plus qu'un gnome humain. En effet, legnome des cellules eucaryotes semble contenir un large excs d'ADN. Chez lesmammifres, moins de 10 % du gnome serait utile l'expression en protines ou largulation de cette expression.

La squence complte du gne humain HSMG03 codant l'exon 3 de la myoglobine (taille:1,2 kb), 3 milliards de ces 4 lettres forment le gnome de l'espce humaine (Homo sapiens).

Origine

1 GGTCCTGGAA TAAAGAGAAG GTAGGAGGAC AACTGACTCC CATCTGGCCC

CTGGCTTGTC

61 CCACCCTGGT GACCATTTTC TCTCCTCACC CTCCCTGCAG TTCATCTCGG

AATGCATCAT

121 CCAGGTTCTG CAGAGCAAGC ATCCCGGGGA CTTTGGTGCT GATGCCCAGG

GGGCCATGAA

181 CAAGGCCCTG GAGCTGTTCC GGAAGGACAT GGCCTCCAAC TACAAGGAGC

TGGGCTTCCA

241 GGGCTAGGCC CCTGCCGCTC CCACCCCCAC CCATCTGGGC CCCGGGTTCA

AGAGAGAGCG

301 GGGTCTGATC TCGTGTAGCC ATATAGAGTT TGCTTCTGAG TGTCTGCTTT

GTTTAGTAGA

361 GGTGGGCAGG AGGAGCTGAG GGGCTGGGGC TGGGGTGTTG AAGTTGGCTT

TGCATGCCCA

421 GCGATGCGCC TCCCTGTGGG ATGTCATCAC CCTGGGAACC GGGAGTGCCC

TTGGCTCACT

481 GTGTTCTGCA TGGTTTGGAT CTGAATTAAT TGTCCTTTCT TCTAAATCCC

AACCGAACTT

Biochimie 15

541 CTTCCAACCT CCAAACTGGC TGTAACCCCA AATCCAAGCC ATTAACTACA

CCTGACAGTA

601 GCAATTGTCT GATTAATCAC TGGCCCCTTG AAGACAGCAG AATGTCCCTT

TGCAATGAGG

661 AGGAGATCTG GGCTGGGCGG GCCAGCTGGG GAAGCATTTG ACTATCTGGA

ACTTGTGTGT

721 GCCTCCTCAG GTATGGCAGT GACTCACCTG GTTTTAATAA AACAACCTGC

AACATCTCAG

781 TTTCTGCCTG GCATTTTTCA TCTCCTAGAG TAAATGATGC CCCCACCAGC

ACCAGCATCA

841 AGGAAGAAAT GGGAGGAAGG CAGACCCTGG GCTTGTGTGT GCAGAGAGCC

TCAGGAAAGA

901 GGAGAAGGGG AGGAGGAAAG GCAGGAGGGT GAGAGGGACA GGAGCCCACC

CTCCCTGGGC

961 CACCGCTCAG AGGCAGGCCC AGTGCAGGGC ATGGGGAAAT GGAAGGGACA

GGCTTGGCCC

1021 CAGCCTTGGG AGCACCTTCT CTTCGGGGGA GGTGGGAGGC AGCGAACAGA

CCTCTGCAAT

1081 ACGAGGAGAG AGTGACAGGT GCGCCAGGCT GTGGGAACCC AGAGGAGAGG

GGAAGCCATC

1141 ATCATCATGG CTGCAATACC TTCAGTAACG TGGGAAGGTC ACCCTGCTAG

TAAGTGGCAG

1201 AGCTGGGACT CAAACTATGG CCTGGA

(d'aprs Weller et al., 1984. EMBO J. 3(2); 439-446)La taille des gnes peut varier de quelques centaines plusieurs dizaines de milliers denuclotides. Cependant mme les plus longs gnes n'utilisent qu'une faible portion de leursquence pour coder l'information ncessaire l'expression en protines. Ces rgionscodantes sont appeles exons et les squences non codantes introns. D'une maniregnrale, plus l'organisme est complexe, plus la quantit et la taille des introns estimportante. Ainsi la prsence d'introns sur l'ADN d'organismes procaryotes estextrmement rare. Certaines rgions de l'ADN sont impliques dans la rgulation del'expression des gnes. Ces squences de rgulation sont gnralement localises en amont(du ct 5') ou en aval (ct 3') d'un gne et plus rarement l'intrieur d'introns oud'exons.

Vitamines

Cristaux de vitamine C.

Les vitamines (du latin vita, vie) sont des compossorganiques essentiels la vie, agissant de trs faiblesquantits, pour le dveloppement, l'entretien et lefonctionnement de l'organisme. Nos cellules sontincapables de les synthtiser et elles doivent treapportes par l'alimentation sous peine d'avitaminoseou de survitaminose. La vitamine B1 (thiamine) est lapremire vitamine avoir t dcouverte par le

Biochimie 16

japonais Suzuki Umetaro cherchant soigner le bribri (une maladie due au dficit envitamine B1, caractrise par des atteintes musculaires et neurologiques). Elle fut isolepar Kazimierz Funk (biochimiste amricain d'origine polonaise) en 1912. Aujourd'hui, onconnat 13 vitamines diffrentes pour l'homme. C'est un ensemble htrogne du point devue chimique et physiologique (mode d'action).Les vitamines se divisent en deux grandes catgories : les vitamines hydrosolubles (groupesB et C) et les vitamines liposolubles (les groupes A, D, E, et K). Les vitamines hydrosolublesne peuvent pas franchir la membrane cellulaire et elle doivent se fixer un rcepteur pourpntrer la cellule. Elles sont facilement limines par les reins et la sueur, l'alimentationdoit les fournir quotidiennement. Les vitamines liposolubles peuvent facilement traverser lamembrane cellulaire. Leur rcepteur se trouve dans la cellule, soit dans le cytosol, soit dansle noyau. Elles sont stockes dans le tissu adipeux et le foie (d'o le risque de surdosage,surtout pour la vitamine A et D). Certaines vitamines sont des cofacteurs ncessaires l'activit d'enzymes (vitamines du groupe B), d'autres constituent une rserve de pouvoirrducteur (vitamine C, E). Les fonctions des autres vitamines restent lucider.

Sous-disciplines de la biochimie Biochimie structurale Biochimie mtabolique Biochimie gntique Biochimie fonctionnelle Biochimie mdicale et clinique

Biochimie, une science multidisciplinaire

Un laboratoire l'institut de biochimiede Cologne.

Pour mener bien leurs tudes, les biochimistes fontappel des techniques et des connaissances issues denombreuses disciplines scientifiques autres que labiologie, par exemple :

Disciplines Quelques applications

Chimie analytique Elle utilise notamment les mthodes : spectroscopiques (pour le dosage et tude des ractions chimiques), gravimtriques (sparation par centrifugation), radiochimiques (prparation des radioligands), chromatographiques (purification et dosage des molcules). d'lectrophorse (lectrophorse des protines).

Chimio-synthse La synthse artificielle de peptides. Les racteurs enzymatiques (synthse de mtabolites grande chelle).

Biochimie 17

Cintique chimique L'tude des ractions biochimiques (mtabolisme). Les proprits catalytiques des enzymes (enzymologie).

Thermochimie L'tude de l'volution des ractions chimiques et des variations de l'nergieemmagasine dans les biomolcules au cours de ces ractions (bionergtique).

L'tude de l'interaction ligand / rcepteur. L'tude des mcanismes d'changes cellulaires (diffusion, osmose).

Physique La dtermination de structure des macromolcules : La microscopie lectronique. La cristallographie. La diffraction des rayons X. La rsonance magntique nuclaire (RMN).

Informatique Applique la biologie (galement appele la bio-informatique), pour l'analyse desquences nuclotidiques ou d'acides amins : La recherche de squences dans les banques de donnes gnomiques. Les alignements et comparaison de squences, la phylognie molculaire. La modlisation 3D des protines.

Voir aussi

Liens internes Biophysique Biochimie clinique

Bibliographie Philippe de la Cotardire, Histoire des sciences de l'antiquit nos jours, Tallandier,

2004 (ISBN 2847340521) Lubert Stryer, Jeremy Mark Berg, John L. Tymoczko (trad. Serge Weinman), Biochimie,

Flammarion, Mdecine-Sciences , Paris, 2003, 5e d. (ISBN 2-257-17116-0).

Domaines gnraux de la biologie

Anatomie | Biochimie | Bio-informatique | Biologie cellulaire | Biologie de l'volution | Biologie humaine | Biologiemarine | Biologie molculaire | Botanique | cologie | Exobiologie | Gntique | Gobiologie | Microbiologie |

Origines de la vie | Palontologie | Parasitologie | Physiologie | Taxinomie | Zoologie

Rfrences[1] Le site LIPD MAPS (http:/ / www. lipidmaps. org/ ), un site de ressource sur les lipides, comptait 8259 entres

le 16 aot 2006[2] (en) Fahy E., Subramaniam S., Brown H.A., Glass C.K., Merrill A.H. Jr., Murphy R.C., Raetz C.R., Russell

D.W., Seyama Y., Shaw W., Shimizu T., Spener F., van Meer G., van Nieuwenhze M.S., White S.H., Witztum J.L.,Dennis E.A. (2005) A comprehensive classification system for lipids, J Lipid Res., vol. 46(5):839-861

[3] cette molcule est appele acide phosphatidique[4] Consulter l'entre de l'IUPAC sur la nomenclature des lipides (http:/ / www. chem. qmul. ac. uk/ iupac/ lipid/ )[5] Finishing the euchromatic sequence of the human genome, International Human Genome Consortium (2004)

Nature 431: 931-945

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Sources et contributeurs de l'articleBiochimie Source: http://fr.wikipedia.org/w/index.php?oldid=42782404 Contributeurs: Alcor33, Almooxo, Amanka, Arielline, Arnaudus, Badmood,Bbullot, Benjamin33320, Bionet, Breizhboy35, Buzz, Cdang, Chandres, Chmlal, Christian.doris, Clemux, Cnickelfr, CommonsDelinker, Coyau,Crea.scienceculture, Darkdadaah, Darkoneko, David Berardan, Deep silence, Drtissot, EDUCA33E, Elapied, Epop, Erasmus, Fdardel, Federix, Fluti,Foobar, GaMip, Gagea, Gribeco, Grimlock, Grook Da Oger, Hinginn, IAlex, JLM, Jajaloic, JohnyMan, Kilom691, Kropotkine 113, LD93, Lincher, Litlok,Medium69, Mikay, Misanthrope, Moez, Montangero, Mutatis mutandis, Nguyenld, NicoRay, NicoV, Nicobzz, Nono64, Ofix, Orthank, Orthogaffe,Peter17, Phe, Phi-Gastrein, Piglop, Pixeltoo, Pld, Pupinou, PyroKristal, Randall Flagg, Raziel, Remike, Romanc19s, Rominandreu, Rubisco, Rune Obash,Rmih, Sanao, SatalIakama, Seb35, Sensonet, SotolIokomo, Spooky, Stanlekub, TED, Tarquin, Tooony, Wagaf-d, Webkid, Xic667, Yann, Yohan,Yokadaishi, 66 modifications anonymes

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