biochimie 2.pdf

# Filiation et structure des oses Cette section explore les transformations chimiques des oses permettant d'allonger ou de raccourcir leur chaîne carbonée, leur représentation cyclique et en projection de Haworth, ainsi que leur nomenclature et leurs conformations spatiales. ### 1.1 Filiation des aldoses : allongement et raccourcissement La filiation des aldoses décrit les réactions chimiques qui établissent une relation entre les oses en fonction de leur nombre d'atomes de carbone. Elle permet d'allonger une chaîne carbonée (passer d'un aldose à $n$ carbones à un aldose à $n+1$ carbones) ou de la raccourcir (passer d'un aldose à $n$ carbones à un aldose à $n-1$ carbones) [1](#page=1). #### 1.1.1 Synthèse de Kiliani-Fischer : allongement de la chaîne carbonée La synthèse de Kiliani-Fischer permet d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un atome de carbone [1](#page=1). Le mécanisme se déroule en trois étapes : 1. **Ajout de HCN:** L'acide cyanhydrique (HCN) s'additionne sur le groupe aldéhyde (−CHO) du carbone 1, formant un cyanohydrine. Le carbone 1 devient ainsi un centre asymétrique, portant un groupe hydroxyle (−OH), un groupe cyano (−CN), un atome d'hydrogène (−H) et le reste de la chaîne carbonée [1](#page=1). > **Example:** Pour le D-érythrose (4 carbones), l'ajout de HCN conduit à deux diastéréoisomères (épimères) en C2, car le groupe −H peut s'ajouter de deux manières différentes [1](#page=1). 2. **Hydrolyse du groupe cyano:** Le groupe cyano (−CN) est hydrolysé en présence d'eau et d'acide pour former un groupe acide carboxylique (−COOH). On obtient alors un acide aldonic [1](#page=1). 3. **Réduction du groupe carboxyle:** Une réduction douce transforme le groupe acide carboxylique (−COOH) en groupe aldéhyde (−CHO). Le sucre résultant est un nouvel aldose avec un carbone de plus que le sucre de départ [1](#page=1). > **Tip:** Cette réaction conduit systématiquement à deux sucres différents car le carbone nouvellement formé (ancien carbonyle) devient un centre chiral, conduisant à une paire d'épimères [1](#page=1). Ce mécanisme est également applicable aux cétoses [1](#page=1). #### 1.1.2 Raccourcissement de la chaîne carbonée Bien que non détaillée dans les pages fournies, le document mentionne la possibilité de raccourcir une chaîne carbonée d'oses [1](#page=1). ### 1.2 Nombre d'isomères des oses Le nombre d'isomères d'un ose dépend du nombre d'atomes de carbone ($n$) et du type d'ose : * **Aldoses:** Le nombre d'isomères est de $2^{n-2}$. Par exemple, le glucose ($n=6$) a $2^{6-2} = 2^4 = 16$ isomères (8 formes D et 8 formes L) [2](#page=2). * **Cétoses:** Le nombre d'isomères est de $2^{n-3}$. Par exemple, le fructose ($n=6$) a $2^{6-3} = 2^3 = 8$ isomères (4 formes D et 4 formes L) [2](#page=2). ### 1.3 Structure cyclique des oses En solution aqueuse ou dans les milieux biologiques, les oses comportant plus de quatre atomes de carbone existent majoritairement sous forme cyclique. La cyclisation s'opère par la réaction d'un groupe hydroxyle (−OH) avec le groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) de la même molécule, formant un hémiacétal ou un hémicétal [2](#page=2). #### 1.3.1 Mécanisme de cyclisation 1. Le groupe −OH d'un carbone (souvent C5 pour les aldoses ou C4 pour les cétoses) attaque le carbone du groupe carbonyle [2](#page=2). 2. Cette attaque forme une liaison avec l'oxygène du carbonyle, créant un cycle [2](#page=2). 3. Le carbone du carbonyle, initialement porteur d'une double liaison $C=O$, devient un carbone tétraédrique et un nouveau centre chiral. Il est appelé le carbone anomérique. Cette cyclisation est parfois appelée cyclisation de Tollens [2](#page=2). #### 1.3.2 Types de cycles La taille du cycle dépend du groupe −OH qui participe à la réaction : * **Pyranose:** Formé lorsque le groupe −OH du carbone 5 attaque le carbonyle. Le cycle résultant est un hétérocycle à 6 atomes (5 carbones et 1 oxygène). Ex: D-glucopyranose [2](#page=2). * **Furanose:** Formé lorsque le groupe −OH du carbone 4 attaque le carbonyle. Le cycle résultant est un hétérocycle à 5 atomes (4 carbones et 1 oxygène). Ex: D-fructofuranose [2](#page=2). ### 1.4 Projection de Haworth La projection de Haworth est une représentation simplifiée en 3D des cycles des sucres [3](#page=3). #### 1.4.1 Représentation * Le cycle est représenté comme un anneau quasi plat [3](#page=3). * L'oxygène du cycle est généralement placé en haut à droite (ou parfois en haut à gauche) [3](#page=3). * Les atomes de carbone sont numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre, en commençant par le carbone anomérique (C1 pour les aldoses) [3](#page=3). #### 1.4.2 Règles de conversion Fischer-Haworth Pour passer de la projection de Fischer (linéaire) à la projection de Haworth (cyclique) : * Les groupes −OH qui sont à droite dans la projection de Fischer sont positionnés en bas du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). * Les groupes −OH qui sont à gauche dans la projection de Fischer sont positionnés en haut du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). > **Tip:** Cette règle aide à visualiser la position des groupes fonctionnels dans la structure cyclique [3](#page=3). #### 1.4.3 Le carbone anomérique Le carbone 1 (pour les aldoses) devient le carbone anomérique après la cyclisation. Il peut se trouver sous deux formes selon la position de son groupe −OH [3](#page=3): * **Forme $\\alpha$ (alpha):** Le groupe −OH du carbone anomérique est en bas [3](#page=3). * **Forme $\\beta$ (bêta):** Le groupe −OH du carbone anomérique est en haut [3](#page=3). ### 1.5 Conformation spatiale des oses Dans les solutions, les oses adoptent différentes conformations spatiales, notamment les formes "bateau" et "chaise" [3](#page=3). * La **forme chaise** est la plus stable [3](#page=3). * Les oses naturels se présentent préférentiellement sous la **forme chaise**. Ces conformations sont des états d'équilibre [3](#page=3). * * * # Propriétés et réactions chimiques des oses Cette section explore les propriétés physiques et chimiques fondamentales des oses, en détaillant leurs réactions d'oxydation, de réduction, de condensation, et la formation des osides [4](#page=4). ### 2.1 Propriétés physiques des oses Les oses présentent plusieurs propriétés physiques notables : * Ils sont très solubles dans l'eau en raison de la présence de nombreux groupements hydroxyles [4](#page=4). * En solution, les oses possèdent un pouvoir rotatoire spécifique, utile pour leur identification et leur dosage [4](#page=4). * La structure des oses est thermodégradable, conduisant à une caramélisation lors du chauffage [4](#page=4). ### 2.2 Propriétés chimiques des oses Les propriétés chimiques des oses découlent principalement de leur fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) ou de leur groupement hémiacétalique, ainsi que de leurs fonctions alcools [4](#page=4). #### 2.2.1 Réactions dues à la fonction carbonyle (groupement réducteur) Ces réactions incluent l'oxydation, la réduction et la condensation [4](#page=4). ##### 2.2.1.1 Oxydation des oses L'oxydation des oses peut être réalisée chimiquement ou enzymatiquement. ###### 2.2.1.1.1 Oxydation enzymatique L'oxydation enzymatique du glucose par la glucose oxydase (GOD) est une réaction biochimique clé, utilisée notamment dans les tests de glycémie [4](#page=4). * **Principe général**: Une enzyme oxydase utilise le dioxygène (O₂) pour oxyder une molécule. La glucose oxydase (GOD) agit spécifiquement sur le D-glucose [4](#page=4). * **Réaction**: La GOD catalyse la transformation du glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) [4](#page=4). `Glucose + O₂ → [glucose oxydase Acide gluconique + H₂O₂` * **Explication**: Le groupement aldéhyde (–CHO) du C1 du glucose est oxydé en groupement acide carboxylique (–COOH), formant l'acide D-gluconique (C₆H₁₂O₇). Le dioxygène est réduit en peroxyde d'hydrogène [4](#page=4). ###### 2.2.1.1.2 Oxydation chimique douce L'oxydation chimique douce d'un aldose transforme le groupement aldéhyde (–CHO) en acide carboxylique (–COOH) sans affecter les autres fonctions hydroxyles [4](#page=4). * **Réaction générale**: Le groupement aldéhyde du C1 est oxydé en acide carboxylique [4](#page=4). `Aldose → Acide aldonique` * **Exemple**: Le D-glucose est oxydé en acide D-gluconique [4](#page=4). * **Réactifs**: L'acide bromhydrique (Br₂/H₂O) est un réactif couramment utilisé pour cette réaction [5](#page=5). ###### 2.2.1.1.3 Oxydation chimique forte L'oxydation forte des aldoses, réalisée avec des oxydants puissants comme l'acide nitrique (HNO₃), affecte plusieurs carbones de la molécule [5](#page=5). * **Principe général**: Sous l'action d'un oxydant puissant (ex: HNO₃), le carbone C1 (aldéhyde) et le carbone C6 (alcool primaire) sont oxydés en fonctions acide carboxylique (–COOH) [5](#page=5). * **Produit**: La molécule obtenue est un acide aldarique (possédant deux fonctions acide carboxylique) [5](#page=5). * **Réaction générale** : `HOCH₂–(CHOH)₄–CHO + HNO₃ → (chaleur) HOOC–(CHOH)₄–COOH + H₂O` * **Exemple**: Le D-glucose est oxydé en acide D-glucarique (ou acide saccharique) [5](#page=5). * **Oxydation forte des cétoses**: Les cétoses, comme le fructose, réagissent différemment avec l'acide nitrique. La fonction cétone en C2 provoque une coupure de la chaîne carbonée, suivie de l'oxydation des extrémités en acides carboxyliques [6](#page=6). * Exemple: L'oxydation forte du D-fructose par HNO₃ conduit à la formation d'acide glycolique et d'acide tartrique [6](#page=6). ###### 2.2.1.1.4 Oxydation par les sels de métaux lourds (Liqueur de Fehling, Solution de Tollens) Ces réactions sont basées sur un principe d'oxydo-réduction [6](#page=6). * **Principe général**: En milieu basique et chauffé, certains ions métalliques (comme Cu²⁺ ou Ag⁺) sont capables d'oxyder les oses réducteurs. L'ion métallique est alors réduit [6](#page=6). `Ose (réducteur) + Sel métallique (oxydant) → Acide aldarique + Métal réduit` * **Aldoses réducteurs**: Les aldoses possèdent une fonction aldéhyde ou une forme qui peut se régénérer en milieu basique. Ils réduisent donc les ions Cu²⁺ en Cu⁺ (précipité de Cu₂O rouge brique) et Ag⁺ en Ag (dépôt d'argent miroir) [6](#page=6). * **Cétoses réducteurs**: Certains cétoses, comme le fructose, peuvent s'isomériser en aldoses en milieu basique, devenant ainsi indirectement réducteurs [6](#page=6). ##### 2.2.1.2 Réduction des oses La réduction des oses transforme la fonction carbonyle en fonction alcool [7](#page=7). * **Réduction d'un aldéhyde (aldose)**: Le groupement aldéhyde (–CHO) du C1 est réduit en alcool primaire (–CH₂OH) à l'aide d'agents réducteurs comme le borohydrure de sodium (NaBH₄) ou le borohydrure (BH₄⁻) [7](#page=7). `R–CHO → R–CH₂OH` Le produit final est un polyol (alcool primaire) [7](#page=7). * **Réduction d'une cétone (cétose)**: Le groupement cétone (–CO–) est réduit en alcool secondaire (–CHOH–) par des agents réducteurs [7](#page=7). `R₁–CO–R₂ → R₁–CHOH–R₂` Le produit final est un polyol (alcool secondaire) [7](#page=7). ##### 2.2.1.3 Condensation des oses Les réactions de condensation permettent de former des liaisons covalentes entre des groupements –OH, –NH₂ d'un ose et des groupements –OH ou –NH₂ d'une autre molécule. Ces réactions libèrent une molécule d'eau (H₂O). La liaison formée s'appelle liaison glycosidique ou hétérosidique [8](#page=8). * **Condensation avec un autre ose (holoside)**: La condensation entre deux oses forme un disaccharide ou un polysaccharide [8](#page=8). * Exemple: Glucose + Glucose → Maltose (liaison α-1,4-glycosidique) + H₂O [8](#page=8). * Produit: Holoside (entièrement sucré) [8](#page=8). * Lien: O-glycosidique (entre le carbone anomérique et un groupement hydroxyle) [8](#page=8). * **Condensation avec un alcool ou un phénol (O-hétéroside)**: Si le partenaire de condensation n'est pas un sucre, on obtient un O-hétéroside [8](#page=8). * Exemple: Sucre + R–OH → O-hétéroside + H₂O [8](#page=8). * **Condensation avec une amine (N-hétéroside)**: La condensation peut se faire avec un groupement –NH₂ [8](#page=8). * Exemple: Sucre + Amine → N-glycoside. Ces liaisons sont cruciales en biochimie, notamment dans l'ADN et l'ARN (sucre + base azotée) [8](#page=8). #### 2.2.2 Réactions dues aux fonctions alcools Les fonctions alcools des oses peuvent subir l'estérification et la déshydratation [9](#page=9). ##### 2.2.2.1 Estérification L'estérification est la réaction d'un groupement hydroxyle (–OH) avec un acide pour former un ester, avec libération d'eau [9](#page=9). * **Principe général** : `R–OH + H–X → R–O–X + H₂O` * **Application aux oses**: Les groupements hydroxyles des oses peuvent être estérifiés par des acides typiques comme l'acide phosphorique (H₃PO₄), l'acide sulfurique, ou des acides carboxyliques [9](#page=9). * **Exemple**: La formation du glucose 6-phosphate est une estérification du –OH en C6 du glucose avec l'acide phosphorique [9](#page=9). `Glucose + H₃PO₄ → Glucose 6-phosphate + H₂O` * Cette réaction est fondamentale pour la première étape de la glycolyse [9](#page=9). ##### 2.2.2.2 Déshydratation en milieu acide La déshydratation des oses en milieu acide et sous l'effet de la chaleur entraîne une cyclisation et la formation de produits aromatiques [10](#page=10). * **Principe général**: La déshydratation d'un ose sous l'action d'un acide fort et de la chaleur libère de l'eau et forme des composés comme le furfural ou l'hydroxyméthylfurfural (HMF) [10](#page=10). `Ose → (acide fort + chaleur) Furfural / HMF + H₂O` * **Types de produits formés** : * Pentoses (C5) donnent du furfural [10](#page=10). * Hexoses (C6) donnent de l'hydroxyméthylfurfural (HMF) [10](#page=10). * **Exemple**: Le ribose (pentose) chauffé en milieu acide forme du furfural et 3 molécules d'eau. Le glucose (hexose) forme du HMF et 3 molécules d'eau [10](#page=10). ### 2.3 Formation des osides Un oside est une molécule glucidique complexe dont l'hydrolyse libère deux ou plusieurs unités d'oses (identiques ou différentes) ou un ose et une molécule non glucidique (aglycone) [11](#page=11). Type d'osideProduits d'hydrolyseExempleCompositionHolosideUniquement des osesMaltose, Saccharose, LactoseOse + OseHétérosideOse(s) + aglycone (non sucrée)ADN, glycoprotéinesOse + molécule non osidique #### 2.3.1 Holosides Les holosides sont formés exclusivement d'oses liés par une liaison osidique, qui est une liaison covalente entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle d'un autre ose [11](#page=11). * **Facteurs déterminant la liaison osidique** : 1. Nature des oses liés (ex: glucose, galactose, fructose) [11](#page=11). 2. Forme cyclique de chaque ose (pyranose, furanose) [11](#page=11). 3. Configuration du carbone anomérique: α (anomère en bas du plan) ou β (anomère en haut du plan) [11](#page=11). * **Classification des holosides** : * **Oligosides**: Formés de 2 à 10 oses (ex: Maltose, Saccharose, Lactose) [11](#page=11). * **Polyosides (polysaccharides)**: Formés de plus de 10 oses (ex: Amidon, Glycogène, Cellulose). Ils servent souvent de réserve énergétique ou de structure [11](#page=11). * **Diholosides réducteurs**: Un diholoside est réducteur si le groupement hémiacétalique d'un de ses oses reste libre, permettant ainsi de réduire les sels métalliques. Ces diholosides peuvent exister sous formes α ou β [11](#page=11). #### 2.3.2 Nomenclature générale des osides La nomenclature des osides dépend de l'état de la fonction hémiacétalique du dernier ose : * **\-ose**: L'ose a sa fonction hémiacétalique libre (sucre réducteur) [12](#page=12). * **\-osyl**: L'ose a sa fonction hémiacétalique engagée dans la liaison osidique (premier ose d'un diholoside) [12](#page=12). * **\-oside**: La fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée (sucre non réducteur) [12](#page=12). * **Exemple 1 : Lactose** * Composition: 1 D-galactose + 1 D-glucose [12](#page=12). * Liaison: β(1 →4) (C1 du galactose lié au C4 du glucose) [12](#page=12). * Nom chimique: D-galactopyranosyl (β →4) D-glucopyranose [12](#page=12). * Le galactose est engagé (-osyl), le glucose est libre (-ose). Le lactose est donc un sucre réducteur [12](#page=12). * **Exemple 2 : Saccharose** * Composition: 1 glucose + 1 fructose [12](#page=12). * Liaison: α(1 →β2) (C1 du glucose lié au C2 du fructose) [12](#page=12). * Nom chimique: D-glucopyranosyl (α →β ) D-fructofuranoside ou α-D-glucopyranosyl (1→2)-β-D-fructofuranoside [12](#page=12). * Les carbones anomériques du glucose (C1) et du fructose (C2) sont engagés. Il n'y a pas de fonction hémiacétalique libre, donc le saccharose est un sucre non réducteur [13](#page=13). * **Exemple 3 : Maltose** * Composition: 2 molécules de D-glucose [13](#page=13). * Liaison: α(1 →4) (C1 du premier glucose lié au C4 du second glucose) [13](#page=13). * Nom chimique: D-glucopyranosyl (α →4) D-glucopyranose ou D-glucopyranosyl (1→4) D-glucopyranose [13](#page=13). * Le premier glucose est engagé (-osyl), le second garde son C1 libre (-ose). Le maltose est donc un sucre réducteur. C'est un produit de la digestion de l'amidon [13](#page=13). * * * # Polysides et Hétérosides Les polysaccharides et les hétérosides représentent des classes de glucides complexes aux structures et fonctions diverses, allant du stockage d'énergie aux rôles biologiques spécifiques. ### 3.1 Les polysaccharides Les polysaccharides, également appelés polysides, sont de grands glucides complexes constitués par la condensation de nombreuses molécules d'oses, souvent plusieurs centaines à des milliers. La liaison entre deux oses est une liaison O-glycosidique (ou osidique) [14](#page=14). Les polysaccharides remplissent trois fonctions principales : * Rôle de réserve énergétique (exemples: amidon, glycogène) [14](#page=14). * Rôle structural (exemples: cellulose, chitine) [14](#page=14). * Rôle biologique spécifique (exemples: acide hyaluronique, héparine) [14](#page=14). #### 3.1.1 Caractéristiques distinctives des polysaccharides Les polysaccharides se différencient selon trois critères principaux : 1. Le type d'oses constitutifs (identiques ou différents) [14](#page=14). 2. Le type de liaison osidique (α ou β, et les positions des carbones impliqués, par exemple 1→4, 1→6) [14](#page=14). 3. La structure de la chaîne : * Linéaire (sans ramifications) [14](#page=14). * Ramifiée [14](#page=14). #### 3.1.2 Principales familles de polysaccharides ##### 3.1.2.1 Homopolysides Les homopolysides sont formés d'un seul type d'ose [14](#page=14). ExempleOses constitutifsType de liaisonStructureRôleAmidonGlucoseα(1→4) et α(1→6)Ramifiée (amylopectine) et linéaire (amylose)Réserve énergétique végétaleGlycogèneGlucoseα(1→4) et α(1→6)Fortement ramifiéeRéserve énergétique animaleCelluloseGlucoseβ(1→4)LinéaireRôle structural (paroi végétale) > **Tip:** La notation α(1→4) signifie que la liaison implique le carbone 1 en position α du premier ose et le carbone 4 du deuxième ose [15](#page=15). ### 3.2 Les hétérosides Un hétéroside est une molécule composée de deux parties distinctes : 1. Une partie glucidique: un ose ou un polysaccharide (appelée "partie sucre") [15](#page=15). 2. Une partie non glucidique: appelée aglycone ou génine [15](#page=15). Ces deux parties sont liées par une liaison glycosidique. La liaison se forme entre le carbone anomérique du sucre (via son hydroxyle) et un atome de la partie aglycone [15](#page=15). #### 3.2.1 Classification des hétérosides La classification des hétérosides dépend de l'atome de l'aglycone participant à la liaison : Type d'hétérosideLiaisonExemple typiqueOù trouve-t-on ?O-hétérosideOse lié à un O (alcool)Liaison ose-sérine (ou thréonine) dans une protéineGlycoprotéinesN-hétérosideOse lié à un N (amine)Nucléosides (ex: adénosine : ribose + adénine)ADN, ARNC-hétérosideOse lié à un CCertains pigments végétauxPlantes médicinalesS-hétérosideOse lié à un S (thiol)Composés soufrés (rares)Plantes alliacées (ail, oignons) #### 3.2.2 Les aglycones Les aglycones sont les parties non glucidiques associées au sucre. Elles peuvent être de plusieurs types [15](#page=15): Type d'aglyconeExemple caractéristiqueRôlesLipide + oseGlycolipidePrésents dans les membranes cellulaires, reconnaissance cellulaireProtéine + oseGlycoprotéine, protéoglycane, peptidoglycaneRôles variés (structure, reconnaissance, enzyme, hormonaux, immunitaires)Base azotée + oseNucléosideStockage et transmission d'information génétique #### 3.2.3 Composition et propriétés de diverses aglycones TypeCompositionPrésence / ImportanceGlycolipidesLipide + oseComposent la membrane cellulaire, servent à la reconnaissance entre cellules.Protéoglycanes (PG)Protéine + longues chaînes glucidiques (souvent GAG)Présents dans les tissus conjonctifs, rôle de structure et de lubrification.PeptidoglycanesPeptides + polysaccharidesParoi bactérienne (assure la rigidité).Glycoprotéines (GP)Protéine + quelques oses (chaînes courtes)Rôles hormonaux, immunitaires, enzymatiques.Protéines glycosyléesFixation non enzymatique d’un glucose sur une protéineMarqueurs biologiques (ex: HbA1c pour la glycémie à long terme). > **Example:** Dans les cellules, les liaisons présentes dans les hétérosides servent à identifier les cellules (glycolipides), à communiquer (glycoprotéines) et à stocker/transmettre l'information génétique (nucléosides, constituant l'ADN/ARN) [16](#page=16). * * * # Lipides : composition, propriétés et classification This section details the fundamental characteristics of lipids, including their hydrophobic nature, constituent elements, key physiological roles, and common classifications based on chemical structure [17](#page=17). ### 4.1 Définition et composition des lipides Lipids are organic compounds primarily composed of carbon (C), hydrogen (H), and oxygen (O). Their defining characteristic is their hydrophobic nature, meaning they do not interact with water molecules. This insolubility in water arises from their nonpolar structure. Most lipids are formed from two main components: fatty acids (long carbon chains ending in a carboxyl group, -COOH) and an alcohol, frequently glycerol (which has one or more hydroxyl groups, -OH). The ester linkage between a fatty acid and an alcohol forms the chemical basis of many lipids like fats and oils [17](#page=17). > **Tip:** Remember that "hydrophobic" directly relates to their inability to dissolve in water, a polar solvent, contrasting with their solubility in nonpolar solvents like chloroform or ether [17](#page=17). Some substances, like steroids and fat-soluble vitamins (A, D, E, K), are categorized with lipids due to their hydrophobic character, even if they do not contain fatty acids [17](#page=17). ### 4.2 Propriétés des lipides The primary property of lipids is their **hydrophobicity**. Due to their nonpolar nature, they are insoluble in water (a polar molecule) but readily dissolve in nonpolar solvents such as ether, chloroform, or benzene [17](#page=17). > **Tip:** This property is crucial for understanding how lipids function in biological systems, such as forming cell membranes and acting as barriers. Lipids can also exhibit an **amphipathic** character, possessing both a hydrophilic (water-loving) and a hydrophobic (water-repelling) region. This is characteristic of phospholipids and glycolipids, which are vital components of cell membranes. Triglycerides and waxes are examples of lipids that are strictly hydrophobic [19](#page=19). ### 4.3 Rôles essentiels des lipides Lipids play numerous critical roles in the body [17](#page=17): #### 4.3.1 Isolation and organ protection Lipids form adipose tissue, a fatty layer found beneath the skin and around vital organs [17](#page=17). * **Thermal insulation:** Adipose tissue acts as an insulating barrier, minimizing heat loss and maintaining constant body temperature, particularly in cold environments [17](#page=17). * **Mechanical protection:** Fats cushion vital organs like the heart, kidneys, and liver, protecting them from physical shocks and external pressures [17](#page=17). #### 4.3.2 Transport and absorption of vitamins Certain lipids facilitate the transport and absorption of fat-soluble vitamins (A, D, E, K). These vitamins are essential for vision, cell growth, calcium absorption, bone health, cellular protection against oxidation, and blood clotting. Lipids aid their uptake in the intestine and distribution via the bloodstream to where they are needed [18](#page=18). #### 4.3.3 Energy storage Lipids are the body's primary energy reserve. Fatty acids are stored in adipocytes as triacylglycerols (triglycerides). These molecules can be broken down to release energy when the body requires it, such as between meals or during physical exertion. Lipids offer a very high energy yield: 1 gram of lipid releases approximately 9 kilocalories (kcal), more than double the energy released by 1 gram of carbohydrates or proteins (around 4 kcal) [18](#page=18). > **Example:** Their high energy density makes lipids an efficient form of long-term energy storage. #### 4.3.4 Synthesis of signaling molecules Some lipids are precursors to signaling molecules, participating in cellular communication. Polyunsaturated fatty acids, like arachidonic acid, are used by the body to synthesize eicosanoids, including prostaglandins, thromboxanes, and leukotrienes. These compounds regulate vital functions such as inflammation, pain, blood clotting, and the contraction of smooth muscles in airways and the uterus [18](#page=18). ### 4.4 Classification des lipides Lipids are broadly classified into two main categories based on their chemical composition: simple lipids and complex lipids [19](#page=19). #### 4.4.1 Lipides simples These lipids are composed solely of carbon, hydrogen, and oxygen. They generally result from the union of fatty acids and an alcohol [19](#page=19). * **Glycérides:** The alcohol is glycerol. They can be mono-, di-, or triacylglycerols depending on the number of fatty acids attached. These are the fats and oils found in the body and diet, primarily serving as an energy reserve [19](#page=19). * **Cérides:** The alcohol is a long-chain alcohol (typically 16 to 30 carbons). These lipids form waxes, found on surfaces like skin, leaves, and feathers, providing protection and waterproofing [19](#page=19). * **Stérides:** The alcohol is a sterol, such as cholesterol. These compounds form cholesterol esters and are involved in cholesterol storage and transport within the organism [19](#page=19). #### 4.4.2 Lipides complexes These lipids contain, in addition to C, H, and O, other elements like phosphorus (P) or nitrogen (N). They are often constituents of cell membranes [19](#page=19). * **Glycérophospholipides:** Contain glycerol, two fatty acids, and a phosphate group. The phosphate can be linked to a nitrogenous compound. Their primary role is in the structure of cell membranes [19](#page=19). * **Sphingolipides:** Composed of a base called sphingosine, a fatty acid, and sometimes a phosphate group. They are particularly present in the nervous system, such as in the myelin sheath [19](#page=19). * **Glycolipides:** Formed by a lipid linked to a carbohydrate (sugar). Located on the surface of cell membranes, their main roles are in cell recognition and communication [19](#page=19). #### 4.4.3 Classification physico-chimique Based on their interaction with water, lipids can be classified as: * **Hydrophobic:** Totally insoluble in water, like triglycerides and waxes [19](#page=19). * **Amphipathic:** Having one part that loves water (hydrophilic) and another that repels it (hydrophobic). This is typical of phospholipids and glycolipids [19](#page=19). * * * # Acides gras : structure, propriétés et nomenclature Ce sujet explore en détail la structure, les propriétés physico-chimiques et la nomenclature des acides gras, des composants essentiels des lipides. ### 5.1 Définition et nature amphiphile des acides gras Les acides gras sont des acides monocarboxyliques caractérisés par la présence d'une fonction acide carboxylique ($–COOH$) polaire et hydrophile, et d'un radical R, qui est une chaîne hydrocarbonée apolaire et hydrophobe de longueur variable. Ils peuvent être représentés par la formule générale $R–COOH$. Cette double nature (hydrophile et hydrophobe) confère aux acides gras leur caractère amphiphile, leur permettant de former des structures comme les micelles ou les membranes biologiques en orientant leurs têtes hydrophiles vers l'eau et leurs queues hydrophobes entre elles. Dans l'eau à pH physiologique, le groupe carboxyle ($–COOH$) peut se déprotoner pour former un carboxylate ($–COO^-$), chargé négativement et donc plus soluble dans l'eau [20](#page=20). #### 5.1.1 Caractéristiques générales Les chaînes carbonées des acides gras sont généralement linéaires, comportent un nombre pair d'atomes de carbone (entre 14 et 24 pour les acides gras naturels) et peuvent être saturées (sans double liaison) ou insaturées (avec une ou plusieurs doubles liaisons). Ils peuvent également être linéaires, ramifiés ou cycliques, mais ne sont pas hydrolysables contrairement aux lipides complexes [20](#page=20). ### 5.2 Classification des acides gras Les acides gras sont principalement classés selon la présence ou l'absence de liaisons doubles, le nombre d'atomes de carbone et le nombre de doubles liaisons [21](#page=21) [22](#page=22). #### 5.2.1 Acides gras saturés Les acides gras saturés possèdent une chaîne carbonée entièrement saturée en hydrogène, sans aucune double liaison [21](#page=21). ##### 5.2.1.1 Formule générale et exemples Leur formule générale est $C\_nH\_{2n+2}$ pour un acide gras saturé à $n$ carbones. Plus spécifiquement, la chaîne hydrocarbonée est $C\_nH\_{2n}$ lorsqu'elle est attachée au groupe $COOH$, donnant ainsi la formule $C\_nH\_{2n+1}COOH$. Les acides gras saturés représentatifs incluent l'acide palmitique ($C16:0$), l'acide stéarique ($C18:0$), l'acide butyrique ($C4:0$) et l'acide lignocérique ($C24:0$) [21](#page=21). ##### 5.2.1.2 Nomenclature et numérotation La numérotation de la chaîne carbonée commence par le carbone du groupement carboxyle (COOH). Par exemple, pour l'acide palmitique ($C16:0$), la formule développée est $CH₃-(CH₂)₁₄-COOH$. Le symbole $C16:0$ indique 16 carbones et 0 double liaison. Le préfixe "n-" dans les noms systématiques comme acide n-hexadécanoïque signifie que la chaîne est normale, linéaire et non ramifiée [21](#page=21) [22](#page=22). * **Exemple : Acide palmitique** * Nom d'usage : Acide palmitique * Nom systématique : Acide n-hexadécanoïque * Symbole : $C16:0$ * Formule brute : $C\_{16}H\_{32}O\_2$ * Formule développée: $H₃C–(CH₂)₁₄–COOH$ [22](#page=22). * **Exemple : Acide stéarique** * Nom d'usage : Acide stéarique * Nom systématique : Acide n-octadécanoïque * Symbole : $C18:0$ * Formule brute : $C\_{18}H\_{36}O\_2$ * Formule développée: $H₃C–(CH₂)₁₆–COOH$ [22](#page=22). #### 5.2.2 Acides gras insaturés Les acides gras insaturés possèdent au moins une double liaison carbone-carbone ($C=C$) dans leur chaîne hydrocarbonée [22](#page=22). ##### 5.2.2.1 Formule générale Leur formule générale est $C\_nH\_{2n-2x}O\_2$, où $x$ représente le nombre de doubles liaisons. Les acides gras insaturés naturels comptent généralement entre 16 et 20 carbones, et la première double liaison se situe souvent entre $C9$ et $C10$. Ces doubles liaisons sont généralement séparées par un groupement méthylène ($–CH₂–$) [22](#page=22). ##### 5.2.2.2 Classification selon le nombre de doubles liaisons * **Acides gras mono-insaturés (AGMI)**: Ils possèdent une seule double liaison, fréquemment localisée entre $C9$ et $C10$. L'acide oléique ($C18:1\\Delta9$ ou $\\omega9$) en est un exemple, avec la formule développée $CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-(CH₂)₇-COOH$. Ces acides gras sont souvent présents dans les huiles végétales et sont considérés comme bénéfiques pour la santé [23](#page=23). * **Acides gras poly-insaturés (AGPI)**: Ils possèdent plusieurs doubles liaisons, toujours séparées par un ou plusieurs groupements méthylènes. Les acides essentiels, qui doivent être apportés par l'alimentation, appartiennent à cette catégorie [23](#page=23). * Acide linoléique: $C18:2\\Delta9,12$ (famille $\\omega6$) [23](#page=23). * Acide $\\alpha$\-linolénique: $C18:3\\Delta9,12,15$ (famille $\\omega3$) [23](#page=23). Ces AGPI jouent des rôles importants dans la croissance, le développement, la synthèse de médiateurs chimiques et le fonctionnement cardiovasculaire [23](#page=23). ##### 5.2.2.3 Conventions de nomenclature pour les doubles liaisons Il existe deux systèmes de numérotation pour indiquer la position des doubles liaisons : * **Nomenclature $\\Delta$ (Delta)**: Cette notation indique la position de la première double liaison en partant du groupe carboxyle ($COOH$, carbone $C1$). Par exemple, $C18:1\\Delta9$ signifie que la double liaison se situe entre le carbone 9 et le carbone 10 [23](#page=23). * **Nomenclature $\\omega$ (Oméga)**: Cette notation indique la position de la première double liaison en partant du méthyle terminal ($CH₃$, appelé $\\omega$\-carbone). Par exemple, $C18:1\\omega9$ signifie que la double liaison se trouve sur le 9ème carbone à partir du méthyle terminal [23](#page=23). #### 5.2.3 Configurations des doubles liaisons La double liaison $C=C$ introduit une rigidité dans la chaîne. Les deux configurations possibles sont : * **Configuration Cis**: Les deux atomes d'hydrogène sont du même côté de la double liaison. Cela induit un coude ou un pli dans la chaîne, empêchant un empilement serré des molécules et rendant les acides gras liquides à température ambiante [24](#page=24). * **Configuration Trans**: Les deux atomes d'hydrogène sont de part et d'autre de la double liaison. La chaîne reste presque linéaire, ressemblant à celle des acides gras saturés, ce qui favorise un empilement serré et rend les acides gras solides à température ambiante [24](#page=24). ### 5.3 Propriétés physico-chimiques des acides gras Les propriétés physico-chimiques des acides gras dépendent principalement de la longueur de leur chaîne carbonée et de leur degré d'insaturation [26](#page=26). #### 5.3.1 Solubilité dans l'eau En raison de leur nature amphiphile, les acides gras ont une solubilité dans l'eau limitée. Plus la chaîne hydrocarbonée (partie hydrophobe) est longue, moins l'acide gras est soluble dans l'eau. Les chaînes courtes (jusqu'à $C10$) sont solubles, tandis que les chaînes plus longues sont pratiquement insolubles. Les doubles liaisons augmentent légèrement la solubilité en empêchant un empilement compact des molécules [26](#page=26). #### 5.3.2 Densité Les acides gras ont une densité légèrement inférieure à celle de l'eau, généralement entre 0,8 et 0,95 g/cm³. C'est pourquoi les huiles flottent à la surface de l'eau [26](#page=26). > **Tip:** Le tableau comparatif des densités montre que les huiles d'origine végétale ou animale ont des densités inférieures à celles de l'eau, expliquant leur flottabilité [26](#page=26). #### 5.3.3 Point de fusion Le point de fusion est la température à laquelle un solide devient liquide. Deux facteurs influencent ce point [27](#page=27): * **Longueur de la chaîne carbonée**: Une chaîne carbonée plus longue permet des interactions intermoléculaires plus fortes, nécessitant plus de chaleur pour les séparer. Par conséquent, le point de fusion augmente avec la longueur de la chaîne. Les chaînes courtes (< 10 carbones) sont liquides à température ambiante, tandis que les chaînes longues (> 10 carbones) sont solides. Les graisses solides contiennent des acides gras longs et saturés, tandis que les huiles liquides contiennent des acides gras courts ou insaturés [27](#page=27). * **Degré d'insaturation**: Chaque double liaison crée une courbure dans la chaîne, empêchant un emboîtement efficace des molécules. Cela affaiblit les interactions intermoléculaires, diminuant le point de fusion. Ainsi, plus il y a de doubles liaisons, plus le point de fusion est bas, et plus le corps est liquide [27](#page=27). ### 5.4 Propriétés chimiques des acides gras Les réactions chimiques des acides gras sont dues à leur fonction acide carboxylique et, pour les acides gras insaturés, à la présence de doubles liaisons [27](#page=27). #### 5.4.1 Réactions dues à la fonction acide (–COOH) * **Formation de sels alcalins (savons)**: La réaction d'un acide gras avec une base forte comme le $NaOH$ ou le $KOH$ produit un sel de cet acide gras, appelé savon, et de l'eau [27](#page=27). * Équation: $R–COOH + NaOH \\rightarrow –COO^-Na^+ + H\_2O$ [27](#page=27). Le sel formé, comme le $–COO^-Na^+$, est amphiphile, possédant une partie hydrophobe ($R$) et une partie hydrophile ($–COO^-$), ce qui lui confère ses propriétés détergentes [27](#page=27). * **Estérification**: La réaction d'un acide gras avec un alcool forme un ester et de l'eau. Cette réaction est fondamentale pour la synthèse des triglycérides, formés par la liaison de trois acides gras avec une molécule de glycérol [28](#page=28). * Équation: $R–COOH + R'–OH \\rightarrow –COO–R' + H\_2O$ [28](#page=28). #### 5.4.2 Réactions dues à la présence de doubles liaisons (C=C) Ces réactions concernent spécifiquement les acides gras insaturés [28](#page=28). * **Hydrogénation**: L'addition d'hydrogène ($H\_2$) sur les doubles liaisons transforme un acide gras insaturé en acide gras saturé. Cette réaction est utilisée pour solidifier les huiles végétales liquides en graisses hydrogénées [28](#page=28). * Exemple: L'huile végétale (liquide, insaturée) peut être hydrogénée pour obtenir de la margarine (solide, saturée) [28](#page=28). * **Oxydation**: L'oxydation d'un acide gras insaturé, par exemple avec du permanganate de potassium ($KMnO\_4$), conduit à la rupture de la double liaison et à la formation de deux acides carboxyliques. Cette réaction explique le rancissement des graisses lorsqu'elles s'oxydent à l'air [28](#page=28). * Équation: $R–CH=CH–R'–COOH + KMnO\_4 \\rightarrow R–COOH + HOOC–R'–COOH$ [28](#page=28). Chaque double liaison donne ainsi un acide simple et un diacide [28](#page=28). * * * # Types spécifiques de lipides simples et complexes Voici une section de votre guide d'étude sur les types spécifiques de lipides simples et complexes. ## 6\. Types spécifiques de lipides simples et complexes Cette section détaille les différentes classes de lipides simples et complexes, en expliquant leur structure, leur formation et leurs rôles biologiques. ### 6.1 Les lipides simples (homolipides) Les lipides simples sont des molécules constituées uniquement de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Ils résultent de la réaction d'estérification entre un alcool et un ou plusieurs acides gras. La classification principale repose sur la nature de l'alcool [29](#page=29). #### 6.1.1 Les glycérides (ou acylglycérols) Les glycérides sont des esters formés par la réaction entre le glycérol et un ou plusieurs acides gras. Le glycérol est un triol, possédant trois groupes hydroxyles (-OH) qui peuvent estérifier des acides gras. Les positions sur le glycérol sont nommées $\\alpha$, $\\beta$, et $\\alpha'$ [30](#page=30). **Types de glycérides selon le nombre d'acides gras :** * **Monoglycéride:** 1 acide gras + 1 glycérol. C'est un intermédiaire dans la digestion et possède des propriétés amphipathiques [30](#page=30). * **Diglycéride:** 2 acides gras + 1 glycérol. Également un intermédiaire métabolique et amphipathique [30](#page=30). * **Triglycéride:** 3 acides gras + 1 glycérol. Constituent principal des graisses et huiles, ils sont très hydrophobes [30](#page=30). **Glycérides simples vs. mixtes :** * **Simples (homogènes):** Tous les acides gras sont identiques (R₁ = R₂ = R₃) [30](#page=30). * **Mixtes (hétérogènes):** Les acides gras sont différents (R₁ ≠ R₂ ≠ R₃) [30](#page=30). **Propriétés physiques des glycérides :** * **Solubilité:** Les monoglycérides et diglycérides sont amphipathiques, tandis que les triglycérides sont totalement hydrophobes et insolubles dans l'eau, mais solubles dans les solvants organiques [31](#page=31). * **Point de fusion:** Dépend de la nature des acides gras. Les acides gras saturés donnent des solides (graisses), tandis que les acides gras insaturés donnent des liquides (huiles) à température ambiante [31](#page=31). **Réactions chimiques :** * **Hydrolyse acide ou enzymatique:** Triglycéride + H₂O → Glycérol + 3 acides gras. C'est la réaction naturelle lors de la digestion par les lipases [31](#page=31). * **Hydrolyse alcaline (saponification):** Triglycéride + NaOH → Glycérol + 3 Sels d'acides gras (savons). Utilisée industriellement pour fabriquer du savon [31](#page=31). **Rôles des triglycérides :** 1. **Rôle énergétique:** Molécules de réserve d'énergie, fournissant environ 9 kcal/g, soit le double des glucides ou protéines. Stockés dans le tissu adipeux, ils sont mobilisés en cas de jeûne ou d'effort, libérant des acides gras et du glycérol [31](#page=31). 2. **Stockage énergétique:** Stockés dans les adipocytes sans association d'eau, contrairement au glycogène [31](#page=31). 3. **Isolation thermique et protection:** Le tissu adipeux sous-cutané agit comme isolant thermique et protège les organes internes [31](#page=31). 4. **Rôle physiopathologique:** Un excès peut entraîner obésité, diabète, maladies cardiovasculaires et production de facteurs inflammatoires [32](#page=32). **Digestion et hydrolyse des triglycérides :** Les triglycérides alimentaires sont hydrolysés en 1 monoglycéride et 2 acides gras par la lipase pancréatique dans l'intestin grêle [32](#page=32). **Hydrolyse dans les cellules (lipolyse) :** Les triglycérides stockés sont dégradés par des enzymes : * ATGL: TG → Diglycéride (DG) + 1 AG [32](#page=32). * HSL: DG → Monoglycéride (MG) + 1 AG [32](#page=32). * MGL: MG → Glycérol + 1 AG [32](#page=32). Le résultat final est 3 acides gras et du glycérol [32](#page=32). #### 6.1.2 Les cérides (cire) Les cérides sont formés par la réaction d'estérification entre un acide gras et un alcool gras à longue chaîne (souvent 16 à 30 carbones) [29](#page=29). **Exemple de formation :** Acide palmitique + Alcool cétylique → Palmitate de cétyle + H₂O [37](#page=37). La molécule résultante possède une longue chaîne hydrocarbonée (hydrophobe) et une liaison ester [37](#page=37). **Propriétés physiques :** * **Solides à température ambiante:** Les longues chaînes carbonées s'empilent bien, conduisant à un point de fusion élevé [37](#page=37). * **Très peu solubles dans l'eau:** Absence quasi totale de groupes polaires [37](#page=37). **Exemples et rôles :** * Cire d'abeille: Protection des rayons [29](#page=29). * Sébium (cire cutanée): Protection de la peau et des poils contre la déshydratation [29](#page=29). * Cires végétales: Sur les feuilles pour limiter l'évaporation [29](#page=29). * Rôle général: Protection contre l'eau et les agents extérieurs [29](#page=29). #### 6.1.3 Les stérides (esters de cholestérol) Les stérides sont formés par l'union d'un acide gras avec un stérol, le plus connu étant le cholestérol. Il s'agit d'une estérification entre un groupe hydroxyle du stérol et le groupe carboxyle de l'acide gras [29](#page=29) [32](#page=32). **Structure de base :** Le noyau stérane, commun à tous les stéroïdes, est composé de 4 cycles accolés: 3 cycles hexagonaux (A, B, C) et 1 cycle pentagonal (D). Cette structure rigide est présente chez les eucaryotes [33](#page=33). **Cholestérol :** * Formule: C₂₇H₄₆ [33](#page=33). * Fonction: Alcool (stérol) [33](#page=33). * Masse molaire: ≈386,65 g/mol [33](#page=33). * **Rôles :** * Constituant majeur des membranes cellulaires, stabilisant leur fluidité et leur perméabilité [33](#page=33). * Précurseur de : * Acides biliaires [33](#page=33). * Vitamine D [33](#page=33). * Hormones stéroïdiennes [33](#page=33). * **Forme estérifiée:** Cholestérol + Acide gras. Cette forme est plus hydrophobe et stockée dans les gouttelettes lipidiques [33](#page=33). **Dérivés du cholestérol :** * **Acides biliaires:** Synthétisés dans le foie, stockés dans la vésicule biliaire. Leur rôle est d'émulsifier les graisses dans l'intestin, facilitant leur digestion. Ils existent sous forme primaire (acide cholique, acide chénodésoxycholique) et secondaire (transformés par la flore intestinale) [34](#page=34). * **Vitamine D:** Synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l'action des rayons UV (Vitamine D₃, cholécalciférol). Son rôle est la minéralisation osseuse (absorption du calcium et du phosphore) [34](#page=34). * **Hormones stéroïdiennes:** Hormones dérivées du cholestérol possédant le noyau stérane. Elles sont produites par différentes glandes et ont des rôles variés [35](#page=35): * **Glucocorticoïdes:** Cortisol (corticosurrénale). Régule le métabolisme du glucose, anti-inflammatoire, immunomodulateur [35](#page=35). * **Minéralocorticoïdes:** Aldostérone (corticosurrénale). Contrôle la quantité de Na⁺ et d'eau dans le sang, régule la pression artérielle [36](#page=36). * **Androgènes:** Testostérone (testicules). Spermatogenèse, croissance musculaire et osseuse, développement des caractères sexuels secondaires mâles [36](#page=36). * **Œstrogènes:** Estradiol (ovaires). Développement des caractères sexuels secondaires féminins, prépare l'utérus, régule le cycle menstruel [36](#page=36). * **Progestatifs:** Progestérone (corps jaune de l'ovaire). Prépare l'utérus à la nidation, maintient la grossesse [36](#page=36). ### 6.2 Les lipides complexes Les lipides complexes contiennent des acides gras et d'autres groupes chimiques (phosphate, sucre, etc.). Ils constituent les principales structures des membranes biologiques. Ils se divisent en trois familles: les glycérophospholipides, les sphingolipides, et les glycérolycolipides [38](#page=38). #### 6.2.1 Les glycérophospholipides Ce sont les lipides complexes les plus importants chez l'homme. Leur structure de base est l'acide phosphatidique, composé de [38](#page=38): * **Glycérol:** Squelette à 3 carbones (C1, C2, C3) [38](#page=38). * **Deux acides gras:** Un généralement saturé sur C1, un souvent insaturé sur C2 [38](#page=38). * **Un acide phosphorique:** Fixé sur C3 [38](#page=38). Lorsqu'un alcool (HO-X) est ajouté à l'acide phosphatidique, il se fixe sur le groupe phosphate, formant un glycérophospholipide. Ces molécules sont amphiphiles, possédant une tête polaire hydrophile (glycérophosphate + alcool) et une queue apolaire hydrophobe (2 acides gras). Cette amphiphilie leur permet de former la bicouche lipidique des membranes cellulaires [40](#page=40) [43](#page=43). **Types de glycérophospholipides (basés sur l'alcool fixé au phosphate) :** * **Phosphatidylcholine (lécithine):** Contient la choline. Composant des membranes, transport de lipides [40](#page=40). * **Phosphatidyléthanolamine (céphaline):** Contient l'éthanolamine. Composant des membranes, cerveau [40](#page=40). * **Phosphatidylsérine:** Contient la sérine (acide aminé). Signalisation cellulaire (apoptose) [40](#page=40). * **Phosphatidylinositol:** Contient l'inositol (sucre cyclique). Transmission du signal cellulaire [40](#page=40). * **Phosphatidylglycérol:** Contient du glycérol. Membranes mitochondriales [40](#page=40). * **Cardiolipine:** Composée de 2 acides phosphatidiques et de glycérol. Membrane interne des mitochondries [40](#page=40). **Amphiphilie:** La tête polaire interagit avec l'eau et les ions, tandis que les queues hydrophobes se regroupent au centre de la membrane, formant une zone hydrophobe [43](#page=43). **Organisation en bicouche lipidique:** En milieu aqueux, les têtes hydrophiles s'orientent vers l'extérieur (milieu extracellulaire et cytoplasme) et les queues hydrophobes se regroupent au centre, loin de l'eau [44](#page=44). #### 6.2.2 Les sphingolipides Les sphingolipides sont des lipides complexes dont le squelette n'est pas le glycérol, mais la sphingosine. La sphingosine est un amino-dialcool à 18 carbones, possédant une fonction amine (-NH₂), deux fonctions alcool (-OH), et une longue chaîne hydrocarbonée avec une double liaison trans [44](#page=44). **Formation d'un céramide:** La fonction amine de la sphingosine réagit avec un acide gras via une liaison amide, formant un céramide (sphingosine + acide gras). Cette liaison amide est forte et stable [45](#page=45). **Familles de sphingolipides (selon la molécule greffée sur le -OH du C1 du céramide) :** * **A. Sphingophospholipides (ou sphingomyélines) :** * Nature de la liaison: Ester phosphorique [46](#page=46). * Composition: Céramide + phosphate + alcool (comme la choline ou l'éthanolamine) [46](#page=46). * Exemple: Sphingomyéline (céramide + phosphate + choline) [46](#page=46). * Localisation: Membrane plasmique, surtout dans les cellules nerveuses, et gaines de myéline [46](#page=46). * Rôle: Protection et conduction du signal nerveux [46](#page=46). * Enzyme: Sphingomyélinase, qui hydrolyse la liaison ester phosphorique. Une déficience peut causer des maladies lysosomales comme la maladie de Niemann-Pick [46](#page=46). * **B. Sphingoglycolipides :** * Composition: Céramide lié à un ou plusieurs sucres (oses) au niveau du carbone 1. Ils ne contiennent pas de phosphate [47](#page=47). * **Cérébrosides:** Contiennent un seul ose (ex: galactocérébroside, glucocérébroside). Présents dans le tissu nerveux et les membranes [47](#page=47). * **Gangliosides (ou Oligosylcéramides):** Contiennent plusieurs oses (2 à 20), dont souvent un acide sialique (ex: GM1, GM2, GD1). Très abondants dans les neurones du cerveau [47](#page=47). * **Structure:** Céramide + chaîne glucidique complexe (galactose, glucose, N-acétyl-D-galactosamine, etc., et acide sialique) [47](#page=47). * **Fonction:** Reconnaissance cellulaire, communication intercellulaire, identification par le système immunitaire, récepteurs de toxines/virus. Le ganglioside GM1 est impliqué dans la reconnaissance neuronale et est un point d'entrée pour la toxine cholérique [47](#page=47). #### 6.2.3 Les glycérolycolipides Ces lipides complexes sont constitués de glycérol, deux acides gras, et un ou plusieurs sucres, mais sans groupe phosphate. Ils sont trouvés dans les membranes végétales [38](#page=38). * * * # Acides aminés : structure, classification et propriétés Voici le résumé détaillé sur les acides aminés : structure, classification et propriétés. ## 7 Acides aminés : structure, classification et propriétés Les acides aminés sont les unités monomériques fondamentales qui composent les protéines, caractérisées par une structure commune incluant un carbone alpha, une fonction amine, une fonction carboxyle et une chaîne latérale variable (R) qui détermine leurs propriétés spécifiques. ### 7.1 Introduction aux acides aminés Les protéines sont des macromolécules essentielles à la vie, constituées de longues chaînes d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques. Les acides aminés eux-mêmes sont les blocs de construction de ces protéines [48](#page=48) [49](#page=49). #### 7.1.1 Structure générale d'un acide aminé Chaque acide aminé partage une structure de base commune [49](#page=49): * Un **atome de carbone central**, appelé carbone alpha ($\\alpha$). * Une **fonction amine** (–NH₂), qui est basique et peut capter un proton (H⁺). Elle est également appelée extrémité N-terminale [49](#page=49). * Une **fonction carboxylique** (–COOH), qui est acide et peut libérer un proton (H⁺). Elle est également appelée extrémité C-terminale [49](#page=49). * Un **atome d'hydrogène** (–H) [49](#page=49). * Une **chaîne latérale** (–R), qui varie d'un acide aminé à l'autre et définit son identité [49](#page=49). Le carbone alpha est généralement chiral, sauf dans le cas de la glycine où R=H. Les acides aminés utilisés dans les protéines humaines sont majoritairement de configuration L [49](#page=49) [71](#page=71). #### 7.1.2 Nombre et catégories d'acides aminés Il existe plus de 300 acides aminés connus, mais seulement 20 sont protéinogènes, c'est-à-dire qu'ils sont codés par l'ADN et incorporés dans les protéines lors de la traduction [49](#page=49). ##### 7.1.2.1 Acides aminés essentiels Ce sont les acides aminés que l'organisme ne peut pas synthétiser et qui doivent être apportés par l'alimentation. Leur manque peut bloquer la synthèse protéique [50](#page=50). Les 8 acides aminés essentiels chez l'homme sont : * Arginine\* (Arg, R) [50](#page=50). * Histidine\* (His, H) [50](#page=50). * Isoleucine (Ile, I) [50](#page=50). * Leucine (Leu, L) [50](#page=50). * Lysine (Lys, K) [50](#page=50). * Méthionine (Met, M) [50](#page=50). * Phénylalanine (Phe, F) [50](#page=50). * Thréonine (Thr, T) [50](#page=50). * Tryptophane (Trp, W) [50](#page=50). * Valine (Val, V) [50](#page=50). L'arginine et l'histidine sont parfois qualifiées de semi-essentielles, étant particulièrement nécessaires pendant la croissance [50](#page=50). ##### 7.1.2.2 Acides aminés non essentiels L'organisme peut les synthétiser lui-même [50](#page=50). Les acides aminés non essentiels incluent : * Alanine (Ala, A) [50](#page=50). * Asparagine (Asn, N) [50](#page=50). * Acide aspartique (Asp, D) [50](#page=50). * Cystéine (Cys, C) [50](#page=50). * Acide glutamique (Glu, E) [50](#page=50). * Glutamine (Gln, Q) [50](#page=50). * Glycine (Gly, G) [50](#page=50). * Proline (Pro, P) [50](#page=50). * Sérine (Ser, S) [50](#page=50). * Tyrosine (Tyr, Y) [50](#page=50). Arginine et Histidine peuvent également être considérés comme non essentiels dans certains contextes physiologiques [50](#page=50). #### 7.1.3 Diversité des fonctions des acides aminés Au-delà de leur rôle structural dans les protéines, les acides aminés remplissent d'autres fonctions métaboliques [51](#page=51): * **Structurales**: Constituent les protéines [51](#page=51). * **Énergétiques**: Peuvent être dégradés pour fournir de l'énergie ou former du glucose (néoglucogenèse) [51](#page=51). * **Métaboliques/Précurseurs**: Servent à synthétiser d'autres molécules importantes. Par exemple, la tyrosine est un précurseur des hormones thyroïdiennes et de la dopamine [51](#page=51). * **Signalisation/Récepteurs**: Certains agissent comme neurotransmetteurs (ex: glutamate) [51](#page=51). ### 7.2 Classification selon la structure de la chaîne latérale (R) Cette classification permet de regrouper les acides aminés en fonction de leurs propriétés chimiques et physiques dérivées de leur chaîne latérale R. #### 7.2.1 Groupe 1 : Acides aminés aliphatiques Ce groupe comprend les acides aminés dont la chaîne latérale est composée uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène, sans cycles aromatiques. Ils sont généralement hydrophobes et se retrouvent à l'intérieur des protéines pour échapper au milieu aqueux [51](#page=51) [68](#page=68). ##### 7.2.1.1 Acides aminés aliphatiques simples * **Glycine (Gly, G)**: Le plus simple des acides aminés, avec R = H. Son carbone alpha n'est pas chiral. Sa petite taille confère une grande flexibilité aux chaînes polypeptidiques et elle se trouve souvent dans les coudes des protéines. Elle est souvent classée dans les non polaires [49](#page=49) [51](#page=51) [67](#page=67) [68](#page=68) [71](#page=71). * **Alanine (Ala, A)**: Avec R = CH₃ (groupe méthyle). Elle est également petite et hydrophobe. Elle participe au cycle alanine entre le muscle et le foie [51](#page=51). ##### 7.2.1.2 Acides aminés aliphatiques ramifiés Leur chaîne carbonée R est ramifiée, les rendant plus volumineuses et très hydrophobes [52](#page=52). * **Valine (Val, V)**: R = –CH(CH₃)₂. Forme en "V", très hydrophobe [52](#page=52). * **Leucine (Leu, L)**: R = –CH₂–CH(CH₃)₂. Chaîne plus longue, très fréquente dans les protéines [52](#page=52). * **Isoleucine (Ile, I)**: R = –CH(CH₃)–CH₂–CH₃. Isomère de la leucine [52](#page=52). #### 7.2.2 Groupe 2 : Acides aminés hydroxylés La chaîne latérale R contient un groupe hydroxyle (–OH). Ce groupe rend la molécule plus polaire et hydrophile [53](#page=53). * **Sérine (Ser, S)**: R = –CH₂–OH. Le groupe hydroxyle est dit primaire (attaché à un carbone primaire). Elle peut former des liaisons hydrogène et est un site potentiel de phosphorylation. La phosphorylation de résidus de sérine est un mécanisme clé dans la réponse aux dommages de l'ADN, où des kinases comme ATM peuvent phosphoryler des sérines spécifiques. Elle est classée comme polaire non ionisable [53](#page=53) [54](#page=54) [67](#page=67) [69](#page=69). * **Thréonine (Thr, T)**: R contient un groupe hydroxyle. Similaire à la sérine, elle peut former des liaisons hydrogène et est un site de phosphorylation [69](#page=69). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Bien que aromatique, elle possède un groupe hydroxyle. Elle est souvent classée avec les acides aminés polaires non ionisables en raison de son groupe hydroxyle, mais son cycle aromatique lui confère d'autres propriétés. \[Voir section 7.2.6 [64](#page=64) [65](#page=65) [67](#page=67) [69](#page=69). #### 7.2.3 Groupe 3 : Acides aminés soufrés Leur chaîne latérale contient un atome de soufre (S) [55](#page=55). * **Cystéine (Cys, C)**: R = –CH₂–SH. Contient un groupement thiol (–SH) très réactif. Deux cystéines peuvent s'oxyder pour former un pont disulfure (–S–S–) créant de la cystine. Ces ponts disulfures stabilisent la structure tridimensionnelle des protéines, comme dans la kératine. Elle est classée comme polaire non ionisable [55](#page=55) [67](#page=67) [69](#page=69). * **Méthionine (Met, M)**: R contient un groupement thioéther (–S–CH₃). Ce groupe est moins réactif que le thiol de la cystéine. La méthionine est souvent le premier acide aminé de la synthèse protéique. Elle peut être transformée en S-adénosylméthionine (SAM), un donneur de groupe méthyle crucial pour la méthylation de l'ADN et d'autres molécules. La méthylation de promoteurs de gènes est un mécanisme épigénétique régulant l'expression génique. Elle est classée comme non polaire [56](#page=56) [67](#page=67) [68](#page=68). #### 7.2.4 Groupe 4 : Acides aminés acides et amides Ce groupe contient des acides aminés avec un groupement carboxyle supplémentaire (–COOH) ou un amide dérivé (–C=O–NH₂) dans leur chaîne latérale. Ils sont généralement chargés négativement à pH physiologique [57](#page=57). ##### 7.2.4.1 Acides aminés acides * **Acide aspartique (Asp, D)**: R = –CH₂–COOH. Possède deux groupes carboxyle, un sur le carbone alpha et un dans la chaîne latérale, ce qui en fait un acide aminé acide. Il joue un rôle dans la synthèse de l'urée (cycle de l'urée) et dans la transamination (transfert de groupes amines). Le cycle de l'urée est essentiel pour l'élimination de l'ammoniac toxique. Il est classé comme polaire ionisable (chargé négativement) [57](#page=57) [58](#page=58) [59](#page=59) [67](#page=67) [70](#page=70). * **Acide glutamique (Glu, E)**: Similaire à l'acide aspartique, mais avec une chaîne latérale plus longue (R = –CH₂–CH₂–COOH). Il est également acide et polaire ionisable. Il est un neurotransmetteur excitateur important [51](#page=51) [57](#page=57) [67](#page=67) [70](#page=70). ##### 7.2.4.2 Amides dérivés * **Asparagine (Asn, N)**: Amide dérivé de l'acide aspartique. Le groupe –COOH est remplacé par –C(=O)–NH₂. Elle sert au transport de l'azote dans l'organisme. Elle est classée comme polaire non ionisable [60](#page=60) [67](#page=67) [69](#page=69). * **Glutamine (Gln, Q)**: Amide dérivé de l'acide glutamique. Fonction similaire à l'asparagine pour le transport de l'azote. Elle est classée comme polaire non ionisable [60](#page=60) [67](#page=67) [69](#page=69). #### 7.2.5 Groupe 5 : Acides aminés dibasiques Ces acides aminés possèdent deux fonctions basiques (capables de capter des protons), l'une étant la fonction amine alpha et l'autre située sur la chaîne latérale. Ils sont fortement positifs à pH physiologique [61](#page=61). * **Lysine (Lys, K)**: R contient un groupe ε-amino (–(CH₂)₄–NH₂). Elle est un composant important des protéines structurales comme le collagène. Après traduction, elle peut être hydroxylée en 5-hydroxylysine, une modification cruciale pour la stabilité du collagène, nécessitant de la vitamine C. Elle est classée comme polaire ionisable (chargée positivement) [61](#page=61) [62](#page=62) [67](#page=67) [70](#page=70). * **Arginine (Arg, R)**: Sa chaîne latérale contient un groupement guanidyle, très basique et toujours chargé positivement à pH élevé. Elle est essentielle pendant la croissance. L'arginine est un précurseur de l'urée dans le cycle de l'urée et est transformée en oxyde nitrique (NO), un important messager cellulaire impliqué dans la vasodilatation. Elle est classée comme polaire ionisable (chargée positivement) [63](#page=63) [67](#page=67) [70](#page=70). * **Histidine (His, H)**: R contient un groupement imidazole. Ce cycle peut gagner ou perdre un proton facilement, ce qui en fait un tampon biologique important. Son pKa (environ 6) la rend efficace pour réguler le pH dans les protéines, notamment dans l'hémoglobine. Elle est essentielle pendant la croissance et intervient souvent dans les sites actifs des enzymes. Elle est classée comme polaire ionisable (sa charge dépend du pH) [62](#page=62) [67](#page=67) [70](#page=70). #### 7.2.6 Groupe 6 : Acides aminés aromatiques Leur chaîne latérale contient un cycle benzénique, les rendant stables, capables d'absorber les UV, et souvent hydrophobes. Ils sont précurseurs de molécules essentielles [64](#page=64). * **Phénylalanine (Phe, F)**: R = groupe phényle (cycle benzénique). C'est un acide aminé essentiel. Elle est très hydrophobe. Elle peut être hydroxylée en tyrosine. Elle est classée comme non polaire [64](#page=64) [67](#page=67) [68](#page=68). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Similaire à la phénylalanine, mais avec un groupe hydroxyle sur le cycle benzénique. C'est un précurseur important des hormones thyroïdiennes, des catécholamines (adrénaline, dopamine) et de la mélanine. Elle est considérée comme semi-essentielle. Elle est classée comme polaire non ionisable [50](#page=50) [65](#page=65) [67](#page=67) [69](#page=69). * **Tryptophane (Trp, W)**: R = groupe indole (double cycle aromatique incluant un atome d'azote). C'est un acide aminé essentiel. Il est volumineux et hydrophobe. Il est classé comme non polaire [65](#page=65) [67](#page=67) [68](#page=68). #### 7.2.7 Groupe 7 : Acides imino (Proline) Ce groupe contient la **Proline (Pro, P)**, un acide aminé unique [66](#page=66). * **Proline (Pro, P)**: Le groupe amine primaire (–NH₂) de la proline est lié à sa chaîne latérale, formant un cycle. Cela en fait un groupe amine secondaire d'où le terme "acide imino". Cette structure cyclique confère une rigidité à la chaîne polypeptidique. Elle peut subir une hydroxylation post-traductionnelle, essentielle pour la structure du collagène. Elle est classée comme non polaire [66](#page=66) [67](#page=67) [68](#page=68). ### 7.3 Propriétés physico-chimiques des acides aminés #### 7.3.1 Polarité La polarité d'une molécule dépend de la répartition des charges électriques [67](#page=67). * **Molécules polaires**: Présentent des zones de charges partielles positive (+) et négative (–) et peuvent interagir avec l'eau (hydrophiles) [67](#page=67). * **Molécules non polaires**: Charges réparties de manière équilibrée, ne se mélangent pas à l'eau (hydrophobes) [67](#page=67). Les acides aminés sont classifiés selon la polarité de leur chaîne R [67](#page=67): 1. **Polaire non ionisable**: Hydrophile mais sans charge nette à pH physiologique (Ser, Thr, Tyr, Cys, Asn, Gln) [67](#page=67) [69](#page=69). 2. **Polaire ionisable**: Hydrophile avec une charge nette positive ou négative selon le pH (Asp, Glu, Lys, Arg, His) [67](#page=67) [70](#page=70). 3. **Non polaire**: Hydrophobe (Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp, Gly) [67](#page=67) [68](#page=68). #### 7.3.2 Chiralité et pouvoir rotatoire Un carbone est dit chiral s'il est lié à quatre groupes différents. Le carbone alpha est chiral pour la plupart des acides aminés, sauf la glycine [71](#page=71). * **Énantiomères**: Les formes chirales d'un acide aminé sont des images miroirs non superposables, appelées énantiomères L et D. La désignation L/D concerne la configuration spatiale par rapport au glycéaldéhyde [71](#page=71) [72](#page=72). * **Pouvoir rotatoire**: La capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée. La rotation peut être vers la droite (+) (dextrogyre) ou vers la gauche (–) (lévogyre). La notation D/L ne correspond pas toujours à +/– [72](#page=72). * **Propriétés biologiques des énantiomères**: Les systèmes biologiques, étant eux-mêmes chiraux, reconnaissent et utilisent préférentiellement les acides aminés de la série L. Les formes D existent dans certaines bactéries mais ne sont généralement pas reconnues par nos enzymes [72](#page=72) [73](#page=73). #### 7.3.3 Absorption des ultraviolets (UV) Les acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp) possèdent des cycles qui absorbent la lumière UV (260-280 nm). Cette propriété permet le dosage des protéines par spectrophotométrie [72](#page=72) [73](#page=73). #### 7.3.4 Comportement ionique : Amphotérie, Zwitterion, pH, pKa, pHi * **Amphotérie**: Les acides aminés sont amphotères car ils possèdent des fonctions acide (–COOH) et basique (–NH₂) capables de gagner ou perdre des protons selon le pH du milieu [74](#page=74). * **Zwitterion**: En milieu neutre (pH ≈ 7), un acide aminé existe sous forme de zwitterion, portant une charge positive (–NH₃⁺) et une charge négative (–C O⁻) simultanément, résultant en une charge globale nulle [74](#page=74). * **Comportement en fonction du pH** : * **En milieu acide (pH faible)**: La forme cationique domine (charge globale positive) [74](#page=74). * **En milieu neutre (pH ≈ 7)**: La forme zwitterionique est majoritaire (charge globale nulle) [74](#page=74). * **En milieu basique (pH élevé)**: La forme anionique domine (charge globale négative) [74](#page=74). * **pKa**: Chaque fonction ionisable a une valeur de pKa, le pH auquel 50% du groupement est déprotoné. Le pKa du –COOH est bas (1-4) et celui du –NH₃⁺ est élevé (9-10) [75](#page=75). * **pHi (point isoélectrique)**: C'est le pH auquel un acide aminé possède une charge nette nulle et existe majoritairement sous forme zwitterionique. Il est calculé en fonction des pKa des groupements ionisables [75](#page=75). * **Relation entre pH et charge** : * Si pH < pHi, l'AA est cationique (positif) [75](#page=75). * Si pH = pHi, l'AA est zwitterionique (charge nulle) [75](#page=75). * Si pH > pHi, l'AA est anionique (négatif) [75](#page=75). * **Électrophorèse**: Cette propriété permet de séparer les acides aminés en fonction de leur charge nette. Un acide aminé migre vers la cathode (–) si sa charge est positive (pH < pHi), vers l'anode (+) s'il est négatif (pH > pHi), et ne migre pas si sa charge nette est nulle (pH = pHi) [75](#page=75). * * * # Réactions chimiques des acides aminés et dérivés Ce chapitre explore les diverses transformations chimiques que subissent les acides aminés et les molécules importantes qui en dérivent, illustrant leur rôle dynamique dans les processus biologiques [76](#page=76). ### 8.1 Réactions chimiques générales des acides aminés Les acides aminés, avec leurs groupements amine et carboxyle, ainsi que leurs chaînes latérales variables, participent à une gamme de réactions chimiques fondamentales. #### 8.1.1 Décarboxylation La décarboxylation est la perte d'un groupement carboxyle (–COOH) sous forme de dioxyde de carbone (CO₂). Cette réaction est catalysée par des enzymes appelées décarboxylases, souvent nommées Amino Acid Decarboxylases en biochimie [76](#page=76). La réaction générale est : $$ \\text{R–CH(NH}\_2\\text{)–COOH} \\xrightarrow{\\text{décarboxylase}} \\text{R–CH}\_2\\text{–NH}\_2 + \\text{CO}\_2 $$ Le produit est une amine, qui peut être physiologiquement active, agissant comme neurotransmetteur ou messager chimique [76](#page=76). * **Exemple physiologique:** La décarboxylation de l'histidine produit de l'histamine, un médiateur important dans les réactions allergiques et l'inflammation [76](#page=76). #### 8.1.2 Amidation L'amidation consiste à remplacer le groupement hydroxyle du carboxyle (–COOH) par un groupement amine (–NH₂) pour former un amide. La formation des liaisons peptidiques entre deux acides aminés est un exemple clé de cette réaction, où un groupement carboxyle réagit avec un groupement amine pour former une liaison amide et une molécule d'eau [76](#page=76). La formation d'une liaison peptidique est représentée par : $$ \\text{–COOH} + \\text{–NH}\_2 \\longrightarrow \\text{–CONH–} + \\text{H}\_2\\text{O} $$ #### 8.1.3 Estérification L'estérification est une réaction entre un groupement acide carboxylique et un alcool, généralement catalysée par un acide fort. Le groupement amine reste inchangé [77](#page=77). La réaction générale est : $$ \\text{R–CH(NH}\_2\\text{)–COOH} + \\text{R'–OH} \\xrightarrow{\\text{H}^+} \\text{R–CH(NH}\_2\\text{)–COOR'} + \\text{H}\_2\\text{O} $$ Le produit est un ester. Cette réaction est parfois appelée estérification de Fischer. Les esters sont souvent utilisés pour protéger temporairement les groupements carboxyles lors de synthèses chimiques complexes [77](#page=77). * **Exemple pratique:** La proline peut être transformée en proline benzyl ester avec un rendement élevé [77](#page=77). #### 8.1.4 Déshydrogénation La déshydrogénation d'un acide aminé implique la perte du groupement amine (–NH₂) sous forme d'ammoniac (NH₃), catalysée par des enzymes déshydrogénases. Cette réaction transforme un acide aminé en un acide α-cétonique. Elle nécessite des coenzymes d'oxydo-réduction comme le NAD⁺ ou le NADP⁺ [77](#page=77). Les étapes de la déshydrogénation d'un acide aminé sont : 1. Oxydation de l'acide aminé → formation d'un acide α-iminique. 2. Hydrolyse de l'acide α-iminique → libération d'ammoniac (NH₃) et formation d'un acide α-cétonique. 3. Produit final: acide α-cétonique, qui est structurellement un dérivé d'un acide aminé sans le groupe amine [77](#page=77). * **Importance biologique:** Les acides α-cétoniques peuvent fournir de l'énergie en entrant dans le cycle de Krebs pour produire de l'ATP, participer au bilan azoté, ou servir de précurseurs biosynthétiques pour les glucides et les acides gras [78](#page=78). #### 8.1.5 Transamination La transamination est le transfert d'un groupement amine d'un acide aminé vers un acide α-cétonique. Cette réaction est catalysée par des enzymes appelées transaminases ou amino-transférases, nécessitant le phosphate de pyridoxal (PLP), un dérivé de la vitamine B6, comme coenzyme indispensable [78](#page=78). Ces réactions permettent à l'organisme de synthétiser des acides aminés non essentiels sans perdre d'azote [78](#page=78). #### 8.1.6 Réactions avec les aldéhydes (formation de la Base de Schiff) Un aldéhyde aromatique peut réagir avec un groupement amine pour former une Base de Schiff [79](#page=79). La réaction générale est : $$ \\text{R–NH}\_2 + \\text{R'–CHO} \\longrightarrow \\text{R–N=CH–R'} + \\text{H}\_2\\text{O} $$ Dans cette réaction, le groupement amine est déshydraté, menant à la formation d'une double liaison carbone-azote (C=N). Les Bases de Schiff sont souvent des intermédiaires enzymatiques dans les réactions impliquant des acides aminés, comme le coenzyme PLP formant une Base de Schiff avec l'amine du carbone α lors des réactions de transamination [79](#page=79). #### 8.1.7 Réaction avec la ninhydrine La ninhydrine est un agent oxydant puissant utilisé pour dégrader les acides aminés. Elle est largement employée en biochimie et en criminalistique pour révéler les empreintes digitales (car la sueur contient des acides aminés) [79](#page=79). Lors de la réaction avec un acide aminé : 1. La ninhydrine oxyde l'acide aminé, entraînant sa dégradation complète par déamination et décarboxylation. Le carbone α devient un aldéhyde (R–CHO) [79](#page=79). 2. L'ammoniac (NH₃) libéré réagit avec une autre molécule de ninhydrine pour former un complexe coloré appelé pourpre de Ruhemann [79](#page=79). Acide aminé (sauf proline/hydroxyproline)ProduitCouleur obtenueTous les acides aminésPourpre de RuhemannViolet intenseProline, hydroxyprolineComplexe différentBleu Cette différence de couleur pour la proline et l'hydroxyproline s'explique par leur structure d'amine secondaire, moins réactive [80](#page=80). * **Intérêt pratique:** Détection qualitative et dosage quantitatif des acides aminés, avec des applications en biochimie, médecine et criminalistique [80](#page=80). ### 8.2 Propriétés chimiques liées aux chaînes latérales R Les réactions spécifiques des acides aminés dépendent souvent des groupements fonctionnels présents dans leurs chaînes latérales R [80](#page=80). #### 8.2.1 Groupement carboxyle de la chaîne latérale R Les acides aspartique (Asp) et glutamique (Glu) possèdent un groupement carboxyle supplémentaire dans leur chaîne latérale. Ces acides aminés sont donc acides [80](#page=80). * **Transformation en amides :** Ils peuvent réagir avec l'ammoniac (NH₃) pour former leurs amides correspondants : * Acide aspartique → Asparagine [80](#page=80). * Acide glutamique → Glutamine [80](#page=80). #### 8.2.2 Groupement hydroxyle (–OH) de la chaîne latérale La sérine (Ser), la thréonine (Thr) et la tyrosine (Tyr) possèdent un groupement hydroxyle dans leur chaîne latérale [81](#page=81). * **Phosphorylation:** Ces groupes –OH sont le site de réactions de phosphorylation, où un groupement phosphate (–PO₄³⁻) est ajouté [81](#page=81). $$ \\text{R–OH} + \\text{H}\_3\\text{PO}\_4 \\rightleftharpoons \\text{R–O–PO}\_3\\text{H}\_2 + \\text{H}\_2\\text{O} $$ Les produits sont des esters phosphoriques (phosphosérine, phosphothréonine, phosphotyrosine) [81](#page=81). * **O-glycosylation:** C'est une modification post-traductionnelle impliquant l'ajout d'un sucre sur le groupement hydroxyle –OH de la sérine ou de la thréonine, formant une liaison O-glycosidique. Par exemple, la sérine peut être liée à un sucre comme le N-acétylgalactosamine (GalNAc) [81](#page=81). #### 8.2.3 Groupement thiol (–SH) de la cystéine La cystéine (Cys) possède un groupement thiol (–SH) dans sa chaîne latérale, qui est particulièrement susceptible à l'oxydation [82](#page=82). * **Oxydo-réduction des thiols:** Deux molécules de cystéine peuvent s'unir par une liaison covalente forte appelée pont disulfure (–S–S–) lors d'une oxydation [82](#page=82). $$ 2 \\text{ R–CH}\_2\\text{–SH} \\longrightarrow \\text{ R–CH}\_2\\text{–S–S–CH}\_2\\text{–R} + 2\\text{H}^+ + 2\\text{e}^- $$ Le produit est une cystine [82](#page=82). * **Rôle des ponts disulfures:** Ces ponts sont essentiels pour stabiliser la structure tertiaire (intra-chaîne) et quaternaire (inter-chaînes) des protéines. L'insuline, par exemple, est stabilisée par des ponts disulfures [82](#page=82). ### 8.3 Dérivés importants des acides aminés #### 8.3.1 La créatine La créatine est une molécule azotée synthétisée à partir de trois acides aminés: la glycine, l'arginine et la méthionine [83](#page=83). * **Rôle énergétique:** Dans les cellules musculaires, la créatine sert de réservoir d'énergie sous forme de phosphocréatine, capable de régénérer rapidement l'ATP lors d'efforts intenses [83](#page=83). $$ \\text{Créatine} + \\text{ATP} \\rightleftharpoons \\text{Phosphocréatine} + \\text{ADP} $$ Cette réaction est catalysée par la créatine kinase (CK) [83](#page=83). * **Synthèse :** 1. **Rein:** Arginine + Glycine → Guanidinoacétate (GAA) + Ornithine (enzyme: AGAT) [83](#page=83). 2. **Foie:** GAA + SAM (S-adénosyl-méthionine) → Créatine + SAH (S-adénosyl-homocystéine) (enzyme: GAMT). La SAM fournit le groupement méthyle (–CH₃) au GAA [84](#page=84). 3. **Transport:** Le transporteur SLC6A8 assure l'entrée de la créatine dans les cellules musculaires et intestinales [84](#page=84). * **Métabolisme et élimination :** * **Créatinine:** La créatine se dégrade spontanément en créatinine, une molécule cyclique [84](#page=84). * La créatinine est un déchet métabolique éliminé par les reins. Son taux sanguin est un indicateur standard de la fonction rénale [84](#page=84). #### 8.3.2 Les catécholamines et analogues Les catécholamines sont des molécules dérivées d'acides aminés aromatiques (phénylalanine et tyrosine), caractérisées par un cycle catéchol (cycle benzénique avec deux groupes hydroxyles voisins) et un groupe amine [85](#page=85). * **Exemples:** Dopamine, noradrénaline, adrénaline. Elles agissent comme hormones et neurotransmetteurs [85](#page=85). * **Tyramine:** Analogue des catécholamines, dérivé de la tyrosine par décarboxylation. Elle est produite par les bactéries intestinales lors de la digestion d'aliments riches en tyrosine (fromages fermentés, vin rouge, chocolat). La tyramine agit comme un sympathomimétique indirect, provoquant vasoconstriction et augmentation de la pression artérielle [86](#page=86) [87](#page=87). * **Tryptamine:** Dérivé du tryptophane par décarboxylation. C'est un vasoconstricteur puissant qui mime les effets des catécholamines [87](#page=87). * **Sérotonine (5-hydroxytryptamine):** Également dérivée du tryptophane par hydroxylation suivie d'une décarboxylation. Elle joue un rôle clé dans la régulation du sommeil, de l'humeur, de l'appétit, et agit sur le système cardiovasculaire, les plaquettes et l'inflammation [87](#page=87) [88](#page=88). #### 8.3.3 La S-adénosyl-méthionine (SAM) La SAM, ou S-Adénosyl-Méthionine, est un coenzyme dérivé de la méthionine et de l'ATP [88](#page=88). * **Rôle:** La SAM est un donneur de groupement méthyle (–CH₃) essentiel dans de nombreuses réactions de méthylation catalysées par des méthyltransférases [88](#page=88). * **Synthèse :**$$ \\text{Méthionine} + \\text{ATP} \\longrightarrow \\text{S-Adénosyl-Méthionine (SAM)} + \\text{PP}\_i + \\text{P}\_i $$ * **Rôle dans la synthèse de la créatine:** La SAM est cruciale dans la deuxième étape de la synthèse de la créatine, au niveau du foie, où elle méthyle le guanidinoacétate (GAA) pour former la créatine [89](#page=89). #### 8.3.4 Les iodotyrosines Les iodotyrosines sont des dérivés iodés de la tyrosine. Elles sont les précurseurs des hormones thyroïdiennes T₃ (triiodothyronine) et T₄ (thyroxine) [89](#page=89). * * * # Méthodes d'identification et de quantification des acides aminés et peptides Ce chapitre présente les techniques fondamentales utilisées pour identifier et quantifier la présence d'acides aminés, ainsi que les méthodes permettant de déterminer la séquence précise des acides aminés au sein d'un peptide. ### 9.1 Méthodes d'identification des acides aminés (qualitatives) Ces méthodes visent à déterminer quels acides aminés sont présents dans un échantillon donné [90](#page=90). #### 9.1.1 L'électrophorèse L'électrophorèse utilise le mouvement des acides aminés sous l'effet d'un champ électrique dans un milieu tampon [90](#page=90). * Le principe repose sur la séparation des acides aminés en fonction de leur charge électrique à un pH donné. * Chaque acide aminé possède une charge qui dépend du pH du milieu et de son point isoélectrique (pHi). * Les acides aminés migrent vers l'électrode de charge opposée. * Des marqueurs de poids moléculaire peuvent être utilisés pour comparer les migrations. * Les acides aminés peuvent être rendus visibles par des colorants spécifiques après la migration [90](#page=90). #### 9.1.2 La chromatographie La chromatographie est une technique de séparation basée sur la distribution des solutés (ici, les acides aminés) entre une phase stationnaire (fixe) et une phase mobile (en mouvement) [90](#page=90). ##### 9.1.2.1 Les deux phases en chromatographie * **Phase stationnaire (fixe):** Le support matériel qui ne bouge pas, sur lequel les acides aminés peuvent se fixer plus ou moins fortement en fonction de leurs propriétés (charge, polarité). Exemples: papier de chromatographie, plaque de silice, colonne de billes de silice (HPLC) [90](#page=90). * **Phase mobile (en mouvement):** Le solvant liquide qui circule à travers la phase stationnaire, entraînant les acides aminés [90](#page=90). Le "tir à la corde" entre la phase stationnaire et la phase mobile détermine la vitesse de migration de chaque acide aminé. Les acides aminés moins polaires migrent plus loin sur une phase stationnaire polaire, tandis que les acides aminés polaires sont plus retenus [91](#page=91). ##### 9.1.2.2 La chromatographie sur couche mince (C.C.M.) C'est une méthode rapide et simple pour séparer et identifier les acides aminés [92](#page=92). * **Principe:** Dépôt d'un mélange d'acides aminés sur une plaque recouverte de silice ou d'alumine (phase stationnaire), puis élution par un solvant (phase mobile) qui monte par capillarité [92](#page=92). * **Déroulement :** 1. **Dépôt de l'échantillon :** Une goutte du mélange est déposée près du bas de la plaque. 2. **Élution:** La plaque est placée dans une cuve avec le solvant; les acides aminés migrent à des vitesses différentes selon leur polarité, taille et solubilité [92](#page=92). 3. **Révélation:** Les acides aminés incolores sont visualisés après vaporisation de ninhydrine et chauffage, formant des taches colorées (violet, jaune pour la proline) [92](#page=92). * **Calcul du rapport frontal (Rf):** $Rf = \\frac{h}{H}$, où $h$ est la distance parcourue par la tache et $H$ la distance parcourue par le front du solvant. Le Rf est caractéristique de chaque acide aminé [92](#page=92). ##### 9.1.2.3 La chromatographie ionique Cette méthode sépare les acides aminés en fonction de leur charge électrique à un pH donné [93](#page=93). * **Principe:** Utilisation de résines échangeuses d'ions. Les résines chargées négativement retiennent les cations (acides aminés positifs), tandis que les résines chargées positivement retiennent les anions (acides aminés négatifs) [93](#page=93). * **Influence du pH:** Le pH du milieu détermine la charge globale de chaque acide aminé en fonction de ses pKa et de son point isoélectrique (pHi) [93](#page=93). * pH < pHi : charge positive * pH = pHi : charge neutre * pH > pHi : charge négative * **Élution:** L'élution des acides aminés est obtenue en modifiant le pH ou la force ionique du solvant [93](#page=93). * **Détection:** Les acides aminés sont détectés par UV ou par réaction à la ninhydrine après leur sortie de colonne, apparaissant sous forme de pics sur un chromatogramme. La position du pic identifie l'acide aminé et sa surface permet la quantification [94](#page=94). #### 9.1.3 Méthodes photométriques Ces méthodes quantifient les acides aminés qui absorbent la lumière ultraviolette (UV), principalement les acides aminés aromatiques [94](#page=94). * **Principe:** Mesure de l'absorbance d'une solution contenant des acides aminés aromatiques (Tryptophane, Tyrosine, Phénylalanine) à une longueur d'onde spécifique, généralement autour de 280 nm. L'absorbance est proportionnelle à la concentration [94](#page=94). #### 9.1.4 Méthodes colorimétriques Ces méthodes exploitent la réaction des acides aminés avec des réactifs chimiques pour former des composés colorés, dont l'intensité de couleur permet la quantification [95](#page=95). * **Réactif principal:** La ninhydrine [95](#page=95). * **Réaction:** La ninhydrine réagit avec le groupement amine des acides aminés pour former le pourpre de Ruhemann, une substance colorée violette [95](#page=95). * **Mesure:** L'intensité de la couleur est mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre (généralement à 570 nm) [95](#page=95). * **Exception:** La proline, un iminoacide, donne une coloration jaune avec la ninhydrine [95](#page=95). ### 9.2 Détermination de la séquence des peptides Un peptide est une chaîne de plusieurs acides aminés reliés par des liaisons peptidiques (liaisons amide). La séquence d'un peptide décrit l'ordre dans lequel les acides aminés sont liés [96](#page=96). #### 9.2.1 Détermination de la composition en acides aminés Avant de déterminer la séquence, il est nécessaire de connaître la nature et la proportion de chaque acide aminé [100](#page=100). * **Principe:** Les liaisons peptidiques sont rompues pour libérer les acides aminés individuels, qui sont ensuite identifiés et quantifiés [100](#page=100). * **Méthode : Hydrolyse acide** * Le peptide est chauffé dans de l'acide chlorhydrique (HCl) concentré à haute température [100](#page=100). * Les liaisons peptidiques sont rompues, redonnant les acides aminés libres [100](#page=100). * **Conditions:** HCl 6 mol/L, 110 °C, 8 à 24 heures [100](#page=100). * **Traitement des ponts disulfure (S–S):** Les ponts disulfure entre résidus cystéine doivent être rompus avant l'hydrolyse acide, par oxydation ou réduction [100](#page=100). * **Cas particulier du Tryptophane (Trp):** Le tryptophane est fragile et est détruit lors de l'hydrolyse acide. Pour le préserver, on utilise une **hydrolyse alcaline** (NaOH, 100 °C, 4 à 8 heures). Souvent, les deux types d'hydrolyse sont réalisés . * **Séparation des acides aminés:** Les acides aminés libérés sont séparés par chromatographie ionique . * **Révélation et dosage:** Utilisation de la réaction à la ninhydrine pour visualiser et quantifier chaque acide aminé par spectrophotométrie . #### 9.2.2 Identification de l'acide aminé N-terminal L'extrémité N-terminale d'un peptide est celle qui porte le groupement amine libre (–NH₂) du premier acide aminé . ##### 9.2.2.1 Méthode de Sanger (ou méthode au DNFB) Identifier le premier acide aminé du peptide . * **Principe:** Marquage du groupe amine libre du N-terminal avec un réactif chimique, suivi de l'hydrolyse du peptide et de l'identification de l'acide aminé marqué . * **Réactif:** 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB), aussi appelé réactif de Sanger . * **Étapes :** 1. **Marquage du N-terminal:** Le DNFB réagit avec le groupe –NH₂ libre du peptide, formant un dérivé DNF–Peptide jaune . 2. **Hydrolyse acide:** Le peptide marqué est hydrolysé en milieu acide fort (HCl 6 mol/L, 110 °C, 24h). Toutes les liaisons peptidiques sont rompues, libérant le DNF–AA (N-terminal marqué) et les autres acides aminés libres . 3. **Séparation et identification:** Le composé DNF–AA, jaune, est séparé par chromatographie et comparé à des standards de DNF–AA pour identifier l'acide aminé N-terminal . ##### 9.2.2.2 Méthode au chlorure de dansyl (ou méthode de Gray) Similaire à la méthode de Sanger, mais plus sensible et le produit final est fluorescent . * **Principe:** Marquage du groupe amine libre du N-terminal avec le chlorure de dansyl (DANS–Cl). Le dérivé DANSYL–AA obtenu est fluorescent sous UV . * **Étapes :** 1. **Marquage du N-terminal:** Le peptide est traité avec DANS–Cl en milieu alcalin (pH ≈8–9) . 2. **Hydrolyse acide:** Le peptide est hydrolysé dans des conditions acides fortes. Le DANS–AA est libéré, les autres acides aminés restent non marqués . 3. **Séparation et identification:** Le DANS–AA fluorescent est séparé par chromatographie (souvent C.C.M.) et identifié par comparaison avec des standards DANS–AA . ##### 9.2.2.3 Méthode d'Edman Permet de déterminer la séquence d'un peptide en libérant les acides aminés un par un à partir de l'extrémité N-terminale, sans détruire le reste de la chaîne . * **Principe:** Réaction du peptide avec le phénylisothiocyanate (PITC), qui se fixe sur le groupe –NH₂ du N-terminal. Une réaction douce libère ensuite le premier acide aminé sous forme de dérivé cyclique (PTH–AA), le reste du peptide restant intact mais raccourci d'un acide aminé. Ce cycle peut être répété pour déterminer la séquence complète . * **Réactif:** Phénylisothiocyanate (PITC, C₆H₅–N=C=S) . * **Étapes :** 1. **Marquage du N-terminal:** Le PITC réagit avec le groupe amine libre du premier acide aminé en milieu légèrement alcalin (≈pH 9) . 2. **Cyclisation et libération du N-terminal:** Le PTC–Peptide est traité en milieu acide faible (≈pH 3). Le premier acide aminé est libéré sous forme de phénylthiohydantoïne (PTH–AA) . 3. **Identification du PTH–AA:** Le dérivé PTH–AA est identifié par chromatographie ou spectrométrie . 4. **Répétition du cycle:** Le peptide restant (raccourci d'un acide aminé) peut subir une nouvelle réaction pour libérer le second acide aminé, et ainsi de suite . #### 9.2.3 Détermination de l'acide aminé C-terminal L'extrémité C-terminale d'un peptide porte le groupement carboxyle libre (–COOH) du dernier acide aminé . ##### 9.2.3.1 Méthode enzymatique aux aminopeptidases * **Principe:** Les aminopeptidases sont des exopeptidases qui coupent les liaisons peptidiques à partir de l'extrémité N-terminale, libérant les acides aminés un par un. L'ordre de libération permet d'inférer la séquence à partir du N-terminal . ##### 9.2.3.2 Méthodes aux carboxypeptidases * **Principe:** Les carboxypeptidases sont des exopeptidases qui agissent sur l'extrémité C-terminale . * **Carboxypeptidase A:** Libère la plupart des acides aminés C-terminaux, sauf Cys, Arg, Lys . * **Carboxypeptidase B:** Libère les acides aminés basiques (Arg, Lys), sauf Gly . * **Méthode:** Le peptide est incubé avec la carboxypeptidase appropriée; l'enzyme hydrolyse la liaison peptidique C-terminale, libérant l'acide aminé et raccourcissant le peptide. Le peptide restant est ensuite analysé . ##### 9.2.3.3 Méthode chimique à l'hydrazine * **Principe:** Réaction du peptide avec de l'hydrazine (NH₂–NH₂). L'hydrazine rompt toutes les liaisons peptidiques, transformant la plupart des acides aminés en hydrazides, sauf l'acide aminé C-terminal qui conserve son groupe –COOH libre . * **Résultat:** Le seul acide aminé resté libre (le C-terminal) peut être identifié par chromatographie ou autres méthodes . #### 9.2.4 Fragmentation de peptides à l'aide d'endopeptidases et de fragmentation chimique Pour les peptides ou protéines trop longs pour être séquencés directement, une fragmentation préalable est nécessaire . * **Fragmentation enzymatique:** Utilisation d'endopeptidases qui coupent les liaisons peptidiques en des sites spécifiques de la chaîne polypeptidique . * **Trypsine:** Coupe après Arg et Lys (sauf si Proline est suivant) . * **Chymotrypsine:** Coupe après Tyr, Trp, Phe . * **Pepsine:** Coupe après des acides aminés aromatiques et hydrophobes à pH acide . * **Thermolyne:** Coupe avant des acides aminés hydrophobes (Leu, Ile, Val, Phe) . * **Fragmentation chimique : Bromure de cyanogène (BrCN)** * **Spécificité:** Le BrCN coupe uniquement les liaisons peptidiques situées après la méthionine (Met) . * **Mécanisme:** Le BrCN réagit avec le soufre de la méthionine, formant un intermédiaire qui provoque la coupure de la liaison peptidique . * **Résultat:** Deux fragments sont obtenus, le premier se terminant par un dérivé de méthionine, le second commençant par l'acide aminé qui suivait la méthionine . Les fragments ainsi obtenus sont ensuite séquencés individuellement, et les informations sont assemblées pour reconstituer la séquence complète du peptide d'origine . ### 9.3 Exemples de peptides biologiquement actifs * **Peptides hormonaux :** * **Hormones du système nerveux central:** Oxytocine (9AA), Vasopressine (9AA) . * **Hormones pancréatiques:** Insuline (2 chaînes, 51AA au total), Glucagon (29AA) . * **Peptides à activités antibiotiques:** Produits par des bactéries ou champignons, certains utilisés en thérapeutique (ex: Bacitracine, Gramicidine D) . * * * # Protéines : structure, propriétés et classification Ce résumé aborde les concepts fondamentaux des protéines, englobant leur définition, les différents niveaux de leur structure, leurs propriétés physiques et chimiques, ainsi que leur classification. ### 10.1 Définition et composition des protéines Les protéines sont des macromolécules complexes constituées d'un grand nombre d'acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques. L'ordre spécifique de ces acides aminés, appelé séquence, est déterminé génétiquement. Ces chaînes polypeptidiques adoptent une structure tridimensionnelle précise, la conformation, indispensable à leur activité biologique. Les protéines contiennent principalement les éléments carbone (C), hydrogène (H), oxygène (O), azote (N) et souvent du soufre (S). La majorité des protéines naturelles sont synthétisées à partir des 20 acides aminés standards, mais certaines subissent des modifications post-traductionnelles donnant naissance à des acides aminés dérivés, tels que l'hydroxyproline et l'hydroxylysine, particulièrement abondants dans le collagène pour stabiliser les fibres . ### 10.2 Structures des protéines Les protéines présentent quatre niveaux de structure : #### 10.2.1 Structure primaire La structure primaire correspond à la séquence linéaire des acides aminés dans la chaîne polypeptidique. Elle débute au niveau du groupement N-terminal et est codée par un gène dans l'ADN, chaque triplet de nucléotides (codon) correspondant à un acide aminé spécifique lors de la traduction de l'ARNm. La structure primaire inclut également la localisation des ponts disulfure . #### 10.2.2 Structure secondaire La structure secondaire résulte du repliement local de la chaîne d'acides aminés et est stabilisée par des liaisons hydrogènes entre les groupements amide (-NH) et carbonyle (-CO) du squelette peptidique. Les deux structures secondaires principales sont : * **Hélice α:** Le polypeptide s'enroule en une structure hélicoïdale, avec les chaînes latérales des acides aminés orientées vers l'extérieur du squelette hélicoïdal. Les liaisons hydrogènes se forment entre l'oxygène d'un groupement carboxylique (-C=O) et l'hydrogène d'un groupement aminé (-NH) . * **Feuillet β:** Cette structure est formée par l'association d'au moins deux brins β. Les liaisons hydrogènes unissent le groupement carbonyle (-CO) d'un peptide au groupement amine (-NH) d'un peptide adjacent. Les brins β peuvent être antiparallèles ou parallèles . #### 10.2.3 Structure tertiaire La structure tertiaire représente la conformation tridimensionnelle complète d'une protéine individuelle. Elle résulte de l'interaction des chaînes latérales des acides aminés et de la structure secondaire. Elle est stabilisée par divers types de liaisons : * **Liaisons covalentes:** Ponts disulfure entre des résidus cystéine . * **Liaisons non covalentes:** Liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes (les chaînes latérales hydrophobes se regroupent à l'intérieur de la protéine pour former un cœur hydrophobe) et interactions ioniques . Cette structure est cruciale pour la fonctionnalité de la protéine, notamment pour la formation du site actif des enzymes . #### 10.2.4 Structure quaternaire La structure quaternaire décrit l'association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (appelées sous-unités) pour former une protéine fonctionnelle. On distingue : * **Homopolymères:** Les sous-unités sont identiques . * **Hétéropolymères:** Les sous-unités sont différentes . > **Exemple:** L'hémoglobine A est un hétérotétramère, composé de quatre sous-unités différentes (deux chaînes α et deux chaînes β) . ### 10.3 Propriétés physiques des protéines #### 10.3.1 Solubilité La plupart des protéines sont solubles dans l'eau, notamment les protéines globulaires. Les protéines insolubles dans l'eau sont appelées scléroprotéines ou protéines fibreuses . #### 10.3.2 Cristallisation Il est possible de cristalliser les protéines en manipulant le pH, la concentration saline (force ionique) et en utilisant des solvants organiques qui réduisent leur solubilité dans l'eau, favorisant ainsi leur agrégation ordonnée . #### 10.3.3 Propriétés optiques Les protéines sont optiquement actives. Elles absorbent la lumière UV à 280 nm en raison de la présence de résidus aromatiques. La réaction du Biuret, en milieu alcalin, forme un complexe coloré violet avec les ions cuivriques, dont le maximum d'absorption à 540 nm permet le dosage des protéines sanguines selon la loi de Beer-Lambert ($DO = \\varepsilon L C$) . #### 10.3.4 Masse moléculaire Chaque protéine possède une masse moléculaire caractéristique, généralement supérieure à 6000 Daltons (Da). Une méthode courante pour déterminer la masse moléculaire est la chromatographie par gel-filtration, où les protéines sont séparées selon leur taille sur un gel de dextranes: les grosses molécules sont exclues du gel et traversent rapidement la colonne, tandis que les petites pénètrent le gel et sont retardées. L'étalonnage de la colonne avec des protéines de masses molaires connues permet de déterminer la masse des protéines étudiées . ### 10.4 Propriétés chimiques des protéines #### 10.4.1 Réactivité La réactivité d'une protéine dépend de celle des acides aminés qui la constituent. Une majorité d'acides aminés basiques confère une tendance basique à la protéine, tandis qu'une majorité d'acides aminés acides lui confère une tendance acide . #### 10.4.2 Caractère amphotère Une molécule amphotère peut agir à la fois comme un acide (donneur de proton $H^+$) et comme une base (accepteur de proton $H^+$). Les protéines sont amphotères car elles possèdent des groupes chimiques acides et basiques . * **Groupes ionisables :** * **Extrémités de la chaîne peptidique:** Groupement carboxyle terminal (-COOH / $COO^-$) acide, et groupement amine terminal (-$NH\_2$ / -$NH\_3^+$) basique . * **Chaînes latérales (radicaux) des acides aminés:** Groupements acides (-COOH des résidus Asp et Glu), groupements basiques (-$NH\_2$ des résidus Lys, Arg, His). D'autres groupements polaires (-OH de Tyr et Ser, -SH de Cys) peuvent aussi être ionisables . #### 10.4.3 Point isoélectrique (pI) Le point isoélectrique (pI) est le pH auquel une protéine possède une charge nette globale nulle. À ce pH, la protéine ne migre pas dans un champ électrique (électrophorèse) et sa solubilité est souvent réduite, pouvant mener à la précipitation . > **Remarque:** Après une électrophorèse, les protéines sont révélées par une coloration au bleu de Coomassie . ### 10.5 Propriétés biologiques des protéines #### 10.5.1 Propriétés antigéniques Les protéines peuvent agir comme antigènes, induisant la synthèse d'anticorps . #### 10.5.2 Activités biologiques spécifiques Les protéines remplissent une multitude de fonctions biologiques, incluant la catalyse enzymatique, le rôle d'hormones (comme l'hormone de croissance - GH, ou l'érythropoïétine - EPO), et peuvent agir comme toxines (ex: exotoxines bactériennes). Certaines protéines possèdent une activité antibiotique, comme la protéine VanX qui est une hydrolase . ### 10.6 Classification des protéines Les protéines sont classifiées en deux grandes catégories : #### 10.6.1 Holoprotéines Les holoprotéines sont constituées uniquement d'acides aminés. Elles peuvent être globulaires ou fibreuses . * **Holoprotéines globulaires solubles :** Ces protéines ont une forme sphéroïde et sont solubles dans l'eau car leurs chaînes latérales hydrophobes sont orientées vers l'intérieur de la molécule. Elles incluent la majorité des protéines fonctionnelles, telles que les enzymes, les hormones et les anticorps . * **Albumines:** Représentent environ 60% des protéines sériques, étant la protéine plasmatique la plus abondante. Elles jouent un rôle clé dans le maintien de la pression oncotique et le transport de diverses substances (acides gras, médicaments, hormones). La pression oncotique, principalement due à l'albumine, maintient l'eau dans les vaisseaux sanguins, empêchant son excès dans les tissus et la formation d'œdèmes . * **Globulines:** Constituent environ 40% des protéines sériques. Elles sont impliquées dans le transport de molécules, la défense immunitaire, la coagulation et la réponse inflammatoire. Les globulines sont classées selon leur mobilité électrophorétique : * **α-globulines:** Incluent l'α1-antitrypsine et la transcortine, impliquées dans l'inhibition enzymatique et le transport d'hormones . * **α2-globulines:** Comprennent l'haptoglobine et la céruloplasmine, importantes pour le transport du fer et du cuivre, ainsi que la défense contre les protéases . * **β-globulines:** Incluent la transferrine et le complément C3, essentiels au transport du fer et à la réponse immunitaire . * **γ-globulines:** Représentent les immunoglobulines (anticorps), impliquées dans la défense immunitaire spécifique. Elles sont la fraction la moins mobile en électrophorèse . > **Principe de la séparation sérique:** L'électrophorèse des protéines sériques sur gel d'agarose sépare les protéines en fonction de leur charge et de leur taille dans un champ électrique, permettant leur visualisation après coloration . #### 10.6.2 Hétéroprotéines Les hétéroprotéines sont constituées d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique (groupement prosthétique) . * **Phosphoprotéines:** Protéine liée à un groupement phosphorique par une liaison ester (ex: caséine du lait) . * **Nucléoprotéines:** Protéine liée à un acide nucléique (ADN ou ARN) (ex: télomérase) . * **Glycoprotéines:** Protéines liées de façon covalente à des chaînes glucidiques via des N-glycosylations (sur Asparagine) ou des O-glycosylations (sur Sérine ou Thréonine). Elles sont présentes dans les membranes cellulaires, le plasma et les tissus conjonctifs. Les mucines protègent les épithéliums, les immunoglobulines participent à la défense immunitaire, et les glycoprotéines des groupes sanguins déterminent les types sanguins A, B, O par leur motif glucidique terminal sur les hématies . * **Lipoprotéines:** Complexes protéines-lipides transportant les lipides insolubles dans le plasma sanguin. Elles sont classées en cinq classes selon leur composition et densité: Chylomicrons, VLDL, IDL, LDL, et HDL . * **Chromoprotéines:** Protéines associées à un pigment coloré . * * * ## Erreurs courantes à éviter * Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens * Portez attention aux formules et définitions clés * Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section * Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Aldose | Un type de monosaccharide caractérisé par la présence d'une fonction aldéhyde sur le carbone 1. | | Kiliani-Fischer | Une méthode de synthèse chimique utilisée pour allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un carbone. | | Acide aldonic | Le produit d'oxydation douce d'un aldose, où le groupe aldéhyde est converti en groupe carboxylique. | | Projection de Fischer | Une représentation bidimensionnelle des molécules chirales, notamment les sucres, montrant les groupes fonctionnels dans un plan vertical. | | Projection de Haworth | Une représentation tridimensionnelle simplifiée des cycles de sucres, souvent utilisée pour les oses cycliques. | | Carbone anomérique | Le carbone qui était le carbone du carbonyle dans la forme linéaire de l'ose et qui devient un centre chiral dans la forme cyclique. | | Holoside | Un glucide complexe entièrement composé d'oses, liés entre eux par des liaisons osidiques. | | Hétéroside | Un glucide complexe composé d'une partie osidique (sucres) et d'une partie non osidique (aglycone). | | Liaison glycosidique | La liaison covalente formée entre deux oses ou entre un ose et une autre molécule, généralement par l'intermédiaire du carbone anomérique. | | Polysaccharide | Un glucide complexe formé par la condensation de nombreuses unités de monosaccharides (>10). | | Homopolysaccharide | Un polysaccharide composé d'un seul type de monosaccharide. | | Hétéropolysaccharide | Un polysaccharide composé de différents types de monosaccharides. | | Glycérol | Un triol, un alcool à trois groupes hydroxyles, qui sert de squelette à de nombreux lipides comme les triglycérides. | | Acide gras | Une longue chaîne d'hydrocarbures terminée par un groupe acide carboxylique (-COOH). Ils sont les constituants de base des lipides. | | Triglycéride | Un ester formé par la réaction du glycérol avec trois molécules d'acides gras. C'est une forme de stockage d'énergie importante. | | Phospholipide | Un lipide complexe contenant un groupe phosphate, essentiel à la structure des membranes cellulaires. Ils sont amphiphiles. | | Sphingolipide | Un type de lipide complexe dont le squelette est basé sur la sphingosine au lieu du glycérol. Ils sont importants dans le système nerveux. | | Glycolipide | Un lipide complexe contenant un glucide. Ils sont souvent présents à la surface des membranes cellulaires et jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire. | | Acide aminé | Molécule organique possédant à la fois une fonction amine (-NH2) et une fonction acide carboxylique (-COOH). Les acides aminés sont les monomères des protéines. | | Liaison peptidique | La liaison covalente qui relie deux acides aminés dans une chaîne polypeptidique, formée entre le groupe carboxylique d'un acide aminé et le groupe amine de l'autre. | | Peptide | Une molécule courte composée d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. | | Polypeptide | Une longue chaîne d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Les protéines sont des polypeptides de grande taille. | | Structure primaire | La séquence linéaire des acides aminés dans une chaîne polypeptidique, déterminée par l'ordre génétique. | | Structure secondaire | Le repliement local régulier d'une chaîne polypeptidique, stabilisé par des liaisons hydrogène (ex: hélice alpha, feuillet bêta). | | Structure tertiaire | La conformation tridimensionnelle globale d'une seule chaîne polypeptidique, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés. | | Structure quaternaire | L'assemblage de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine fonctionnelle. | | Amphotère | Capable de se comporter à la fois comme un acide et comme une base, c'est-à-dire de donner ou de capter un proton (H+). | | Zwitterion | Une molécule neutre dans sa charge globale, mais portant simultanément une charge positive et une charge négative. Les acides aminés sont souvent zwitterions en milieu neutre. | | Point isoélectrique (pHi) | Le pH auquel un acide aminé ou une protéine porte une charge nette nulle, existant principalement sous forme de zwitterion. | | Électrophorèse | Technique de séparation des molécules basée sur leur migration dans un champ électrique en fonction de leur charge et de leur taille. | | Chromatographie | Technique de séparation des mélanges basée sur la différence d'affinité des composants pour une phase stationnaire et une phase mobile. | | Ninhydrine | Un réactif chimique utilisé pour détecter et quantifier les acides aminés et les amines, formant un complexe coloré (pourpre de Ruhemann). | | Hormone | Molécule chimique produite par une glande et transportée par le sang pour agir sur des cellules cibles, régulant diverses fonctions physiologiques. | | Neurotransmetteur | Molécule chimique libérée par un neurone pour transmettre un signal à une autre cellule nerveuse, musculaire ou glandulaire. | | Catécholamine | Une classe de molécules dérivées de la tyrosine, incluant l'adrénaline, la noradrénaline et la dopamine, agissant comme hormones et neurotransmetteurs. | | Créatine | Une molécule azotée produite par l'organisme, principalement stockée dans les muscles, servant de réserve d'énergie rapide sous forme de phosphocréatine. | | Urée | Un composé azoté produit lors du métabolisme des protéines, éliminé par les reins dans l'urine. | | Peptide hormonal | Un peptide agissant comme une hormone, régulant des fonctions physiologiques. | | Peptide antibiotique | Un peptide naturel produit par des micro-organismes, capable d'inhiber la croissance bactérienne. | | Protéine globulaire | Une protéine de forme sphérique ou ellipsoïdale, soluble dans l'eau, souvent impliquée dans des fonctions dynamiques comme le transport ou la catalyse enzymatique. | | Protéine fibreuse | Une protéine de forme allongée, souvent insoluble dans l'eau, jouant des rôles structuraux (ex: collagène, kératine). | | Holoprotéine | Une protéine composée uniquement d'acides aminés. | | Hétéroprotéine | Une protéine composée d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique (groupement prosthétique). | | Glycoprotéine | Une hétéroprotéine dans laquelle le groupement prosthétique est un glucide. | | Lipoprotéine | Une hétéroprotéine dans laquelle le groupement prosthétique est un lipide. | | Phosphoprotéine | Une protéine modifiée par l'ajout d'un groupe phosphate, souvent sur des résidus sérine ou thréonine. | | Nucléoprotéine | Un complexe formé par une protéine et un acide nucléique (ADN ou ARN). |