Biochemistry

# Zwakke krachten en hun rol in biochemie Biochemische processen zijn afhankelijk van transiënte of permanente interacties tussen biomoleculen, voornamelijk tot stand gebracht door zwakke, niet-covalente associaties zoals waterstofbruggen, ionaire bindingen, van der Waals interacties en het hydrofoob effect. Deze interacties zijn cruciaal voor de structuur en functie van biomoleculen en de organisatie van cellulaire componenten [19](#page=19) [6](#page=6). ### 1.1 Waterstofbruggen #### 1.1.1 Waterstofbruggen in water Water vormt een essentieel medium voor biochemische reacties en organismen bestaan voor 70 tot 80% uit water. Het zuurstofatoom in een watermolecuul is elektronegatiever dan waterstof, waardoor het de gemeenschappelijke elektronenparen naar zich toetrekt. Dit resulteert in een polaire structuur met een dipoolmoment, waarbij de zuurstofzijde licht negatief en de waterstofzijde licht positief geladen is. Deze polariteit leidt ertoe dat watermoleculen zich oriënteren en elkaar aantrekken via zwakke interacties die waterstofbruggen worden genoemd [7](#page=7). De energie van een waterstofbrug tussen watermoleculen is ongeveer 5 kcal/mol, wat aanzienlijk lager is dan de bindingsenergie van een covalente binding (O-H = 110 kcal/mol). De afstand tussen de kernen in een O-H binding is ongeveer 1.2 Å, terwijl de afstand in een waterstofbrug rond de 2.7 Å ligt. Deze waterstofbruggen dragen bij aan het hoge kookpunt van water [9](#page=9). #### 1.1.2 Waterstofbruggen tussen biomoleculen Biomoleculen kunnen ook waterstofbruggen vormen wanneer ze functionele groepen bevatten met elektronegatieve atomen zoals zuurstof (O) of stikstof (N). Groepen zoals hydroxyl (OH), amine (NH2), carbonyl (C=O) en amidegroepen zijn hierbij betrokken. Een waterstofbrugdonor is een atoom (meestal O of N) dat gebonden is aan een waterstofatoom, terwijl een waterstofbrugacceptor een elektronegatief atoom is dat een waterstofatoom kan accepteren [10](#page=10). * **Waterstofbrugdonor:** Een groep die een H-atoom levert dat aan een elektronegatief atoom is gebonden. * **Waterstofbrugacceptor:** Een elektronegatief atoom (zoals O of N) dat een H-atoom van een donor accepteert. Waterstofbruggen kunnen lineair of niet-lineair zijn, waarbij lineaire waterstofbruggen doorgaans sterker zijn. Deze interacties zijn cruciaal voor de oplosbaarheid van moleculen in water (hydrofiele eigenschap) en spelen een belangrijke rol in de structuur van eiwitten en nucleïnzuren [10](#page=10) [19](#page=19). ### 1.2 De ionaire binding (elektrostatische binding) Wanneer het verschil in elektronegativiteit tussen twee atomen groot is, kan een elektronpaar van het ene atoom (donor) volledig overgaan naar het andere atoom (acceptor), wat resulteert in de vorming van ionen: een anion (negatief geladen) en een kation (positief geladen). Een proton (H+) kan zich binden aan een ander atoom om een kation te vormen. De aantrekkingskracht tussen deze tegengesteld geladen ionen wordt beschreven door de wet van Coulomb [11](#page=11). De sterkte van deze interactie wordt beïnvloed door de diëlektrische constante (D) van het medium. Water heeft een hoge diëlektrische constante (ongeveer 80), vergeleken met vacuüm (D=1). Hierdoor is water een uitstekend oplosmiddel voor ionen, omdat de watermoleculen (met hun dipoolkarakter) de ionen omringen in een "watermantel", waarbij hydratatie-energie vrijkomt [12](#page=12). ### 1.3 Van der Waals interacties Van der Waals interacties zijn zwakke aantrekkingskrachten die optreden tussen niet-polaire moleculen. Ze ontstaan door transiënte dipolen die op korte afstand ontstaan wanneer de elektronenwolk van een molecuul fluctueert, waardoor een tijdelijke dipool ontstaat die een induceerbare dipool in een naburig molecuul kan creëren [13](#page=13). De sterkte van deze interactie is sterk afhankelijk van de afstand tussen de moleculen, waarbij er een optimale afstand is voor de interactie, de van der Waals straal. Deze optimale afstand is ongeveer twee keer de covalent gebonden straal. Hoewel de energie van een enkele van der Waals interactie laag is (ongeveer 1 kcal/mol), zijn ze gezamenlijk zeer belangrijk door het grote aantal interacties dat kan optreden tussen grote biomoleculen [13](#page=13). De van der Waals stralen voor enkele atomen uit biomoleculen zijn: * H: 1.2 Å * C: 2.0 Å * N: 1.5 Å * O: 1.4 Å * S: 1.85 Å ### 1.4 Het hydrofoob effect Het hydrofoob effect beschrijft de neiging van hydrofobe (water-afstotende) moleculen om te aggregeren in een waterige oplossing. Dit staat tegenover hydrofiele (water-liefhebende) moleculen die goed oplossen in water. Wanneer hydrofobe moleculen zich in water bevinden, verstoren ze de waterstofbrugstructuur van het water. Om de thermodynamisch ongunstige verstoring van de waterstructuur te minimaliseren, aggregeren hydrofobe moleculen, waardoor het oppervlak dat in contact staat met water wordt verkleind. Dit aggregeren is een belangrijke drijvende kracht achter de opvouwing van eiwitten en de vorming van membraanstructuren [15](#page=15) [19](#page=19). > **Tip:** Het hydrofobe effect is niet zozeer een aantrekkingskracht tussen hydrofobe moleculen, maar eerder een gevolg van de ongunstige interactie met water, wat leidt tot een verhoging van de orde in het water en dus een afname van de entropie. ### 1.5 De rol van zwakke krachten in biochemische structuren en processen De collectieve werking van deze verschillende zwakke krachten is essentieel voor tal van biochemische processen en moleculaire structuren [19](#page=19). * **Dubbelstrengig DNA:** De stabiliteit van de dubbele helix van DNA is grotendeels te danken aan waterstofbruggen die gevormd worden tussen de complementaire nucleobasen (A met T, en G met C) [19](#page=19). * **Celmembranen:** Het hydrofobe effect is de drijvende kracht achter de vorming van de lipide dubbellaag die celmembranen vormt. Hydrofobe staarten van lipiden clusteren in het inwendige van het membraan, weg van het waterige milieu [19](#page=19). * **Eiwitstructuur:** De secundaire structuur van eiwitten, zoals alfa-helices en bèta-sheets, wordt gevormd door waterstofbruggen tussen de backbone atomen van aminozuren. De tertiaire en quaternaire structuren worden verder gestabiliseerd door een combinatie van waterstofbruggen, van der Waals interacties en hydrofobe interacties [19](#page=19). * **Moleculaire herkenning:** Interacties tussen biomoleculen, zoals DNA-bindende eiwitten (transcriptiefactoren) en hun DNA-sequenties, berusten op een combinatie van elektrostatische interacties en waterstofbrugvorming, waardoor een hoge specificiteit wordt bereikt [19](#page=19). De synergetische werking van deze zwakke krachten maakt complexe biologische functies mogelijk op moleculair niveau [19](#page=19). --- # Lipiden en cellulaire membranen Lipiden vormen een diverse groep moleculen die voornamelijk worden gekenmerkt door hun hydrofobe aard en hun onoplosbaarheid in water, wat essentieel is voor de vorming van cellulaire membranen en andere biologische functies [27](#page=27). ### 2.1 Inleiding tot lipiden Lipiden zijn een van de vier hoofdklassen van organische macromoleculen, naast eiwitten, polynucleotiden en suikers. Hun hydrofobe karakter is een fundamenteel kenmerk dat hun rol in biologische systemen bepaalt. Lipiden dienen als belangrijke bronnen van cellulaire energie, fungeren als signaalmoleculen en zijn de bouwstenen van biologische membranen. De belangrijkste groepen lipiden die in cellulaire membranen voorkomen, zijn fosfolipiden, glycolipiden en cholesterol. Lipiden hebben ook medische relevantie; bijvoorbeeld, multiple sclerose wordt geassocieerd met het verlies van plasmalogenen, wat leidt tot demyelinisatie. Hartaandoeningen kunnen verband houden met antilichamen tegen fosfolipiden, en de ziekte van Alzheimer kan worden gekenmerkt door een verhoogde afbraak van membraanfosfolipiden [27](#page=27) [28](#page=28). ### 2.2 Fosfolipiden Fosfolipiden zijn de meest voorkomende lipiden in biologische membranen en hebben een amfipatische structuur. Hun algemene structuur bestaat uit een glycerolruggengraat waarvan de hydroxylgroepen (-OH) veresterd zijn met vetzuurketens aan C1 en C2, en een fosfaatgroep aan C3. Het C2-atoom is een chiraal centrum, waarbij de L-vorm de natuurlijke vorm is. De fosfaatgroep kan verder veresterd zijn met een andere groep (X), wat leidt tot verschillende soorten fosfolipiden [29](#page=29) [35](#page=35). #### 2.2.1 Vetzuurketens De acylketens in fosfolipiden zijn typisch onvertakt en bevatten een even aantal koolstofatomen, meestal tussen 14 en 24 koolstofatomen. De meest voorkomende ketenlengtes zijn C16 en C18. Het aantal dubbele bindingen, altijd in *cis*-configuratie, varieert. Vetzuurketens kunnen verzadigd zijn (zonder dubbele bindingen) of onverzadigd (met één of meer dubbele bindingen). In dierlijke fosfolipiden is doorgaans één van de twee vetzuurketens verzadigd, terwijl de andere onverzadigd is. Voorbeelden van vetzuren zijn stearinezuur (verzadigd, C18), oleïnezuur (onverzadigd, C18 met één dubbele binding), linolzuur (onverzadigd, C18 met twee dubbele bindingen) en arachidonzuur (onverzadigd, C20 met vier dubbele bindingen) [30](#page=30) [31](#page=31). #### 2.2.2 Fosfatidinezuur en afgeleiden Wanneer de fosfaatgroep niet verder veresterd is, ontstaat diacylglycerol-3-fosfaat, ook bekend als fosfatidinezuur. Verschillende fosfolipiden zijn afgeleid van fosfatidinezuur door verestering van de fosfaatgroep met specifieke groepen zoals ethanolamine, choline, serine of inositol. De inositolring kan verder gefosforyleerd worden, wat leidt tot polyfosfoinositiden (PPI). PPI kunnen interageren met membraangeassocieerde eiwitten en fungeren als secundaire boodschappermoleculen. Een belangrijk voorbeeld is fosfatidylinositol-4,5-bisofosfaat (PIP2), dat kan binden aan domeinen zoals de pleckstrine homology (PH) domeinen van bepaalde cytoplasmatische eiwitten [32](#page=32) [34](#page=34). #### 2.2.3 Structuur en polariteit Elk glycerofosfolipide bestaat uit een polair deel, omvattende glycerol, de carbonylgroepen van de vetzuren, de fosfaatgroep en de polaire kopgroep (X), en een apolair deel, bestaande uit de hydrofobe koolwaterstofstaarten van de vetzuren (R1, R2). De aanwezigheid van een dubbele binding in een vetzuurketen veroorzaakt een 'kink' of buiging, wat de pakking van de moleculen beïnvloedt [35](#page=35). #### 2.2.4 Varianten van fosfolipiden Er bestaan verschillende varianten van glycerofosfolipiden. Difosfatidylglycerol is een voorbeeld waarbij twee fosfatidylgroepen aan elkaar gekoppeld zijn. Glycerofosfolipiden kunnen ook etherbindingen hebben in plaats van esterbindingen aan C1, zoals bij cholineplasmalogenen en ethanolamineplasmalogenen. Fosfolipiden met slechts één vetzuurketen worden lysofosfolipiden genoemd, zoals lysofosfatidylcholine en lysofosfatidylethaanolamine, die afkomstig zijn van lysofosfatidinezuur [36](#page=36). ### 2.3 Glycolipiden Glycolipiden zijn lipiden die een suikergroep bevatten in plaats van een fosfocholinegroep, en zijn afgeleid van sfingosine. Ze kunnen worden onderverdeeld in verschillende categorieën [39](#page=39): * **Cerebrosiden:** bevatten onvertakte suikerketens van minder dan vijf suikermoleculen [39](#page=39). * **Tweede groep:** kenmerkt zich door vertakte, langere, neutrale suikerketens [39](#page=39). * **Gangliosiden:** bezitten complexe, negatief geladen suikerketens, waaronder N-acetylneuraminezuur [39](#page=39). Sfingomyeline en glucosylcerebroside zijn voorbeelden van sfingolipiden. Sfingomyeline is een sfingofosfolipide, terwijl glucosylcerebroside een cerebroside is. De kernstructuur van sfingolipiden is sfingosine, dat met een vetzuur is geamideerd om ceramiden te vormen [40](#page=40). #### 2.3.1 Lysosomale stapelingsziekten Verstoorde afbraak van sfingolipiden kan leiden tot lysosomale stapelingsziekten. Een voorbeeld hiervan is de ziekte van Tay-Sachs, die wordt veroorzaakt door een defect in het enzym β-hexosaminidase A, essentieel voor de afbraak van bepaalde sfingolipiden. Andere gerelateerde ziekten zijn de ziekte van Gaucher en de ziekte van Niemann-Pick. Deze aandoeningen kunnen leiden tot mentale retardatie en vroegtijdige dood [42](#page=42). ### 2.4 Cholesterol Cholesterol is een steroïde lipide dat kenmerkend is voor dierlijke systemen. Het is een neutraal lipide en komt voornamelijk voor in het plasmamembraan. Cholesterol is een relatief vlak molecuul dat zich in de dubbellaag van het membraan integreert met zijn hydroxylgroep georiënteerd naar de waterige fase en het hydrofobe ringensysteem naast de vetzuurketens van de fosfolipiden. De hydroxylgroep van cholesterol kan waterstofbruggen vormen met de polaire kopgroepen van fosfolipiden [42](#page=42) [43](#page=43). ### 2.5 Vorming van fosfolipiden dubbellagen Een algemeen structureel kenmerk van alle lipiden is hun amfipatische aard. In een waterige omgeving zullen lipiden zich organiseren om hun hydrofobe delen te beschermen tegen water, voornamelijk door het hydrofobe effect. Dit leidt tot de spontane vorming van zelfsluitende structuren zoals micellen of lipidendubbellagen. Micellen worden gevormd door lipiden met een enkele hoofdgroep, zoals lysophospholipiden of bepaalde fosfoinositiden. Lipidendubbellagen, bestaande uit twee lagen fosfolipiden met de hydrofobe staarten naar elkaar gericht, vormen vesicles of liposomen, of een continue plaatstructuur [44](#page=44). #### 2.5.1 Barrièrevorming en permeabiliteit De gelaagdheid van hydrofiel-hydrofoob-hydrofiel in een lipidendubbellaag vormt een fysische barrière. De permeabiliteitscoëfficiënt van ionen en kleine moleculen door deze membranen varieert sterk. Zo zijn de permeabiliteitscoëfficiënten voor natriumionen ($Na^+$) en kaliumionen ($K^+$) zeer laag ($10^{-12}$ en $5 \times 10^{-11}$ respectievelijk), terwijl water een relatief hoge permeabiliteit heeft ($5 \times 10^{-2}$) [45](#page=45) [46](#page=46). ### 2.6 Biomembranen: de grenzen van cellen en celorganellen Biomembranen zijn plaatvormige structuren die cellen en celorganellen begrenzen, en zijn essentieel voor compartimentalisering. Ze bestaan voornamelijk uit een lipide dubbellaag waarin eiwitten zijn ingebed. De dikte van een membraan varieert doorgaans tussen 60 en 100 Å (angström), waarbij het hydrofobe deel ongeveer 30-35 Å dik is [47](#page=47). #### 2.6.1 Samenstelling van biologische membranen De lipide-eiwitverhouding in membranen kan sterk variëren afhankelijk van het celtype en de membraanfunctie. Membraaneiwitten worden onderverdeeld in integrale en perifere membraaneiwitten. Integrale membraaneiwitten zijn ingebed in de lipide dubbellaag en interageren hiermee via hydrofobe en van der Waals interacties. Perifere membraaneiwitten zijn zwakker gebonden aan het membraan via elektrostatische interacties en/of waterstofbruggen [53](#page=53). #### 2.6.2 Membraaneiwitten, carbohydraten en lipidatie Membraaneiwitten kunnen worden gemodificeerd met suikers, wat leidt tot glycoproteïnen. Samen met glycolipiden vormen deze structuren de glycocalyx. Suikergroepen hechten zich vaak aan asparagine (Asn), serine (Ser) of threonine (Thr) residuen. Glycoproteïnen hebben doorgaans korte, vertakte suikerketens, terwijl proteoglycanen langere suikerketens hebben. Deze suikerresten hebben een stabiliserende werking en spelen een rol bij de correcte oriëntatie van eiwitten [53](#page=53) [63](#page=63). Gemodificeerde cytoplasmatische eiwitten kunnen zich na hun modificatie associëren met membranen door de covalente aanhechting van lipide groepen, zoals isopreenylgroepen (farnesyl, geranylgeranyl) of vetzuren (myristaat, palmitaat). Deze proces, lipidatie genaamd, verhoogt de hydrofobiciteit van het eiwit en faciliteert de associatie met het plasmamembraan. Voorbeelden van gelipideerde eiwitten zijn Ras-oncoproteïnen, die een cruciale rol spelen in celproliferatie en apoptose. Mutaties in Ras-genen kunnen leiden tot constitutief actieve proteïnen en kanker. Hierdoor vormen eiwitlipidatie doelwitten voor medicijnontwikkeling, met name voor kankertherapie, door inhibitoren van enzymen zoals farnesyltransferase en geranylgeranyltransferase te ontwikkelen [55](#page=55) [58](#page=58) [59](#page=59) [61](#page=61). ##### 2.6.2.1 Bloedgroepen en glycanen De bloedgroepantigenen (A, B, AB, O) zijn voorbeelden van glycolipiden en membraanglycoproteïnen met variërende oligosaccharideketens. De enzymen die de O-antigeenstructuur maken zijn universeel aanwezig. Personen met bloedgroep A hebben een extra enzym dat N-acetylgalactosamine toevoegt, terwijl personen met bloedgroep B een enzym hebben dat galactose toevoegt. Personen met bloedgroep AB hebben genen voor beide enzymen. Bloedgroepen A en O produceren anti-B-antilichamen, terwijl bloedgroepen B en O antilichamen produceren die A-specifieke N-acetylgalactosamine herkennen [65](#page=65) [66](#page=66) [67](#page=67). ##### 2.6.2.2 Rol van glycaanresten in eiwitsecretie en adressering Glycaanresten op glycoproteïnen spelen een rol bij eiwitsecretie en adressering binnen de cel. Glycoproteïnen met mannose-6-fosfaat op hun eindketens worden gericht naar lysosomen voor intracellulaire verwerking. Glycoproteïnen met eindstandige siaalzuur (NANA) worden daarentegen gesecreteerd. Verwijdering van siaalzuur van glycoproteïnen in het bloed wordt herkend door de asialoglycoproteïne receptor op hepatocyten (levercellen), wat leidt tot hun klaring uit de bloedbaan [69](#page=69). ### 2.7 Membranen als vloeibare systemen Biologische membranen zijn geen rigide structuren, maar eerder vloeibare systemen waarin membraancomponenten mobiel zijn. Lipidebewegingen, zoals rotatie, laterale diffusie en buiging, vinden plaats op de schaal van nanoseconden. Flip-flop bewegingen, waarbij een lipide van de ene naar de andere leaflet van de dubbellaag beweegt, zijn veel zeldzamer en duren langer (orde van $10^5$ seconden) [70](#page=70). #### 2.7.1 Het vloeibare mozaïekmodel Het vloeibare mozaïekmodel, voorgesteld door Singer en Nicolson in 1972, beschrijft membranen als een dynamische structuur waarin lipiden een vloeibare matrix vormen waarin membraaneiwitten zijn ingebed. Integrale membraaneiwitten zijn in dit model 'vrij' om lateraal te bewegen. Immobiele membraaneiwitten zijn echter verankerd aan het cytoskelet. Dit model verklaart de asymmetrie van membranen, waarbij neutrale of negatief geladen fosfolipiden voornamelijk aan de intracellulaire zijde voorkomen, terwijl choline-bevattende lipiden en glycolipiden meer aan de extracellulaire zijde te vinden zijn [70](#page=70) [71](#page=71). #### 2.7.2 Membraanviscositeit en temperatuur De viscositeit van het membraan wordt sterk beïnvloed door de samenstelling van de vetzuurketens. Bij lage temperaturen bevinden de lipiden zich in een meer geordende, kristallijne toestand, terwijl ze bij hogere temperaturen vloeibaarder worden. De temperatuur waarbij deze overgang plaatsvindt, wordt de smelttemperatuur ($T_m$) of transitietemperatuur genoemd [73](#page=73). #### 2.7.3 Rol van cholesterol in membraanviscositeit Cholesterol speelt een cruciale rol als regulator van de membraanviscositeit. Bij lage temperaturen vertraagt cholesterol het uitkristalliseren van de lipide dubbellaag, waardoor het membraan vloeibaarder blijft. Bij hogere temperaturen beperkt cholesterol de beweging van de koolwaterstofketens, wat de vloeibaarheid vermindert. Cholesterol positioneert zich tussen de lange vetzuurketens, en de C3-hydroxylgroep vormt een waterstofbrug met de carbonylgroep van een fosfolipide. Dit effect wordt vaak vergeleken met een 'antivries'-functie voor het membraan [75](#page=75). --- # Eiwitstructuur en -functie Eiwitten zijn complexe moleculen waarvan de specifieke driedimensionale structuur essentieel is voor hun functie, variërend van de primaire aminozuursequentie tot de intermediaire secundaire en tertiaire structuren, tot en met de mogelijke quaternaire structuur. ### 3.1 De architectuur van eiwitten #### 3.1.1 Inleiding Eiwitten, ook wel proteïnen genoemd, zijn polymeren van aminozuren die worden gesynthetiseerd via transcriptie en translatie. De opeenvolging van aminozuren in een polypeptideketen, de primaire structuur, bepaalt de uiteindelijke driedimensionale (3D) structuur, oftewel de tertiaire structuur. Deze 3D-structuur wordt hiërarchisch opgebouwd uit secundaire structuren, supersecundaire structuren, eiwitdomeinen en ten slotte de quaternaire structuur wanneer meerdere polypeptiden samenkomen. Eiwitten kunnen globaal (typisch met een straal van ~2-5 nm) of fibrillair zijn, waarbij fibrillaire eiwitten veel groter kunnen zijn, zoals tropocollageen (~300 nm) of amyloïde proteïne-aggregaten (~1 mm of groter) [76](#page=76) [77](#page=77). #### 3.1.2 Aminozuren, 20 verschillende bouwstenen van eiwitten De functionele diversiteit van eiwitten wordt mogelijk gemaakt door de 20 verschillende standaard aminozuren die als bouwstenen dienen. Essentiële aminozuren kunnen niet door het organisme zelf worden gesynthetiseerd en moeten via de voeding worden verkregen. Een ezelsbruggetje hiervoor is "PVT TIM HALL" (Phenylalanine, Valine, Tryptophan, Histidine, Arginine, Lysine, Leucine, Threonine, Isoleucine, Methionine); histidine en arginine zijn enkel essentieel bij kinderen [81](#page=81). Elk aminozuur heeft een algemene structuur met een centraal chiraal koolstofatoom (het α-koolstofatoom), een aminogroep ($-NH_2$), een carboxylgroep ($-COOH$) en een zijketen (R-groep). De zijketens variëren in grootte, lading en chemische eigenschappen, wat de eigenschappen van het uiteindelijke eiwit bepaalt. De meeste aminozuren komen in de natuur voor als L-isomeren, hoewel D-aminozuren ook biologische functies hebben, zoals neurotransmitters, zoetstoffen, en kunnen voorkomen in schelpdieren en slangentoxins [82](#page=82) [83](#page=83). De 20 standaard aminozuren kunnen worden ingedeeld op basis van de aard van hun zijketens: * **Alifatische zijketens:** Glycine (kleinste, geen chiraal centrum, belangrijke structurele rol) Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine. Deze zijn hydrofoob [84](#page=84) [85](#page=85). * **Aromatische zijketens:** Fenylalanine, Tyrosine en Tryptofaan. Deze zijn hydrofoob [85](#page=85) [86](#page=86). * **Zwavelaatomen bevattende zijketens:** Methionine en Cysteïne. De thiolgroep van cysteïne is chemisch zeer reactief [87](#page=87). * **Geladen zijketens:** * **Zuur geladen:** Asparaginezuur en Glutaminezuur [88](#page=88). * **Basisch geladen:** Lysine en Arginine [89](#page=89) [90](#page=90). * **Histidine:** Kan bij fysiologische pH deels geprotoneerd zijn, wat belangrijk is voor enzymatische activiteit en buffering [91](#page=91). * **Polaire, ongeladen zijketens:** Asparagine, Glutamine, Serine en Threonine. Deze kunnen waterstofbruggen vormen en fungeren als donoren en acceptoren [92](#page=92). * **Proline:** Een cyclisch aminozuur met een secundair amine, wat unieke structurele beperkingen oplegt [93](#page=93). #### 3.1.3 De primaire structuur De primaire structuur van een eiwit is de unieke lineaire sequentie van aminozuren, verbonden door amidebindingen (peptidebindingen). De peptidebinding ontstaat door de koppeling van de carboxylgroep van het ene aminozuur met de aminogroep van het andere, met eliminatie van een watermolecuul. Elk eiwit heeft een specifieke primaire structuur die wordt bepaald door het genoom [95](#page=95) [96](#page=96). Het vergelijken van primaire sequenties van verschillende eiwitten kan informatie verschaffen over hun evolutieve verwantschap, eiwitsimilariteit (gelijkaardige of identieke aminozuren) en identiteit (exact identieke aminozuren). Kenmerken zoals massa, lading en iso-elektrisch punt zijn ook af te leiden uit de primaire structuur [96](#page=96). #### 3.1.4 De secundaire structuur van proteïnen De secundaire structuur verwijst naar de lokale, herhalende opvouwingen van de polypeptideketen, voornamelijk bepaald door waterstofbruggen tussen de carbonylgroep (C=O) en de aminogroep (N-H) van de peptidebindingen [98](#page=98). ##### 3.1.4.1 Beperking van rotaties De opvouwing van een eiwit is niet willekeurig. Rotatie rond de bindingen in het polypeptide-skelet is beperkt: * **φ (phi):** Rotatie rond de N-Cα binding. * **ψ (psi):** Rotatie rond de Cα-CO binding. * **ω (omega):** Rotatie rond de CO-N binding. Deze binding heeft een partieel dubbelbindingskarakter, wat leidt tot een relatieve fixering van de peptidebinding in een planair vlak [98](#page=98). De rotaties φ en ψ zijn verder beperkt door sterische hindering tussen de atomen, met name de atomen van de zijketens en het Cβ-atoom. De toegestane combinaties van φ en ψ hoeken worden weergegeven in een Ramachandran-plot. Glycine en proline zijn uitzonderingen; glycine is flexibeler door het ontbreken van een Cβ-atoom, terwijl proline door zijn cyclische structuur de rotatie sterk beperkt. Waterstofbruggen spelen een cruciale rol in de vorming van stabiele secundaire structuren [100](#page=100) [99](#page=99). ##### 3.1.4.2 De alfa-helix De alfa-helix (α-helix) is een spiraalvormige structuur waarin de polypeptideketen om een centrale as windt. Deze structuur wordt gestabiliseerd door waterstofbruggen die gevormd worden tussen de C=O groep van een aminozuur $n$ en de N-H groep van het aminozuur $n+4$. Dit creëert een stabiel dipoolmoment langs de helixas en vdW-stapeling van de zijketens. Glycine en proline destabiliseren de α-helix . In een α-helix bedraagt de verticale afstand tussen opeenvolgende Cα-atomen ongeveer 1,5 Å en de hoek ertussen circa 100°. Er zijn 3,6 aminozuren per omwenteling, wat resulteert in een verticale afstand van 5,4 Å per volledige omwenteling. α-keratines, de hoofdcomponenten van haar en huid, zijn grotendeels opgebouwd uit α-helices . De verdeling van aminozuren in een α-helix kan amfipathisch zijn, wat betekent dat een zijde hydrofoob is en de andere hydrofiel. Dit is relevant voor transmembranaire α-helices. Apolipoproteïnen, betrokken bij lipidentransport, bevatten vaak amfipathische α-helixgebieden . ##### 3.1.4.3 Beta-streng en beta-vouwblad De β-streng (β-sheet) is een structuur waarbij polypeptideketens naast elkaar liggen, gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen de amino- en carbonylgroepen van naburige strengen die zich in hetzelfde vlak bevinden. Ze kunnen parallel of antiparallel georiënteerd zijn. De zijketens steken hierbij naar buiten, afwisselend boven en onder het vlak van de strengen, en de structuur lijkt geplooid. De afstand tussen Cα-atomen in een β-streng varieert van 3,2 tot 3,5 Å met een hoek van 180° . ##### 3.1.4.4 Beta-bochten en lussen Beta-bochten (turns) en lussen (loops) verbinden de secundaire structuren, zoals β-strengen. * **Beta-bochten:** Meestal 4 aminozuren lang, waarbij een waterstofbrug wordt gevormd tussen de C=O groep van het eerste aminozuur en de N-H groep van het vierde aminozuur. Glycine en proline komen hier vaak voor vanwege hun specifieke conformationele eigenschappen . * **Lussen:** Bestaan uit 5-16 aminozuren en bevinden zich vaak aan de buitenzijde van eiwitten, waar ze veel hydrofiele aminozuren bevatten en functioneel belangrijk zijn. Hydrofobe residuen in een lus kunnen ook stabiliteit bieden . De dihedrale hoeken van aminozuren in regelmatige secundaire structuren vallen in specifieke gebieden van de Ramachandran-plot . #### 3.1.5 Supersecundaire structuren en modules Supersecundaire structuren zijn veelvoorkomende combinaties van secundaire structuurelementen die in verschillende polypeptiden voorkomen. Ze zijn geen echte stabiele structurele eenheden zoals domeinen . * **Alfa-helix-lus-alfa-helix:** Een veelvoorkomend motief, bijvoorbeeld in transcriptiefactoren en calcium-bindende proteïnen. Transcriptiefactoren gebruiken dit motief om te binden aan DNA. Posities 1, 3, 5 en 12 van de lus spelen een rol in de coördinatie . * **De β-hairpin en β-meander:** Combinaties van β-strengen verbonden door β-bochten op een antiparallelle manier. Groen Fluorescent Proteïne (GFP) is een bekend voorbeeld dat een β-meander structuur bevat . * **Het Griekse sleutelmotief, de Ig-fold, jelly-roll:** Deze motieven bestaan uit β-strengen die verbonden zijn door β-bochten en lussen, waarbij specifieke configuraties ontstaan. Het Ig-fold of jelly-roll motief bestaat uit antiparallelle β-strengen die een tweelaagse structuur vormen . * **De Rossmann-fold:** Kenmerkend voor nucleotide-bindende proteïnen, opgebouwd uit parallelle β-vouwbladen met daartussen α-helices, in een rechts- of linksdraaiend patroon (β-α-β motief) . #### 3.1.6 De tertiaire structuur De tertiaire structuur is de volledige driedimensionale opvouwing van een enkel polypeptideketen, inclusief alle secundaire en supersecundaire structuren, en de interacties van de zijketens. Verschillende weergaven, zoals met zijketens, secundaire structuurelementen, en ruimtevullende modellen, helpen bij het visualiseren van eiwitstructuren . ##### 3.1.6.1 Domeinen Domeinen zijn stabiele, functionele en structurele eenheden binnen een eiwit, vaak opgebouwd uit combinaties van secundaire en supersecundaire structuren. Een eiwit kan uit één of meerdere domeinen bestaan. Myoglobine bestaat bijvoorbeeld uit slechts één domein terwijl chymotrypsine sequentiële domeinen heeft en actine vier domeinen, waarvan 1 en 3 vergelijkbaar zijn. Domeinen kunnen ook functionele eenheden zijn, de kleinste eenheden die een specifieke functie behouden, zoals het FAB-fragment van IgG . ##### 3.1.6.2 Het bepalen van de drie-dimensionale structuur van eiwitten De 3D-structuur van eiwitten kan worden bepaald met technieken als X-straaldiffractie (ongeacht de grootte van het eiwit) en NMR-spectroscopie (vooral voor eiwitten kleiner dan 25 kDa). Moleculaire modellering, met name met "template" en "threading algoritmes", helpt bij het voorspellen van 3D-structuren, door gebruik te maken van databanken van bekende structuren en de fysisch-chemische parameters van aminozuren . #### 3.1.6.3 Architectuur van enkele superfolds Superfolds zijn architectonische patronen die veelvoorkomende structurele motieven vertegenwoordigen die in diverse eiwitten voorkomen . * **α-up and down/ globin-fold:** Kenmerkt eiwitten zoals cytochroom b562 en myoglobine, opgebouwd uit α-helices die op een specifieke manier op elkaar aansluiten. De oriëntatie van de helices, bepaald door de hoek van de zijketens, kan leiden tot een "α-up en down" of een globin-fold . * **Het Griekse sleutelmotief, IgG en jelly-roll in 3D:** Deze representeren gewelfde tweelaagse structuren van β-strengen . * **"α/β-barrels" en "α/β-doubly wound":** Deze eiwitten bevatten de Rossmann-fold en worden gekenmerkt door een opeenvolging van β-strengen en α-helices, waarbij het verschil in structuur voornamelijk door het patroon van waterstofbruggen tussen de β-strengen wordt bepaald. Een centrale holte in de β-tonstructuur is gevuld met zijketens van de β-strengen . * **α/β sandwich:** Een zeer stabiele structuur, voorbeeld is GDI (guanine nucleotide dissociation inhibitor) . #### 3.1.6.4 Modulaire opbouw van eiwitten Veel eiwitten zijn modulair opgebouwd uit verschillende domeinen, wat zorgt voor combinatorische diversiteit. Herkenningsmodules zoals SH2/SH3 domeinen zijn hier voorbeelden van . #### 3.1.6.5 Post-translationele modificaties Post-translationele modificaties (PTM's) zijn chemische veranderingen aan eiwitten die na de translatie plaatsvinden en niet door het genoom gecodeerd zijn. Deze modificaties worden door enzymen uitgevoerd en zijn cruciaal voor de functie, stabiliteit en regulatie van eiwitten . * **Glycosylatie:** Koppeling van suikers aan asparagine (Asn), serine (Ser) of threonine (Thr) residuen . * **Lipidemodificatie:** Aanhechting van lipiden zoals farnesylatie, palmitylatie of myristylatie, vaak aan cysteïne of N-terminus residuen (bv. Ras en Src eiwitten) . * **Acetylering en deacytelering:** Modificatie van de ε-amino-groep van lysine residuen, belangrijk voor de regulatie van gentranscriptie via histonen . * **Fosforylering:** Toevoeging van een fosfaatgroep aan serine, threonine of tyrosine residuen, een belangrijke signaaltransductiemechanisme. Fosfotyrosine peptiden kunnen herkend worden door SH2-domeinen . * **Zwavelbruggen:** Disulfidebindingen (S-S) tussen cysteïne residuen, die de eiwitstructuur stabiliseren . * **Andere modificaties:** Hydroxyproline (belangrijk in collageen), transglutaminatie, trimethyllysine, methylhistidine . PTM's kunnen permanent of transiënt zijn en bepalen de activiteit, localisatie en interacties van eiwitten . #### 3.1.6.6 Co-enzymen/cofactoren Co-enzymen en cofactoren zijn niet-covalent gebonden moleculen die essentieel zijn voor de functie van sommige eiwitten. * **Prosthetische groepen:** Organische moleculen die sterk gebonden zijn aan het eiwit (bv. de haamgroep in myoglobine) . * **Cofactoren:** Vaak metaalionen die als structurele of katalytische componenten dienen, zoals Fe²⁺ in myoglobine, Zn²⁺ in thermolysine, of in structuren zoals de EF-hand of zinc-finger modules . #### 3.1.7 Opvouwing van eiwitten De opvouwing van een eiwit is het proces waarbij een lineaire polypeptideketen zich spontaan en snel transformeert tot een specifieke, functionele 3D-structuur . ##### 3.1.7.1 Opvouwing is meestal een snel en spontaan proces De opvouwing is geen willekeurig proces (Levinthal Paradox). Het thermodynamisch gunstigste proces leidt tot de laagste vrije energie. Dit wordt beïnvloed door zowel entalpie (ΔH, gerelateerd aan niet-covalente interacties) als entropie (ΔS). De hydrofobe aminozuren worden naar de binnenkant van het eiwit begraven, terwijl hydrofiele zijketens naar buiten worden gericht . * **Levinthal Paradox:** Als een eiwit willekeurig alle mogelijke conformaties zou doorlopen, zou dit astronomisch veel tijd kosten. De opvouwing volgt echter specifieke "folding pathways" . * **Moleculaire chaperonnes:** In levende cellen helpen moleculaire chaperonnes (zoals HSP's, GroEL, CCT) bij de correcte opvouwing en voorkomen ze aggregatie . ##### 3.1.7.2 Denaturatie-renaturatie Denaturatie is het proces waarbij de 3D-structuur van een eiwit wordt verstoord, leidend tot een "random coil" conformatie. Denaturatie kan reversibel of irreversibel zijn, afhankelijk van de omstandigheden . * **Temperatuur:** Hoge temperaturen leiden vaak tot irreversibele denaturatie door eiwitaggregatie . * **Chemische agentia:** pH-veranderingen, organische componenten, chaotropen (zoals ureum en guanidiniumchloride) en detergentia (zoals SDS) kunnen denaturatie veroorzaken . Renaturatie is het herstel van de oorspronkelijke structuur. Volgens de Anfinsen-regel bevat de primaire structuur alle informatie die nodig is voor de correcte opvouwing. Een intermediaire toestand in de opvouwing is de "molten globule", een grotere conformatie met hydrofobe zijketens nog steeds naar buiten gericht . #### 3.1.8 De quaternaire structuur De quaternaire structuur beschrijft de associatie van twee of meer polypeptideketens (subeenheden) om een functioneel eiwitcomplex te vormen. Dit kan een homomeer (bestaande uit identieke subeenheden) of een heteromeer (bestaande uit verschillende subeenheden) zijn . ##### 3.1.8.1 Multimerisatie kan verschillende vormen aannemen Multimerisatie kan symmetrisch of asymmetrisch zijn. Actinefilamenten en hemoglobine (een tetrameer) zijn voorbeelden van eiwitten met een quaternaire structuur . ##### 3.1.8.2 Evenwichts-dissociatieconstante De associatie van subeenheden vindt plaats door complementaire geometrische en fysisch-chemische interacties. De sterkte van deze interacties bepaalt de affiniteit, uitgedrukt door de evenwichtsdissociatieconstante ($K_D$). Een lagere $K_D$ duidt op een hogere affiniteit en sterkere binding . * **Coöperativiteit:** De binding van een ligand aan één subeenheid kan de bindingsaffiniteit van andere subeenheden beïnvloeden. De associatieconstante voor een multimeer complex kan berekend worden uit de dissociatieconstanten van de individuele stappen . ##### 3.1.8.3 Structurele aspecten van permanent geassocieerde polypeptideketens Permanente associatie van subeenheden wordt bereikt door: * **Covalente bindingen:** Zoals in IgG-moleculen . * **Groot contactoppervlak:** Zoals in hemoglobine . * **Specifieke contactruimtes:** Bijvoorbeeld in collageen of leucine zippers . * **Coiled coil structuren:** Twee α-helices die om elkaar heen winden, zoals in keratine en transcriptiefactor GCN4. Hierbij spelen hydrofobe interacties en ionische interacties op specifieke posities (a, d voor hydrofoob; g, e voor lading) een rol. Leucine zippers zijn een bekend voorbeeld . * **Collageen:** Een fibrillair eiwit in extracellulaire matrix, bestaande uit een triple helix structuur met het Gly-X-Y motief. Mutaties in collageen kunnen leiden tot ziekten zoals osteogenesis imperfecta. Vitamine C-tekort (scheurbuik) verstoort de hydroxylering van proline en lysine, wat cruciaal is voor de stabiliteit van collageen . * **Membraaneiwitten:** Kunnen monomeren of multimeren zijn, zoals receptoren. Kaliumionkanalen bestaan bijvoorbeeld uit vier subeenheden die een porie vormen met een selectief filter. Mutaties in deze kanalen kunnen leiden tot aandoeningen zoals het Long QT-syndroom. Porines hebben een trimere structuur met een antiparallelle β-ton . ### 3.2 Functie van eiwitten: ligandbinding Eiwitten hebben diverse functies, waaronder het binden van specifieke moleculen, liganden genaamd. #### 3.2.1 Myoglobine en hemoglobine hebben een prosthetische groep die zuurstofmoleculen bindt Myoglobine en hemoglobine zijn eiwitten die zuurstofgas transporteren en binden door middel van een haamgroep, een prosthetische groep. De haamgroep bevat een ijzerion (Fe²⁺) dat reversibel zuurstof kan binden. De 3D-structuur van myoglobine, met zijn α-helices en de ingebedde haamgroep, is cruciaal voor deze functie. Koolmonoxide (CO) bindt met een hogere affiniteit aan de haamgroep dan zuurstof, wat leidt tot CO-vergiftiging . #### 3.2.2 De structuur van hemoglobine Hemoglobine is een tetrameer, bestaande uit twee α-globine en twee β-globine ketens (of vier identieke ketens in foetaal hemoglobine), die elk een haamgroep bevatten. In deoxyhemoglobine (zonder zuurstof) zijn de subeenheden in een T-conformatie, gestabiliseerd door zoutbruggen. De subeenheden beïnvloeden elkaar, en de binding van zuurstof aan één subeenheid vergemakkelijkt de binding aan de andere . #### 3.2.3 Coöperativiteit van O₂-binding De binding van het eerste zuurstofmolecuul aan hemoglobine veroorzaakt een conformationele verandering in die subeenheid, die zich voortplant naar de andere subeenheden en hun affiniteit voor zuurstof verhoogt. Dit fenomeen, coöperativiteit, resulteert in een sigmoïdale zuurstofdissociatiecurve. Hemoglobine heeft een hogere pO₂₅₀ (de partiële zuurstofspanning waarbij 50% van het eiwit verzadigd is) dan myoglobine, wat een efficiënte zuurstofafgifte in weefsels met lagere zuurstofspanning mogelijk maakt . De fractionele bezetting (Y) kan worden beschreven met de volgende vergelijkingen: Voor niet-coöperatieve binding: $ Y = \frac{n [B]}{K_D + [B]} $ waarbij $n$ het aantal bindingsplaatsen is en $[B]$ de concentratie van het ligand. Voor multimere eiwitten met onafhankelijk werkende bindingsplaatsen: $ Y = \frac{[B]^n}{K'_D + [B]^n} $ Een Scatchard plot kan worden gebruikt om $K_D$ en $n$ te bepalen: $ \frac{Y}{[B]} = \frac{n}{K_D} - \frac{Y}{K_D} $ . #### 3.2.4 Het Bohr-effect Het Bohr-effect beschrijft hoe de zuurstofaffiniteit van hemoglobine wordt beïnvloed door de pH en de concentratie van koolstofdioxide ($CO_2$) en 2,3-bisfosfoglyceraat (BPG). Een hogere concentratie $H^+$ en $CO_2$ (wat leidt tot een lagere pH) bevordert de afgifte van zuurstof. BPG bindt aan deoxyhemoglobine en stabiliseert deze conformatie, wat de zuurstofafgifte verder verhoogt. De protonering van Histidine-146 speelt een sleutelrol in het Bohr-effect door de vorming van een zoutbrug . ### 3.3 Functie van eiwitten: enzymen als biokatalisatoren Enzymen zijn biologische katalysatoren die biochemische reacties versnellen en specificiteit vertonen . #### 3.3.1 Katalytisch vermogen, substraatspecificiteit en regulatie Enzymen verlagen de activeringsenergie van reacties, zonder het reactie-evenwicht te beïnvloeden (ΔG blijft onveranderd). Ze worden geclassificeerd op basis van de reactietypes die ze katalyseren . #### 3.3.3 3D-structuur: aminozuren voor substraatherkenning en katalyse Het actieve centrum van een enzym is een specifieke holte waar de substraatherkenning en katalyse plaatsvinden. Dit centrum bevat katalytische aminozuren en specificiteitsholtes. Bij chymotrypsine zijn H57, D102 en S195 betrokken bij de katalyse, terwijl andere aminozuren zorgen voor substraatherkenning . Substraatherkenning kan plaatsvinden via het "lock & key" mechanisme (statisch) of het "induced fit" model, waarbij het enzym zijn conformatie aanpast aan het substraat . #### 3.3.4 Reactiemechanismen, de rol van katalytische aminozuren Enzymen gebruiken specifieke aminozuurresiduen in hun actieve centrum om reacties te katalyseren. Bijvoorbeeld, serineproteasen zoals chymotrypsine katalyseren de splitsing van peptidebindingen via een mechanisme waarbij water als nucleofiel fungeert, na activatie door een katalytische triade (Ser-His-Asp) . #### 3.3.5 Specificiteit is onafhankelijk van reactiemechanisme Verschillende serineproteasen, hoewel ze hetzelfde reactiemechanisme gebruiken, kunnen verschillende substraatspecificiteit vertonen door variaties in hun specificiteitsholte, die de interactie met verschillende aminozuurzijketens bepalen . #### 3.3.6 Enzymkinetieken Enzymkinetiek bestudeert de reactiesnelheid van enzymen onder invloed van verschillende factoren. ##### 3.3.6.1 De reactiesnelheid De reactiesnelheid (V) is de snelheid waarmee substraat wordt omgezet in product . ##### 3.3.6.2 Omgevingsfactoren beïnvloeden de enzymatische reactiesnelheid * **pH:** Elk enzym heeft een optimaal pH-bereik voor activiteit. Chymotrypsine is optimaal bij alkalische pH, terwijl pepsine zuur prefereert . * **Temperatuur:** De activiteit neemt toe met temperatuur tot een optimum, waarna denaturatie optreedt. Thermostabiele enzymen zoals Taq polymerase van *Thermus aquaticus* zijn bestand tegen hoge temperaturen . ##### 3.3.6.3 Verhouding [S]/[E De reactiesnelheid is afhankelijk van de substraatconcentratie ([S]) en de enzymconcentratie ([E]). Bij voldoende hoge substraatconcentratie bereikt het enzym verzadiging . ##### 3.3.6.4 Het Michaelis-Menten model Het Michaelis-Menten model beschrijft de kinetiek van enzymatische reacties, uitgaande van de vorming van een enzym-substraatcomplex (ES). De Michaelis-Menten constante ($K_M$) is de substraatconcentratie waarbij de reactiesnelheid de helft van de maximale snelheid ($V_{max}$) is. $V_{max}$ wordt bereikt wanneer alle actieve centra van het enzym verzadigd zijn met substraat . De Michaelis-Menten vergelijking is: $ V = \frac{V_{max}[S]}{K_M + [S]} $ ##### 3.3.7 Enzyminhibitie Enzymen kunnen worden geremd door inhibitoren, die de enzymactiviteit verlagen. * **Niet-competitieve inhibitie:** De inhibitor bindt aan een plaats buiten het actieve centrum, zowel aan het vrije enzym (EI) als aan het enzym-substraatcomplex (EIS). Dit verlaagt $V_{max}$ maar beïnvloedt $K_M$ niet significant . * **Competitieve inhibitie:** De inhibitor concurreert met het substraat om de binding aan het actieve centrum. Dit verhoogt de effectieve $K_M$ maar beïnvloedt $V_{max}$ niet, omdat bij voldoende hoge substraatconcentratie de inhibitor kan worden verdrongen. Sulfanilamide en methotrexaat zijn voorbeelden van competitieve inhibitoren . * **Irreversibele inhibitie:** De inhibitor bindt covalent aan het actieve centrum, waardoor het enzym permanent geïnactiveerd wordt. Diisopropylfluorofosfaat is hier een voorbeeld van . #### 3.3.8 Regulatie van enzymen Enzymactiviteit kan op verschillende manieren worden gereguleerd: * **Compartimentalisatie:** Enzymen bevinden zich in specifieke organellen, wat de scheiding van metabole paden mogelijk maakt . * **Terugkoppelingsinhibitie (negative feedback):** Het eindproduct van een enzymatische route remt een enzym aan het begin van de route, vaak via allostere mechanismen . * **Regulatorische eiwitten:** Eiwitten zoals calmoduline kunnen, na binding van een ion (bv. Ca²⁺), de activiteit van andere enzymen moduleren . * **Covalente modificatie:** Post-translationele modificaties, zoals fosforylering door kinases of defosforylering door fosfatases, kunnen de enzymactiviteit reguleren. Proteolytische activering is ook een vorm van regulatie . * **Allostere controle:** Allostere effectoren (activatoren of inhibitoren) binden aan een regulatoire plaats op het enzym, wat een conformationele verandering veroorzaakt en de enzymactiviteit moduleert. Dit komt vaak voor bij dimeren of oligomeren. Proteïne kinase A (PKA) wordt gereguleerd door zijn regulatorische subeenheden . --- # Mechanismen van antibiotica en celwand synthese Dit onderwerp verklaart hoe antibiotica, met name penicillines, bacteriële celwand synthese remmen door interactie met transpeptidase enzymen. ### 4.1 Introductie tot antibiotica Antibiotica zijn stoffen die bacteriën kunnen doden of hun groei kunnen remmen. Ze worden geclassificeerd op basis van het biologische proces waarop ze inwerken . #### 4.1.1 Classificatie van antibiotica op werking * **Polymyxines**: Interfereren met het bacteriële celmembraan door te binden aan fosfolipiden, wat leidt tot beschadiging van het membraan. Ze zijn werkzaam op bacteriën zoals *Pseudomonas sp.*. Dit zijn cyclische polypeptiden met een lange hydrofobe staart die werken als een kationisch detergens . * **Tetracyclines en chloramphenicol**: Remmen de eiwitsynthese . * **Sulfonamides, rifampicine en nalidixinezuur**: Interfereren met de DNA-synthese . * **Penicillines, cephalosporines (beta-lactam) en bacitracine**: Remmen de vorming van de bacteriële celwand . #### 4.1.2 Ontdekking van penicilline Alexander Fleming (1881-1955) ontdekte de antibacteriële werking van Penicillium notatum op *S. aureus*. Howard Florey en Ernst Chain speelden later een cruciale rol in de verdere ontwikkeling. De naam Penicillium is afgeleid van het Latijnse 'penicillus', wat penseel betekent, verwijzend naar de penseelachtige structuur van de vruchtlichamen . ### 4.2 Opbouw en synthese van de bacteriële celwand De bacteriële celwand is opgebouwd uit peptidoglycanen. Dit zijn polysacchariden die bestaan uit herhalende eenheden van N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM), gekoppeld aan korte peptideketens . #### 4.2.1 Peptidoglycaan structuur en cross-linking De peptideketens zijn gekoppeld aan NAM en hebben de algemene structuur L-Ala-D-Gln-L-Lys-D-Ala. In de groeiende polysuikerketen wordt dit precursor-tetrapeptide verder aangevuld met een D-Ala-D-Ala eenheid, wat resulteert in een pentapeptide: L-Ala-D-Gln-L-Lys-D-Ala-D-Ala . Het proces van celwandversteviging omvat een cross-linking reactie. Hierbij hecht het transpeptidase enzym een brug, vaak bestaande uit pentaglycine (Gly₅), aan de D-alanine zijketen van een peptidoglycaanstreng. Dit proces zorgt voor de stabiliteit en integriteit van de celwand . #### 4.2.2 Werkingsmechanisme van penicilline Penicillines remmen de bacteriële celwand synthese door het transpeptidase enzym te blokkeren. Het structurele kenmerk van penicilline dat hiervoor verantwoordelijk is, is de beta-lactamring. Deze ring lijkt qua structuur op het D-Ala-D-Ala substraat van het transpeptidase. Het penicilline molecuul bindt covalent aan het actieve centrum van het transpeptidase, waardoor dit enzym irreversibel geïnhibeerd wordt. Hierdoor kan de cross-linking van peptidoglycaan strengen niet plaatsvinden, wat leidt tot een verzwakte celwand en uiteindelijk tot lysie van de bacterie . > **Tip:** Begrijp de chemische structuur van het precursor pentapeptide en hoe de beta-lactamring van penicilline interfereert met de activiteit van het transpeptidase enzym. Dit is de kern van de werking van penicilline. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Proteïne | Een complex organisch molecuul dat bestaat uit een of meer lange ketens van aminozuurresiduen, die de basale bouwstenen van het leven vormen en een breed scala aan functies uitvoeren in organismen. | | DNA | Desoxyribonucleïnezuur, een molecuul dat de genetische instructies draagt voor de ontwikkeling, werking, groei en reproductie van alle bekende organismen en veel virussen. | | Proteïne-interacties | De interacties tussen verschillende proteïnen, essentieel voor bijna elk cellulair proces, variërend van signaaltransductie tot metabolisme en DNA-replicatie. | | Waterstofbrug | Een zwakke chemische binding die ontstaat tussen een waterstofatoom gebonden aan een elektronegatief atoom en een ander elektronegatief atoom. Het is cruciaal voor de structuur van water en biomoleculen zoals eiwitten en DNA. | | Ionaire binding | Een chemische binding die ontstaat door de elektrostatische aantrekking tussen tegengesteld geladen ionen (kationen en anionen). Deze binding is relatief sterk, maar wordt sterk beïnvloed door het oplosmiddel. | | Van der Waals interactie | Zwakke, kortstondige aantrekkingskrachten tussen moleculen die ontstaan door tijdelijke dipolen, belangrijk voor de stabilisatie van moleculaire structuren zoals eiwitten en DNA. | | Hydrofoob effect | Het verschijnsel waarbij niet-polaire moleculen of delen van moleculen in een waterige oplossing de neiging hebben om samen te klonteren om het contact met water te minimaliseren, wat een drijvende kracht is voor eiwitvouwing en membraanformatie. | | Lipiden | Een diverse groep organische verbindingen die onoplosbaar zijn in water, maar oplosbaar in organische oplosmiddelen. Ze omvatten vetten, oliën, wassen, sterolen en fosfolipiden, en spelen cruciale rollen als energieopslag, signaalmoleculen en structurele componenten van membranen. | | Fosfolipiden | Een klasse van lipiden die een fosfaatgroep bevatten, en die de belangrijkste bouwstenen vormen van alle biologische membranen. Ze zijn amfipatisch, met een hydrofiele kop en hydrofobe staarten. | | Glycolipiden | Lipiden die een suikergroep covalent gebonden hebben. Ze bevinden zich voornamelijk op het buitenoppervlak van het celmembraan en spelen een rol bij celherkenning en signalering. | | Cholesterol | Een type sterol dat essentieel is voor dierlijke celmembranen, waar het de vloeibaarheid reguleert en bijdraagt aan de structurele integriteit. Het is ook een precursor voor steroïde hormonen. | | Celmembraan | De buitenste laag van een cel die de inhoud van de cel scheidt van de externe omgeving. Het is voornamelijk opgebouwd uit een fosfolipide dubbellaag met ingebedde eiwitten. | | Eiwit | Een macromolecuul dat bestaat uit een keten van aminozuren. Eiwitten hebben diverse functies, zoals enzymatische activiteit, structurele ondersteuning, transport en cellulaire signalering. | | Primaire structuur (eiwit) | De lineaire sequentie van aminozuren in een polypeptideketen, bepaald door de genetische code. Deze sequentie is cruciaal voor de uiteindelijke driedimensionale structuur en functie van het eiwit. | | Secundaire structuur (eiwit) | Lokale opvouwingen van de polypeptideketen, voornamelijk alfa-helices en bèta-vouwbladen, gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen de backbone atomen. | | Tertiaire structuur (eiwit) | De volledige driedimensionale vouwing van een enkele polypeptideketen, inclusief de interacties tussen de zijketens van de aminozuren. Dit omvat interacties zoals waterstofbruggen, ionaire bindingen, hydrofobe interacties en disulfidebruggen. | | Quaternaire structuur (eiwit) | De rangschikking van meerdere polypeptideketens (subeenheden) om een functioneel proteïnecomplex te vormen. Niet alle eiwitten bezitten een quaternaire structuur. | | Domein (eiwit) | Een specifieke, functioneel onafhankelijke structuur-eenheid binnen een eiwit dat vaak kan opvouwen en stabiliteit kan behouden, zelfs wanneer het gescheiden is van de rest van het eiwit. | | Enzym | Een biologische katalysator, meestal een eiwit, dat de snelheid van specifieke biochemische reacties verhoogt zonder zelf te worden verbruikt. | | Actief centrum (enzym) | Het specifieke gebied op een enzym waar het substraat bindt en de katalytische reactie plaatsvindt. | | Substraat | Het molecuul waarop een enzym inwerkt tijdens een biochemische reactie. | | Enzymkinetiek | De studie van de reactiesnelheden van enzymatische reacties en de factoren die deze beïnvloeden, zoals substraatconcentratie en pH. | | Michaelis-Menten constante (KM) | Een maat voor de affiniteit van een enzym voor zijn substraat. Het is de substraatconcentratie waarbij de reactiesnelheid de helft is van de maximale reactiesnelheid (Vmax). | | Vmax | De maximale reactiesnelheid van een enzymatische reactie, die wordt bereikt wanneer het enzym volledig verzadigd is met substraat. | | Enzyminhibitie | Het proces waarbij de activiteit van een enzym wordt verminderd of geblokkeerd door een inhibitor. Dit kan competitief, niet-competitief of irreversibel zijn. | | Competitieve inhibitie | Een vorm van enzyminhibitie waarbij de inhibitor concurreert met het substraat voor binding aan het actieve centrum van het enzym. | | Niet-competitieve inhibitie | Een vorm van enzyminhibitie waarbij de inhibitor bindt aan een allostere plaats op het enzym, wat de katalytische activiteit vermindert zonder de substraatbinding te beïnvloeden. | | Irreversibele inhibitie | Een vorm van enzyminhibitie waarbij de inhibitor permanent bindt aan het enzym, vaak door covalente binding, waardoor het enzym permanent wordt gedeactiveerd. | | Bacteriële celwand | Een rigide buitenste laag die veel bacteriën omringt en beschermt. Het is voornamelijk opgebouwd uit peptidoglycaan. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een belangrijk bestanddeel is van de celwand van bacteriën, opgebouwd uit suikers en aminozuren, en dat structuur en stevigheid biedt. | | Penicilline | Een klasse van bèta-lactam antibiotica die de synthese van bacteriële celwanden remmen door te binden aan en transpeptidases te inactiveren, wat leidt tot cellysis. | | Transpeptidase | Een enzym dat betrokken is bij de cross-linking van peptidoglycaanketens in de bacteriële celwand, een proces dat essentieel is voor de integriteit van de celwand. | | Post-translationele modificatie | Chemische veranderingen aan een eiwit na de synthese ervan op het ribosoom, zoals glycosylatie, fosforylering of lipidatie, die de functie, stabiliteit of lokalisatie van het eiwit kunnen beïnvloeden. |

# Afbraak van aminozuren en stikstofmetabolisme Dit onderwerp behandelt de verschillende biochemische routes voor de afbraak van aminozuren, de eliminatie van stikstof via ammoniak en de ureumcyclus, en de toxiciteit van ammoniak. ### 1.1 Manieren van afbraak van aminozuren De afbraak van aminozuren omvat het verwijderen van de aminogroep. Er zijn drie belangrijke mechanismen hiervoor [3](#page=3): * **Transaminatie:** Dit is de transfer van een aminogroep van een aminozuur naar een α-ketozuur-acceptor. Hierbij wordt een nieuw aminozuur gevormd en een nieuw ketozuur. Pyridoxine (vitamine B6) fungeert als essentiële co-factor voor deze reacties [3](#page=3) [4](#page=4). * **Oxidatieve deaminatie:** Bij deze methode wordt de aminogroep verwijderd van het aminozuur, wat resulteert in de vorming van ammoniak en een ketozuur. Een gereduceerd flavine co-enzym wordt ook geproduceerd. Deze reactie is energie-vragend en speelt een rol bij transport van aminozuren tussen weefsels en als buffer bij verhoogde ammoniakconcentraties. In de nier is deze reactie belangrijk voor protontransport en pH-controle [3](#page=3) [5](#page=5) [8](#page=8). * **Niet-oxidatieve deaminatie:** Dit is een hydrolytische reactie waarbij het aminozuur wordt gesplitst in een ketozuur en ammoniak, zonder de tussenkomst van oxidatie [3](#page=3) [6](#page=6). ### 1.2 Rol van ammoniak en de ureumcyclus De eliminatie van stikstof uit aminozuren is cruciaal om de koolstofskeletten te kunnen recupereren voor andere metabole wegen. De stikstofgroep wordt voornamelijk verwijderd in de vorm van ammoniak [10](#page=10) [13](#page=13). * **Entry in de ureumcyclus:** De ureumcyclus, die plaatsvindt in de lever, is primair verantwoordelijk voor de detoxificatie van ammoniak. Ammoniak komt de ureumcyclus binnen via twee routes: de directe input van $\text{NH}_3$ en de input via aspartaat en glutamaat. Dit betekent dat de uiteindelijke eliminatie van stikstof via deze specifieke aminozuren plaatsvindt [13](#page=13) [7](#page=7). * **Centrale rol van glutamine:** Glutamaat speelt een centrale rol in het stikstofmetabolisme. Het kan ammoniak binden om glutamine te vormen. Glutamaat en glutamine zijn metabolisch nauw verwant en dragen stikstof naar de lever voor de ureumcyclus. Glutamaat kan ook dienen als buffer bij verhoogde ammoniakconcentraties, door de opname van $\text{NH}_3$ [8](#page=8). ### 1.3 Toxiciteit van ammoniak Ammoniak is een toxische stof, en een verhoogde concentratie ervan in het bloed en andere lichaamsvloeistoffen kan ernstige gevolgen hebben [11](#page=11). * **Diffusie naar weefsels:** Verhoogde ammoniakconcentraties maken dat ammoniak gemakkelijker de bloed-hersenbarrière passeert en de hersenen binnendringt [11](#page=11). * **Inhibitie van de Krebscyclus:** In de hersenen leidt verhoogde ammoniak tot een versnelde synthese van glutamaat uit $\alpha$-ketoglutaraat. Dit put de voorraad $\alpha$-ketoglutaraat uit, wat essentieel is voor de Krebscyclus. De remming van de Krebscyclus in de hersenen kan leiden tot neurologische disfunctie [11](#page=11). * **Neurotransmitter disbalans:** Glutamaat is een belangrijke excitatoire neurotransmitter. Een verhoogde productie ervan kan leiden tot een disbalans in de neurotransmissie. Bovendien kan glutamaat worden omgezet tot $\gamma$-aminoboterzuur (GABA), een belangrijke inhibitoire neurotransmitter. Deze veranderingen in de balans van neurotransmitters dragen bij aan de ontwikkeling van encefalopathie [11](#page=11). > **Tip:** Begrijp de co-factor rol van vitamine B6 bij transaminatie; dit is een veelvoorkomend examenonderwerp. > > **Tip:** Onthoud dat de ureumcyclus voornamelijk in de lever plaatsvindt en essentieel is voor de ontgifting van ammoniak, een product van aminozuurafbraak. > > **Voorbeeld:** Een verhoogde ammoniakspiegel na leverfalen kan leiden tot neurologische symptomen door de verstoring van de energieproductie in de hersenen en de balans van neurotransmitters. --- # Metabole relaties en defecten van aminozuurafbraak Dit deel behandelt de rol van aminozuren als precursors voor diverse metabole paden en de pathologieën die voortvloeien uit defecten in hun afbraak. ### 2.1 Ureumcyclusdefecten Ureumcyclusdefecten behoren tot de meest ernstige en levensbedreigende metabole ontregelingen bij neonaten, gekenmerkt door neonatale hyperammoniëmie, waarbij de ammoniakwaarden aanzienlijk verhoogd zijn [21](#page=21). #### 2.1.1 Klinische presentatie * **Symptoomvrij interval:** Klassiek vertonen pasgeborenen na een symptoomvrij interval van enkele dagen de eerste tekenen [21](#page=21). * **Vroege symptomen:** Deze omvatten slecht drinken, lethargie, gevolgd door prikkelbaarheid, braken, tachypneu en hypothermie [21](#page=21). * **Respiratoire alkalose:** Een opvallend kenmerk is respiratoire alkalose, veroorzaakt door de hoge ammoniakconcentraties die hyperventilatie induceren [17](#page=17) [21](#page=21). * **Ernstige stadia:** De aandoening kan escaleren naar convulsies, coma en uiteindelijk overlijden. De mate van hersenschade correleert direct met de ammoniakwaarden [21](#page=21). #### 2.1.2 Diagnose * **Plasma ammoniak:** De referentiewaarde voor plasma ammoniak is normaal < 50 µmol/L, en < 100 µmol/L bij neonaten. Bij hyperammoniëmie kunnen waarden > 1000 µmol/L worden bereikt [21](#page=21) [22](#page=22). * **Plasma aminozuren en urine organische zuren:** * Alanine en glutamine zijn consequent verhoogd, aangezien glutamine een natuurlijke ammoniaksafvanger is [22](#page=22). * Orootzuur in de urine is kenmerkend, met uitzondering van carbamoyl fosfaat synthetase (CPS) deficiëntie [22](#page=22). * Verhogingen of verlagingen van andere metabolieten hangen af van de specifieke enzymdefectlocatie [22](#page=22). * **Leverenzymen en stolling:** AST en ALT waarden kunnen variëren, terwijl de stolling meestal normaal is [22](#page=22). * **Moleculaire diagnose:** Een moleculaire analyse is cruciaal voor de definitieve diagnose [22](#page=22). #### 2.1.3 Behandeling De behandeling van ureumcyclusdefecten richt zich op meerdere pijlers: 1. **Verwijderen van ammoniak uit lichaamsvochten:** * **Hemofiltratie:** Continue veno-veneuze hemofiltratie (CVVH) is een stand-by optie bij ammoniakwaarden > 350 µmol/L en wordt geïnitieerd bij > 500 µmol/L [24](#page=24). * **Alternatieve stikstofuitscheidingspaden:** Het gebruik van natriumbenzoaat en fenylbutyraat biedt alternatieve routes voor de uitscheiding van stikstof [24](#page=24). * **Supplementatie:** Arginine en citrulline kunnen ook therapeutisch worden ingezet [24](#page=24). 2. **Inhibitie van ammoniakproductie:** * **Acute fase:** * **Calorie-inname:** Essentieel voor het stimuleren van anabolisme [25](#page=25). * **Eiwitinname stoppen:** Tijdelijke stopzetting van eiwitinname [25](#page=25). * **Glucose-infusie:** Ruime toediening van glucose (bijvoorbeeld 10% glucose aan 10 mg/kg/min, eventueel met insuline) gedurende maximaal 48 uur [25](#page=25). * **Intralipiden:** Toediening van vetemulsies (IL) van 2-3 gram/kg/dag [25](#page=25). * **Specifieke medicatie:** Carbamoyl glutamate (Carbaglu®) kan worden ingezet bij N-acetylglutamaatsynthetase (NAGS) of carbamoyl fosfaat synthetase 1 (CPS1) deficiënties om de ureumcyclus te stimuleren [25](#page=25). * **Chronische fase:** Een eiwitarm dieet is noodzakelijk voor langetermijnmanagement [25](#page=25). 3. **Correctie van elektrolyten en hydratiestatus:** Het handhaven van een optimale vocht- en elektrolytenbalans is van vitaal belang [23](#page=23). 4. **Behandeling van uitlokkende factoren:** Het aanpakken van eventuele onderliggende oorzaken, zoals intercurrente ziekten, is essentieel [23](#page=23). #### 2.1.4 Casus: Insaf Insaf presenteerde zich op dag 3 met axiale hypotonie, somnolentie, respiratoire distress en myoclonieën. Laboratoriumresultaten toonden een verhoogd lactaat (3.8 mmol/L) en een extreem verhoogde ammoniakwaarde (530 µmol/L). De respiratoire alkalose (pH 7.63, pCO2 18) was een belangrijke aanwijzing. Na acute behandeling, waaronder respiratoire ondersteuning en ammoniakverwijdering, werd de diagnose Argininosuccinaat acidurie gesteld, veroorzaakt door een deficiëntie van Argininosuccinaat lyase (ASL) [16](#page=16) [17](#page=17) [19](#page=19). ### 2.2 Aminozuren als koolstofskeletten voor metabole banen Aminozuren leveren niet alleen bouwstenen voor eiwitten, maar hun koolstofskeletten kunnen ook worden ingezet in diverse metabole paden, zoals de citroenzuurcyclus en de productie van acetyl-CoA. Omgekeerd kunnen metabole banen ook dienen als bron voor de synthese van niet-essentiële aminozuren [26](#page=26) [27](#page=27) [28](#page=28). #### 2.2.1 Glucogene en ketogene aminozuren Aminozuren kunnen worden ingedeeld op basis van hun afbraakproducten: * **Glucogene aminozuren:** Deze aminozuren verhogen de glucoseconcentratie, omdat ze pyruvaat produceren of de citroenzuurcyclus van koolstof voorzien [29](#page=29). * **Ketogene aminozuren:** Deze verhogen de concentratie van ketolichamen, omdat ze het centrale metabolisme bevoorraden ter hoogte van acetyl-CoA of acetoacetyl-CoA [29](#page=29). **Classificatie:** * **Exclusief glucogeen:** De meeste aminozuren [29](#page=29). * **Exclusief ketogeen:** Leucine en lysine [29](#page=29). * **Zowel glucogeen als ketogeen:** Complexe en aromatische aminozuren zoals fenylalanine, tyrosine, tryptofaan, isoleucine en threonine [29](#page=29). ### 2.3 Vertakte keten aminozuur organische acidurieën Deze groep ziekten wordt veroorzaakt door enzymdefecten in de afbraak van de vertakte keten aminozuren: leucine, isoleucine en valine. Het enzymdefect is gerelateerd aan de vertakte keten aminozuur dehydrogenases, die cofactoren delen met pyruvaat dehydrogenase (PDH) [31](#page=31) [33](#page=33) [34](#page=34). #### 2.3.1 Vertakte keten aminozuren afbraak De afbraak van deze aminozuren verloopt via verschillende stappen. Ze kunnen zowel in het suiker- als vetmetabolisme worden gerecycled [32](#page=32). * **Valine:** Wordt voornamelijk omgezet in suikers (glucogeen) [32](#page=32). * **Isoleucine:** Is zowel glucogeen als ketogeen [32](#page=32). * **Leucine:** Is exclusief ketogeen [32](#page=32). #### 2.3.2 Veelvoorkomende ziekten De meest voorkomende ziekten binnen deze categorie zijn collectief genomen: * Maple Syrup Urine Disease (MSUD) [33](#page=33) [34](#page=34). * Isovaleriaanacidemie (IVA) [33](#page=33). * Propionacidemie (PA) [33](#page=33). * Methylmalonacidemie (MMA) [33](#page=33). #### 2.3.3 Klinische presentatie De klinische manifestaties van deze organische acidurieën overlappen en kunnen zich op drie manieren presenteren: * **Ernstige neonatale vorm:** Snelle metabole ontregeling direct na de geboorte [34](#page=34). * **Acuut-intermittente late-onset vorm:** Episodische ontregelingen die later optreden [34](#page=34). * **Chronisch progressieve vorm:** Presenteert zich met hypotonie, failure to thrive en ontwikkelingsachterstand [34](#page=34). #### 2.3.4 Specifieke kenmerken en complicaties * **Geur:** MSUD wordt gekenmerkt door een specifieke, zoete of weeïge geur van de urine [35](#page=35). * **Ketose:** Ketose is aanwezig bij MSUD en ketoacidose bij andere organische acidurieën [44](#page=44). * **Hersenoedeem:** Een ernstige complicatie die met name bij MSUD kan optreden [44](#page=44) [45](#page=45). * **Extrapyramidaal syndroom:** Door aantasting van de basale ganglia ten gevolge van secundaire mitochondriële dysfunctie, gezien bij PA en MMA [45](#page=45). * **Chronische nierinsufficiëntie:** Een complicatie die met name bij MMA voorkomt [45](#page=45). * **Optische atrofie:** Ook waargenomen bij MMA [45](#page=45). * **Cardiomyopathie:** Kan voorkomen bij PA [45](#page=45). * **Pancreatitis:** Een mogelijke complicatie [45](#page=45). #### 2.3.5 Diagnose * **Klinische aanwijzingen en eerste laboratoriumwaarden:** De klinische presentatie en initiële labresultaten, zoals de hielprik, zijn belangrijke aanwijzingen [46](#page=46). * **Serum aminozuren:** Bij MSUD zijn de serum aminozuren verhoogd, met name valine, leucine en isoleucine [35](#page=35) [46](#page=46). * **Urine organische zuren en serum acylcarnitineprofielen:** Organische acidurieën (OA's) vertonen typische afwijkingen in deze analyses, met toxische metabolieten [42](#page=42) [46](#page=46). * **Secundaire afwijkingen:** * Verlaagd carnitine door verestering [46](#page=46). * Inhibitie van de ureumcyclus, leidend tot verhoogd ammoniak (secundair, niet zo hoog als bij primaire ureumcyclusdefecten) [41](#page=41) [46](#page=46) [47](#page=47). * Mitochondriële dysfunctie, wat resulteert in verhoogd lactaat [46](#page=46). * **Laag glutamine:** In tegenstelling tot ureumcyclusdefecten, wordt bij organische acidurieën vaak een laag glutaminegehalte gezien [46](#page=46). * **Moleculaire diagnose:** Essentieel voor een definitieve bevestiging [46](#page=46). #### 2.3.6 Casus: Rares Rares, een tweeling, werd opgenomen wegens persisterend gewichtsverlies, lethargie en prikkelbaarheid, met een vreemde geur van de urine. Een afwijkende hielprik toonde sterk verhoogde valine, leucine en isoleucine waarden (Leu/Ileu: 1735 µmol/L, Val: 364 µmol/L), wat leidde tot de diagnose MSUD. Ondanks opname en een eiwitarm dieet, kon metabole controle niet worden bereikt door katabolisme, wat uiteindelijk leidde tot complicaties en overlijden [35](#page=35) [37](#page=37). #### 2.3.7 Casus: Siem Siem werd opgenomen met progressieve voedingsproblemen, braken, kreunen en prikkelbaarheid. Laboratoriumonderzoek toonde een metabolische acidose (pH 7.38, bic. 9.1, BE -12.8) en een verhoogd ammoniak (215 µmol/L). Urine organische zuren toonden een piek van methylmalonzuur, 3-OH propionzuur en methylcitroenzuur, in combinatie met ketose, wat wees op Methylmalonacidemie in decompensatie [39](#page=39) [41](#page=41) [42](#page=42). ### 2.4 Differentiaaldiagnose: ureumcyclusdefect versus organische acidurie Hoewel beide soorten aandoeningen een vergelijkbare kliniek kunnen presenteren met sufheid, hypotonie en lethargie na een symptoomvrij interval, zijn de laboratoriumafwijkingen verschillend [47](#page=47). * **Ureumcyclusdefecten:** Gekenmerkt door hoog tot zeer hoog ammoniak en respiratoire alkalose [47](#page=47). * **Organische acidurieën:** Gekenmerkt door metabole acidose en een secundair verhoogd ammoniakgehalte (niet zo hoog als bij ureumcyclusdefecten) [47](#page=47). Metabool en moleculair onderzoek zijn cruciaal om uitsluitsel te geven tussen deze twee groepen aandoeningen [47](#page=47). --- # Screening en specifieke aminozuurafbraakziekten Dit onderwerp behandelt de criteria voor screeningsprogramma's en verkent specifieke aminozuurafbraakziekten, met fenylketonurie (PKU) als cruciaal voorbeeld voor de ontwikkeling van hielprikscreening. ### 3.1 Principes van screening Screeningsprogramma's zijn gebaseerd op een reeks criteria, oorspronkelijk geformuleerd door Wilson en Jungner in 1968, om de effectiviteit en doelmatigheid van medische screeningsprogramma's te waarborgen. Deze criteria kunnen worden onderverdeeld in voorwaarden die betrekking hebben op de ziekte zelf en voorwaarden die betrekking hebben op de screeningsprocedure [49](#page=49) [50](#page=50) [51](#page=51). #### 3.1.1 Voorwaarden ten aanzien van de ziekte Een ziekte die gescreend wordt, moet aan diverse voorwaarden voldoen: * Het moet een belangrijk gezondheidsprobleem zijn [49](#page=49) [50](#page=50). * Het natuurlijke beloop van de ziekte, inclusief de ontwikkeling van een latente naar een manifeste ziekte, moet adequaat begrepen zijn [49](#page=49). * Er moet een geaccepteerde behandeling beschikbaar zijn voor patiënten met de herkende ziekte [49](#page=49) [50](#page=50). * De behandeling moet effectief zijn in de presymptomatische fase van de ziekte [50](#page=50). * Er moeten faciliteiten aanwezig zijn voor de diagnose en behandeling van de ziekte [49](#page=49) [50](#page=50). * Er moet een herkenbaar latent of vroeg symptomatisch stadium zijn [49](#page=49). * Er moet een beleid zijn vastgesteld over wie als patiënt behandeld moet worden [49](#page=49). #### 3.1.2 Voorwaarden ten aanzien van de screeningsprocedure De screeningsprocedure zelf moet ook aan specifieke eisen voldoen: * De gebruikte methode moet efficiënt zijn [51](#page=51). * De procedure moet acceptabel zijn voor de te screenen populatie [49](#page=49) [51](#page=51). * Het moet duidelijk zijn wie behandeld moet worden na een positieve screeningstest [51](#page=51). * De screening moet kostenefficiënt zijn, waarbij de kosten van casusvinding (inclusief diagnose en behandeling) economisch in balans zijn met de totale uitgaven aan medische zorg [49](#page=49) [51](#page=51). * De aangeboden voorziening moet structureel en continu zijn, geen eenmalig project [49](#page=49). #### 3.1.3 Screening anno 2025 Anno 2025 wordt ook de screening voor ernstige gecombineerde immunodeficiëntie (SCID) overwogen. Een belangrijk punt bij screening is het onderscheid tussen "op tijd" en "te laat" behandelen. Bij ernstige neonatale vormen van organische acidurieën zijn patiënten al ziek op het moment van de uitslag van de screening, wat de urgentie van tijdige detectie benadrukt [52](#page=52). ### 3.2 Fenylketonurie (PKU) Fenylketonurie (PKU) is een metabole stoornis die als een prototype wordt beschouwd voor de ontwikkeling van hielprikscreening [55](#page=55). #### 3.2.1 Kenmerken van PKU Onbehandelde PKU leidt tot een verhoogd gehalte aan fenylalanine (hyperphe) in het bloed. Dit kan ernstige gevolgen hebben, waaronder [54](#page=54): * Ernstige verstandelijke beperking [54](#page=54). * Gedragsproblemen [54](#page=54). * Eczeem [54](#page=54). Daarnaast blokkeert het verhoogde fenylalanine de vorming van melanine, wat resulteert in hypopigmentatie [54](#page=54). #### 3.2.2 Hielprikscreening voor PKU De hielprikscreening voor PKU begon in 1963. De initiële test was een bacteriële inhibitie test met behulp van *Bacillus subtilis*. Hierbij werd thienylalanine gebruikt om de groei van de bacterie te remmen; een stijging van fenylalanine leidde tot remming van de groei, wat de detectie van PKU mogelijk maakte [55](#page=55). PKU vormde, samen met hypothyreoïdie, het begin van neonatale screening in België vanaf 1970. De behandeling van PKU bestaat uit het verlagen van het fenylalaninegehalte door middel van een eiwitarm dieet. Het is hierbij essentieel om tyrosine te suppleren, aangezien tyrosine een essentieel aminozuur wordt bij PKU-patiënten door de blokkade van de fenylalanine-omzetting [56](#page=56). --- # Metabolisme van enkele koolstof- en zwavelhoudende aminozuren Dit deel verkent het metabolisme van single-carbon en zwavelhoudende aminozuren, inclusief hun rol in purine- en pyrimidinesynthese, de methionine-homocysteïne pathway, en gerelateerde pathologieën zoals homocystinurie [58](#page=58) [59](#page=59). ### 4.1 Rol in biosynthese en methylatiecycli Single-carbon eenheden, afkomstig van aminozuren, spelen een cruciale rol in diverse biosynthetische processen. Ze zijn essentieel voor de synthese van purines en pyrimidines, de bouwstenen van DNA en RNA. Daarnaast zijn deze single-carbon eenheden betrokken bij de methionine-homocysteïne pathway, waar ze dienen als donor van methylgroepen voor het recyclen van methionine binnen de methylatiecyclus [60](#page=60) [61](#page=61). Het metabolisme van single-carbon eenheden, met name de pathway van foliumzuur naar methyltetrahydrofolaat, is anabool van aard. Dit proces vereist energie in de vorm van ATP en NADPH, waarbij NADPH wordt aangeleverd door de pentosefosfaat pathway. Foliumzuur is een essentiële vitamine, ook bekend als vitamine B9 [60](#page=60). ### 4.2 De methionine-homocysteïne pathway De methionine-homocysteïne pathway is een centrale route in het metabolisme van zwavelhoudende aminozuren. Foliumzuur speelt een sleutelrol in deze pathway door het faciliteren van de methylatiecyclus, wat essentieel is voor het recyclen van methionine. Vitamine B12, ook bekend als cobalamine, is eveneens betrokken als co-factor voor het enzym homocysteïne methyltransferase [61](#page=61) [62](#page=62). Deze pathway heeft significante implicaties voor de gezondheid, aangezien verhoogde niveaus van homocysteïne een bekende cardiovasculaire risicofactor zijn. Daarnaast kan een stoornis in de afbraak van sulfiet naar sulfaat leiden tot zeldzame, maar zeer ernstige neurodegeneratieve aandoeningen [62](#page=62). ### 4.3 Pathologieën gerelateerd aan zwavelaminozuurmetabolisme #### 4.3.1 Homocystinurie Homocystinurie is een metabole ziekte die voornamelijk wordt veroorzaakt door een deficiëntie van het enzym cystathionine β-synthase. Dit leidt tot een accumulatie van homocysteïne in het bloed en de urine [63](#page=63). > **Klinische manifestaties van homocystinurie:** > * Zware bijziendheid en lensluxatie (verplaatsing van de ooglens) [63](#page=63). > * Vertraagde verstandelijke ontwikkeling [63](#page=63). > * Verhoogd risico op trombose in zowel arteriën als venen, leidend tot hartinfarcten en beroertes [63](#page=63). > * Een Marfan-achtig uiterlijk, gekenmerkt door een grote gestalte en lange ledematen [63](#page=63). > **Tip:** Homocystinurie is een van de ziekten die wordt gescreend bij pasgeborenen als onderdeel van de newborn screening [65](#page=65). #### 4.3.2 Behandeling van homocystinurie De behandeling van homocystinurie is gericht op het verminderen van de homocysteïne levels en het ondersteunen van de methionine-homocysteïne pathway [65](#page=65). > **Behandelingsstrategieën voor homocystinurie:** > * **Vitamine B6 (pyridoxine):** Dit is een co-factor van cystathionine β-synthase en is effectief bij vitamine B6-responsieve vormen van de ziekte [65](#page=65). > * **Foliumzuur en Vitamine B12:** Deze vitamines ondersteunen de methylatiecyclus [65](#page=65). > * **Cystadane (betaïne):** Betaïne fungeert als een methylgroepdonor en helpt bij de omzetting van homocysteïne naar methionine [65](#page=65). > * **Eiwitarm dieet:** Een dieet met minder eiwitten beperkt de toevoer van methionine [65](#page=65). #### 4.3.3 Sulfiet oxidase deficiëntie Een andere zeldzame maar ernstige aandoening is sulfiet oxidase deficiëntie, veroorzaakt door een tekort aan het enzym sulfiet oxidase. Molybdeen is een essentiële co-factor voor dit enzym, en een molybdeen co-factordeficiëntie kan hetzelfde klinische beeld veroorzaken [66](#page=66). > **Klinische manifestaties van sulfiet oxidase deficiëntie:** > * Zeer zeldzame aandoening met een ernstig neurologisch fenotype [66](#page=66). > * Snel neurodegeneratief beloop [66](#page=66). > * De behandeling is voornamelijk supportief, en de prognose is vaak fataal, met overlijden tot gevolg [66](#page=66). --- # Synthese van andere biomoleculen uit aminozuren Aminozuren zijn niet alleen bouwstenen voor eiwitten, maar ook cruciale precursors voor de synthese van een breed scala aan andere essentiële biomoleculen. ### 5.1 Overzicht van biomoleculen gesynthetiseerd uit aminozuren Aminozuren spelen een sleutelrol in de biosynthese van diverse structuren en moleculen die essentieel zijn voor fysiologische processen. Deze omvatten [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80): * **Haem**: Geproduceerd uit glycine en succinyl CoA [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80). * **Neurotransmitters**: Variëren in precursors. Serotonine wordt gesynthetiseerd uit tryptofaan. Gamma-aminoboterzuur (GABA) is afgeleid van glutamaat. Dopamine, adrenaline en noradrenaline komen voort uit tyrosine. Glutamaat en glycine kunnen ook zelf als neurotransmitters fungeren [70](#page=70) [78](#page=78) [79](#page=79) [80](#page=80). * **Schildklierhormoon Thyroxine**: Vormt zich uit twee jodo-tyrosines [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80). * **Glutathion**: Een tripeptide met de primaire structuur -glutamyl-cysteïnyl-glycine [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80) [81](#page=81). * **Sfingosine**: Synthetiseerd uit serine en palmitaat [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80). * **Purines en Pyrimidines**: Bevatten ‘ingebouwde’ aminozuren zoals glutamine, glycine en aspartaat [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80). * **Stikstofmonoxide (NO)**: Geproduceerd uit arginine door NO-synthasen (NOS) [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80). * **Polyamines**: Afkomstig van ornithine en S-adenosylmethionine (SAM) [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80). ### 5.2 Haem synthese en pathologieën Haem is een essentieel component voor eiwitten zoals hemoglobine (Hb) in rode bloedcellen (RBC), cytochroom P450 in de lever, en myoglobine in spieren, met functies variërend van zuurstoftransport tot energieproductie [71](#page=71). #### 5.2.1 Het haemsyntheseproces De synthese van haem vindt plaats deels in het mitochondrion en deels in het cytosol [72](#page=72). #### 5.2.2 Porfyrieën: pathologieën in de haemsynthese Porfyrieën zijn een groep metabole ziekten die ontstaan door genetische deficiënties in de haemsynthese pathway [73](#page=73). ##### 5.2.2.1 Acute intermittente porfyrie * **Prevalentie en erfelijkheid**: De meest voorkomende vorm van acute porfyrieën, met een prevalentie van ongeveer 5 per 100.000 in Noord-Europa. Het is een autosomaal dominante aandoening die vaker voorkomt bij vrouwen dan bij mannen, en zelden bij kinderen [74](#page=74). * **Klinische presentatie**: Gekenmerkt door acute neuroviscerale symptomen, waaronder krampende buikpijn met braken en diarree, verlammingsverschijnselen (neuropathie) met spierzwakte, spierpijn, darmdistensie en blaasdysfunctie, tachycardie, hypertensie, en rusteloosheid. Aanvallen kunnen enkele dagen duren, vereisen vaak hospitalisatie, en hoewel er meestal herstel optreedt, kan de aandoening fataal zijn [74](#page=74). * **Behandeling**: Behandeling omvat intraveneus haemin (een krachtigere vorm dan glucose 10%) en 10% glucose-infusies. De rationale achter deze behandeling is de inhibitie van stap 1 in de pathway, namelijk aminolevulinezuursynthase (ALAS), wat leidt tot een reductie van precursors zoals aminolevulinezuur en porfobilinogeen [75](#page=75). ##### 5.2.2.2 Porfyria cutanea tarda * **Karakteristieken**: De meest voorkomende vorm van porfyrie. Kenmerkend zijn chronische, blaarvormende huidletsels, vooral op de hand- en voetrug, voorarmen en het gezicht. Uitlokkende factoren zijn blootstelling aan zonlicht, lichte traumata en medicatie [76](#page=76). * **Pathofysiologie**: Verband houdend met een verstoorde ijzerhuishouding in de lever [76](#page=76). * **Behandeling**: Bestaat uit flebotomie (om ijzerdepletie te induceren), chloroquine (een anti-malariamiddel dat porfyrines beter oplosbaar maakt voor uitscheiding in de urine), en het vermijden van uitlokkende factoren [76](#page=76). #### 5.2.3 Loodvergiftiging Hoewel geen directe porfyrie, is loodvergiftiging gerelateerd aan de haemsynthese omdat lood enzymen in deze pathway remt [77](#page=77). * **Kwetsbaarheid**: Kinderen zijn vatbaarder [77](#page=77). * **Klinische presentatie**: Kan elk orgaansysteem beïnvloeden en omvat buikpijn, kolieken, obstipatie, een loodlijn op het tandvlees, artralgie, myalgie, perifere neuropathie, chronische nefropathie en hypertensie, prikkelbaarheid, en anemie [77](#page=77). * **Behandeling**: Chelatie-therapie [77](#page=77). ### 5.3 Glutathion synthese en metabolisme Glutathion is een krachtig antioxidant en een tripeptide met de sequentie -glutamyl-cysteïnyl-glycine. Het metabolisme van glutathion omvat de reductie van de geoxideerde vorm (GSSG) tot de gereduceerde vorm (GSH) door glutathion reductase [70](#page=70) [78](#page=78) [80](#page=80) [81](#page=81) [82](#page=82) [83](#page=83). > **Tip:** Glutathion reductase gebruikt NADPH, dat gevormd wordt tijdens de oxidatieve fase van de pentosefosfaat pathway [83](#page=83). Riboflavine (vitamine B2) en selenium fungeren als cofactoren in het glutathion metabolisme. Flavine-adenine-dinucleotide (FAD) speelt een rol in redoxreacties binnen het lichaam [83](#page=83). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Transaminatie | Een biochemische reactie waarbij een aminogroep wordt overgedragen van een aminozuur op een keto-acceptor, wat resulteert in de vorming van een nieuw aminozuur en een nieuw ketozuur. Vitamine B6 (pyridoxine) fungeert hierbij als essentiële co-factor. | | Oxidatieve deaminatie | Een proces waarbij de aminogroep van een aminozuur wordt verwijderd onder vorming van ammoniak en een ketozuur. Dit is een energie-vragende reactie die belangrijk is voor het transport van aminozuren tussen weefsels en voor het handhaven van de pH-balans, met name in de nieren. | | Niet-oxidatieve deaminatie | Een hydrolytische reactie die leidt tot de verwijdering van een aminogroep van een aminozuur, waarbij een ketozuur en ammoniak ontstaan zonder de noodzaak van zuurstof of een redoxreactie. | | Ureumcyclus | Een reeks enzymatische reacties die plaatsvinden in de lever en essentieel is voor de eliminatie van stikstof uit het lichaam in de vorm van ureum. Dit proces ontgift het lichaam van ammoniak, dat anders toxisch zou zijn. | | Ammoniak | Een giftige verbinding die ontstaat bij de afbraak van aminozuren. Verhoogde concentraties ammoniak in het bloed kunnen leiden tot ernstige neurologische problemen, waaronder encefalopathie, door interferentie met de citroenzuurcyclus in de hersenen. | | Glutamaat | Een belangrijk excitatoir neurotransmitter in de hersenen. Bij verhoogde ammoniakspiegels kan de synthese van glutamaat uit α-ketoglutaraat toenemen, wat ten koste gaat van de citroenzuurcyclus en kan leiden tot neurologische disfunctie. | | GABA | γ-aminoboterzuur, een belangrijke inhibitoire neurotransmitter in de hersenen. De verhoogde synthese van GABA uit glutamaat als reactie op hoge ammoniakspiegels kan bijdragen aan de symptomen van encefalopathie. | | Argininosuccinaat acidurie | Een metabole stoornis die wordt veroorzaakt door een deficiëntie van het enzym argininosuccinaat lyase (ASL), een essentieel onderdeel van de ureumcyclus. Dit leidt tot een accumulatie van argininosuccinaat en ernstige hyperammoniëmie. | | Hyperammoniëmie | Een abnormaal hoge concentratie ammoniak in het bloed. Dit is een levensbedreigende aandoening die kan optreden bij verschillende metabole ziekten, met name ureumcyclusdefecten, en ernstige schade aan het centrale zenuwstelsel kan veroorzaken. | | Organische acidurieën | Een groep erfelijke metabole ziekten die worden gekenmerkt door de accumulatie van organische zuren in het lichaam als gevolg van enzymdefecten in specifieke afbraakpaden, zoals de afbraak van vetzuren of aminozuren. | | Maple Syrup Urine Disease (MSUD) | Een zeldzame erfelijke metabole ziekte die wordt gekenmerkt door een defect in de afbraak van de vertakte keten aminozuren leucine, isoleucine en valine. De naam komt van de karakteristieke geur van de urine van getroffen individuen. | | Vertakte keten aminozuren | Amino'suren met een alifatische zijketen die een vertakte structuur heeft, zoals leucine, isoleucine en valine. Defecten in de afbraak van deze aminozuren kunnen leiden tot ernstige metabole ziekten. | | Methylmalonacidemie (MMA) | Een metabole stoornis waarbij methylmalonzuur zich ophoopt in het lichaam. Dit wordt meestal veroorzaakt door een deficiëntie van enzymen die betrokken zijn bij het metabolisme van valine en methionine, of door een vitamine B12-deficiëntie. | | Phenylketonurie (PKU) | Een erfelijke metabole ziekte waarbij het lichaam fenylalanine, een essentieel aminozuur, niet goed kan afbreken. Dit leidt tot een ophoping van fenylalanine en toxische metabolieten, wat ernstige verstandelijke beperkingen en gedragsproblemen kan veroorzaken indien onbehandeld. | | Homocystinurie | Een metabole stoornis die wordt veroorzaakt door een tekort aan het enzym cystathionine β-synthase, wat leidt tot een ophoping van homocysteïne in het bloed en de urine. Dit kan leiden tot ernstige gezondheidsproblemen, waaronder lensluxatie, skeletafwijkingen en cardiovasculaire aandoeningen. | | Glutathion | Een tripeptide dat een cruciale rol speelt als antioxidant in cellen. Het helpt bij de ontgifting van schadelijke stoffen, de bescherming tegen oxidatieve stress en de regeneratie van andere antioxidanten zoals vitamine C. | | Hem (Heem) | Een organische molecuul dat een ijzerion bevat en een essentieel onderdeel is van hemoglobine, myoglobine en cytochroom P450 enzymen. Het is cruciaal voor zuurstoftransport en energiemetabolisme. |

# Segnalazione ormonale e tipi di recettori La segnalazione ormonale è un meccanismo fondamentale per l'integrazione della comunicazione chimica tra organi e tessuti in organismi complessi [1](#page=1). ### 1.1 Principi della segnalazione ormonale La biosegnalazione, la comunicazione tra cellule, avviene tramite mediatori chimici chiamati ormoni. Questi ormoni sono sintetizzati da cellule specifiche, riversati nel torrente circolatorio che li trasporta alle cellule bersaglio, anche a grande distanza. Le cellule bersaglio possiedono recettori specifici per ciascun ormone, e l'interazione ormone-recettore innesca una risposta biologica. Le concentrazioni degli ormoni nel circolo sono generalmente molto basse [1](#page=1) [7](#page=7). ### 1.2 Classificazione degli ormoni In base alla loro natura chimica, gli ormoni possono essere classificati in: * **Proteici:** come l'insulina, il glucagone e l'ormone della crescita (GH) [2](#page=2). * **Derivati da aminoacidi:** come le catecolammine (adrenalina, noradrenalina) e gli ormoni tiroidei [2](#page=2). * **Lipidici:** che includono eicosanoidi, retinoidi e steroidi [2](#page=2). ### 1.3 Localizzazione dei recettori La localizzazione del recettore sulla cellula bersaglio dipende dalla natura dell'ormone e dalla sua capacità di attraversare la membrana plasmatica [2](#page=2): * **Recettori extracellulari:** situati sulla membrana plasmatica esterna, legano ormoni di natura proteica o derivati da aminoacidi, che sono idrosolubili e non possono attraversare facilmente la membrana [2](#page=2) [8](#page=8). * **Recettori intracellulari:** situati nel citoplasma o nel nucleo, legano ormoni di natura lipidica (liposolubili) che attraversano la membrana cellulare [17](#page=17) [2](#page=2). ### 1.4 Tipi di segnalazione cellulare Oltre alla segnalazione endocrina, in cui gli ormoni viaggiano nel sangue a lunghe distanze, esistono altri tipi di segnalazione: * **Segnalazione endocrina:** la cellula endocrina secerne l'ormone nel sangue, che raggiunge cellule bersaglio distanti [7](#page=7). * **Segnalazione paracrina:** la cellula secernente agisce su cellule bersaglio vicine tramite il rilascio di mediatori chimici nello spazio extracellulare [7](#page=7). * **Segnalazione autocrina:** la cellula secernente agisce su se stessa, agendo sui propri recettori [7](#page=7). ### 1.5 Trasduzione del segnale La trasduzione del segnale è la serie di reazioni che avvengono all'interno della cellula bersaglio dopo il legame ligando-recettore, portando a una risposta cellulare [8](#page=8). #### 1.5.1 Recettori di membrana e secondi messaggeri Gli ormoni idrosolubili (proteici e derivati da aminoacidi) legano recettori presenti sulla membrana plasmatica. Questo legame innesca una cascata di segnali che porta alla produzione di secondi messaggeri. I secondi messaggeri sono mediatori intracellulari del segnale e possono essere di diversa natura [8](#page=8) [9](#page=9): * **cAMP (adenosina monofosfato ciclico):** mediatore di molte vie metaboliche [13](#page=13) [9](#page=9). * **cGMP (guanosina monofosfato ciclico):** simile al cAMP [9](#page=9). * **Ione Calcio ($\text{Ca}^{2+}$):** coinvolto nella contrazione muscolare e in altre risposte cellulari [10](#page=10) [9](#page=9). * **Inositolo 3-fosfato (IP3):** un inositolo fosfato che regola il rilascio di $\text{Ca}^{2+}$ [15](#page=15) [9](#page=9). * **Diacilglicerolo (DAG):** un lipide di membrana che, insieme all'IP3, attiva diverse vie di segnalazione [15](#page=15) [9](#page=9). ##### 1.5.1.1 Ruolo dello ione Calcio ($\text{Ca}^{2+}$) Lo ione $\text{Ca}^{2+}$ agisce spesso tramite la calmodulina, una proteina che lega fino a quattro ioni calcio e funge da sensore del calcio intracellulare. Un aumento del $\text{Ca}^{2+}$ intracellulare può attivare l'enzima ossido nitrico sintasi (NOS), che produce ossido nitrico (NO). L'ossido nitrico ha diverse funzioni, tra cui la vasodilatazione della muscolatura liscia dei vasi sanguigni, un effetto benefico durante l'esercizio fisico [10](#page=10). ##### 1.5.1.2 La via dell'AMP ciclico (cAMP) Il cAMP è prodotto dall'enzima adenilato ciclasi. L'adenilato ciclasi è spesso attivata o inattivata da proteine G. Il cAMP, a sua volta, agisce come attivatore allosterico della proteina chinasi A (PKA). Le chinasi sono enzimi che aggiungono gruppi fosfato a proteine (fosforilazione), alterandone l'attività. La via di segnalazione viene spenta dall'inattivazione del cAMP da parte delle fosfodiesterasi [12](#page=12) [13](#page=13) [14](#page=14). ##### 1.5.1.3 La via del fosfatidilinositolo In questa via, la proteina G può attivare l'enzima fosfolipasi C. La fosfolipasi C idrolizza il fosfatidilinositolo 4,5-bisfosfato (PIP2) per produrre due secondi messaggeri: inositolo 1,4,5-trisfosfato (IP3) e diacilglicerolo (DAG). L'IP3 causa il rilascio di $\text{Ca}^{2+}$ dal reticolo sarcoplasmatico, mentre il DAG attiva altre chinasi, portando a una risposta cellulare [15](#page=15). #### 1.5.2 Recettori accoppiati a proteine G (GPCRs) Questa è la famiglia di recettori più numerosa e si estende per sette volte attraverso la membrana plasmatica. I GPCRs attivano proteine G sul versante citoplasmatico. Le proteine G sono trimeriche e legano GDP o GTP, fungendo da ponte tra il recettore e le proteine effettrici, che possono essere enzimi (come l'adenilato ciclasi o la fosfolipasi C) che producono secondi messaggeri, o canali ionici [12](#page=12). #### 1.5.3 Recettori tirosin-chinasi Questi recettori sono coinvolti nel controllo del metabolismo, come nel caso dell'insulina. Sono recettori transmembrana di ormoni proteici. Il legame del ligando attiva le porzioni intracellulari del recettore, che possiedono attività enzimatica "tirosin-chinasi". Questa attività porta alla fosforilazione di substrati, innescando una cascata di segnale [16](#page=16). #### 1.5.4 Recettori intracellulari Gli ormoni lipidici (steroidi) attraversano la membrana cellulare e si legano a recettori situati nel citoplasma o nel nucleo. Il complesso ligando-recettore agisce poi come fattore di trascrizione, legandosi agli elementi di risposta dell'ormone (Hormone Responsive Elements) sul DNA e regolando direttamente la trascrizione genica. Questo porta alla sintesi di proteine specifiche, che attuano la risposta cellulare [17](#page=17). > **Tip:** La comprensione dei diversi tipi di recettori e delle vie di trasduzione del segnale è cruciale per capire come gli ormoni regolano funzioni fisiologiche complesse come il metabolismo, la crescita e la riproduzione. > > **Tip:** Ricorda che la specificità del legame ormone-recettore è fondamentale; un determinato ormone si legherà solo al suo recettore specifico, garantendo che il segnale raggiunga la cellula bersaglio appropriata. --- # Ruolo degli ormoni nel metabolismo e nell'omeostasi Gli ormoni giocano un ruolo cruciale nella regolazione dei processi metabolici e nel mantenimento dell'omeostasi, influenzando il metabolismo di carboidrati, lipidi e proteine attraverso meccanismi complessi [18](#page=18) [23](#page=23). ### 2.1 Catecolamine Le catecolamine, come l'adrenalina e la noradrenalina, sono prodotte nella midollare del surrene in risposta a stimoli del sistema nervoso simpatico e mediano la risposta "attacco o fuga". I loro effetti dipendono dal tipo di recettore a cui si legano: i recettori β-adrenergici attivano la via del cAMP, mentre i recettori α2-adrenergici la bloccano; i recettori α1-adrenergici attivano la via dei fosfoinositidi e del calcio [18](#page=18) [19](#page=19) [20](#page=20). **Effetti fisiologici delle catecolamine:** * Broncodilatazione [21](#page=21). * Aumento dell'attività cardiaca [21](#page=21). * Aumento della pressione sanguigna [21](#page=21). * Aumento della disponibilità di ossigeno ai tessuti [21](#page=21). **Effetti metabolici delle catecolamine:** L'adrenalina aumenta la disponibilità di substrati energetici come glucosio, acidi grassi e ossigeno, predisponendo l'organismo all'attività fisica [22](#page=22). * Nel fegato: glicogenolisi e gluconeogenesi [22](#page=22) [25](#page=25). * Nel muscolo: glicogenolisi [22](#page=22). * Nel tessuto adiposo: lipolisi [22](#page=22) [25](#page=25). > **Tip:** Le catecolamine preparano l'organismo a rispondere rapidamente a situazioni di stress, aumentando l'apporto di energia e ossigeno. ### 2.2 Ormoni pancreatici: Insulina e Glucagone Il pancreas è fondamentale per il controllo della glicemia grazie alla secrezione endocrina di insulina e glucagone dalle isole di Langerhans [24](#page=24). #### 2.2.1 Glucagone Il glucagone è un peptide di 29 aminoacidi prodotto dalle cellule alfa del pancreas. I suoi livelli aumentano in risposta a bassi livelli di glucosio nel sangue (ipoglicemia). Agisce attivando la via dell'AMP ciclico attraverso recettori con 7 α-eliche [25](#page=25). **Effetto iperglicemizzante del glucagone:** * Nel fegato: stimola la glicogenolisi (rilascio di glucosio dal glicogeno) e la gluconeogenesi (formazione di nuovo glucosio) [25](#page=25). * Nel tessuto adiposo: stimola la lipolisi [25](#page=25). La sua funzione primaria è regolare l'omeostasi della glicemia e garantire la disponibilità di glucosio per le cellule, in particolare quelle muscolari. Il suo effetto è opposto a quello dell'insulina [25](#page=25) [29](#page=29). #### 2.2.2 Insulina L'insulina è prodotta dalle cellule beta del pancreas ed è un peptide di 51 aminoacidi, formato da due catene legate da ponti disolfuro. Viene secreta in risposta all'aumento della glicemia (iperglicemia). I suoi recettori sono presenti in quasi tutti i tessuti [26](#page=26) [27](#page=27). **Effetto ipoglicemizzante dell'insulina:** L'insulina è un ormone anabolico che favorisce i processi di sintesi e immagazzinamento. Stimola [27](#page=27): * L'internalizzazione del glucosio nelle cellule, anche attraverso i trasportatori GLUT4 [27](#page=27). * La glicogenosintesi (formazione di glicogeno) [27](#page=27). * La liposintesi (formazione di acidi grassi) [27](#page=27). * La proteosintesi (produzione di proteine) [27](#page=27). L'effetto ipoglicemizzante dell'insulina è in contrasto con l'effetto iperglicemizzante di glucagone e catecolamine [29](#page=29). **Insulina e Diabete:** Il diabete mellito è causato da difetti nella secrezione o nell'azione dell'insulina [28](#page=28). * **Diabete di Tipo I:** Generalmente insorge in giovane età, con difetti nella produzione di insulina, ed è insulino-sensibile [28](#page=28). * **Diabete di Tipo II:** Si manifesta spesso in età adulta, è correlato all'obesità, e presenta insulino-resistenza dovuta a un minor numero di recettori o a difetti nella trasduzione del segnale. L'esercizio fisico è benefico in quanto mima molti effetti dell'insulina, aumentando il consumo energetico, l'uptake di glucosio, riducendo la massa grassa e aumentando la sensibilità all'insulina [28](#page=28). ### 2.3 Ormone della crescita (GH) L'ormone della crescita (GH), o somatotropina, è secreto dall'ipofisi anteriore ed è un ormone polipeptidico con un ruolo anabolico. I suoi livelli sono elevati durante la pubertà. La sua secrezione è influenzata da vari fattori, tra cui esercizio fisico, stress, sonno, ipoglicemia (stimolanti), e iperglicemia post-prandiale, aumento di acidi grassi liberi, obesità e IGF-1 (inibitori) [30](#page=30). **Alterazioni del GH:** * **Carenza in età infantile:** Deficit della crescita [30](#page=30). * **Eccesso in età infantile:** Gigantismo [30](#page=30). * **Eccesso in età adulta:** Acromegalia [30](#page=30). Il GH stimola la secrezione di IGF-1. Ha un effetto iperglicemizzante, simile a quello del glucagone [30](#page=30). **Ruolo metabolico del GH:** Il GH stimola: * Lipolisi [31](#page=31). * Accrescimento osseo [31](#page=31) [32](#page=32). * Sintesi proteica [31](#page=31) [32](#page=32). Agisce direttamente sul metabolismo determinando un aumento dei trigliceridi circolanti, un aumento del glucosio ematico e un aumento della sintesi proteica e della captazione di aminoacidi nei tessuti, promuovendo la costruzione dei tessuti (effetto anabolico) [32](#page=32). #### 2.3.1 IGF-1 (Somatomedina) IGF-1 (Insulin-like Growth Factor I) o Somatomedina è un ormone proteico strutturalmente simile alla proinsulina, con un recettore analogo a quello dell'insulina. È prodotto principalmente nel fegato e i suoi livelli plasmatici sono costanti. Favorisce l'anabolismo, l'accrescimento e la rigenerazione nel muscolo scheletrico [33](#page=33). ### 2.4 Adipochine Il tessuto adiposo svolge anche un'attività endocrina secernendo adipochine, molecole coinvolte nella regolazione della massa grassa e del metabolismo energetico. Queste includono adiponectina, leptina, visfatina e resistina. Sono implicate nelle sindromi metaboliche come diabete e obesità e regolano il metabolismo glucidico e lipidico. La loro produzione è alterata in condizioni di obesità [36](#page=36). #### 2.4.1 Adiponectina L'adiponectina è una proteina che aumenta l'entrata di acidi grassi e glucosio nel muscolo, stimola la beta-ossidazione degli acidi grassi e la biogenesi mitocondriale. Favorisce il metabolismo muscolare e contrasta diabete e obesità [37](#page=37). **Effetti dell'adiponectina:** * Aumentata ossidazione degli acidi grassi [37](#page=37). * Aumentata sensibilità all'insulina [37](#page=37). * Diminuita sintesi di trigliceridi [37](#page=37). * Ridotto afflusso di acidi grassi [37](#page=37). * Ridotto output di glucosio [37](#page=37). * Effetti anti-diabetici, anti-obesità, anti-aterogeni e anti-infiammatori [37](#page=37). #### 2.4.2 Leptina La leptina è una proteina che segnala l'adeguatezza delle riserve di grasso, regolando l'assunzione di cibo e il senso di fame. Agisce sui neuroni ipotalamici, riducendo l'appetito (effetto anoressizzante). Promuove il consumo di acidi grassi per produrre energia o calore attraverso la produzione di termogenina [38](#page=38). ### 2.5 Ormoni tiroidei Gli ormoni tiroidei, triiodotironina (T3) e tetraiodotironina (T4), derivano dalla tireoglobulina e sono essenziali per lo sviluppo e il metabolismo. Le disfunzioni tiroidee causano ipotiroidismo o ipertiroidismo [39](#page=39). **Effetti metabolici degli ormoni tiroidei:** * Aumentano il colesterolo, i fosfolipidi e i trigliceridi plasmatici [40](#page=40). * Promuovono la mobilizzazione dei grassi dai tessuti e l'ossidazione degli acidi grassi [40](#page=40). * Influenzano l'uptake di glucosio, la gluconeogenesi e l'assorbimento intestinale [40](#page=40). * Stimolano la secrezione di insulina [40](#page=40). * Aumentano la massa magra e adiposa [40](#page=40). * Influenzano l'output cardiaco, la frequenza cardiaca, il volume ematico, la frequenza respiratoria e la motilità gastrointestinale [40](#page=40). * Aumentano la temperatura corporea [40](#page=40). Sono ormoni lipofili che agiscono attraverso recettori nucleari. Il T4 viene convertito in T3 [40](#page=40). > **Tip:** Gli ormoni tiroidei hanno un impatto generalizzato sul metabolismo basale, influenzando quasi tutti i processi cellulari e tissutali. --- # Regolazione della crescita e differenziamento This topic examines the crucial roles of growth hormone (GH) and growth factors like IGF-1 in promoting bone growth, protein synthesis, and metabolism, alongside the catabolic functions of myostatin. ### 3.1 L'ormone della crescita (GH) L'ormone della crescita (GH), noto anche come somatotropina, è un ormone polipeptidico di 190 aminoacidi secreto dall'ipofisi anteriore con una marcata azione anabolica. I suoi livelli sono significativamente elevati durante la pubertà. La secrezione del GH è influenzata da numerosi fattori, tra cui esercizio fisico, stress, sonno, pasti ricchi di proteine e fasi di ipoglicemia, che la stimolano. Al contrario, l'iperglicemia post-prandiale, l'aumento degli acidi grassi liberi, l'obesità e l'IGF-1 tendono a inibirne la secrezione. Alterazioni nei livelli di GH possono portare a difetti della crescita (carenza di GH in età infantile) o a gigantismo/acromegalia (eccesso di GH in età infantile o adulta) [30](#page=30). Il GH stimola la secrezione di IGF-1 ed esercita un effetto iperglicemizzante [30](#page=30). > **Tip:** Ricorda che il GH ha sia effetti metabolici diretti sia effetti mediati da altri fattori di crescita. Il GH svolge un ruolo fondamentale nella regolazione della crescita e del metabolismo dell'organismo agendo su ossa, cartilagini, muscoli e fegato attraverso la produzione di sostanze chiamate somatomedine, in particolare IGF-1, che sono responsabili dell'accrescimento osseo. Interviene direttamente sul metabolismo, determinando un aumento dei trigliceridi circolanti, un aumento della glicemia e un incremento della sintesi proteica nei tessuti con conseguente captazione di aminoacidi. Questo rappresenta un effetto anabolico di costruzione dei tessuti [32](#page=32). Il GH è coinvolto nell'accrescimento osseo, nella sintesi proteica e nella lipolisi [31](#page=31). > **Example:** Durante l'esercizio fisico intenso, i livelli di GH aumentano per favorire la lipolisi (scomposizione dei grassi per produrre energia) e stimolare la sintesi proteica, contribuendo al recupero e alla crescita muscolare. ### 3.2 Fattori di crescita insulino-simili (IGF) L'IGF-1 (Insulin-like Growth Factor I), noto anche come somatomedina, è un ormone proteico che presenta analogie strutturali con la proinsulina. Il suo recettore è simile a quello dell'insulina. L'IGF-1 è una proteina prodotta principalmente nel fegato e i suoi livelli nel plasma sono relativamente costanti [33](#page=33). Nel muscolo scheletrico, l'IGF-1 favorisce l'anabolismo, l'accrescimento e la rigenerazione. Può agire attraverso meccanismi endocrini (a distanza), paracrini (su cellule vicine) e autocrini (sulla stessa cellula che lo produce). Le cellule muscolari, in particolare, rilasciano un fattore chiamato MGF (Mechano Growth Factor) [33](#page=33). Esistono tre modalità di azione degli IGF: 1. **Segnale endocrino:** La cellula secernente rilascia IGF-1 nel circolo sanguigno, che agisce su cellule bersaglio lontane [34](#page=34). 2. **Segnale paracrino:** La cellula secernente rilascia IGF-1 che agisce su cellule bersaglio vicine [34](#page=34). 3. **Segnale autocrino:** La cellula secernente rilascia IGF-1 che agisce sulla stessa cellula secernente [34](#page=34). Il GH, insieme allo stato nutrizionale, stimola la crescita dell'osso, di altri tessuti e la produzione di massa muscolare attraverso l'azione dell'IGF-1 e dell'MGF. Lo stress meccanico, come quello indotto dall'esercizio fisico, può stimolare il rilascio di MGF [34](#page=34). > **Tip:** L'IGF-1 è considerato un mediatore chiave degli effetti anabolici del GH, soprattutto a livello osseo e muscolare. ### 3.3 Miostatina La miostatina è una proteina espressa in modo particolare nel tessuto muscolare. Viene prodotta sotto forma di pro-ormone e agisce prevalentemente attraverso meccanismi paracrini e autocrini. La sua funzione principale è quella di contrastare l'anabolismo muscolare e di deprimere la crescita delle cellule muscolari [35](#page=35). La miostatina è un ormone con una marcata azione catabolica, coinvolta nella degradazione delle proteine. I suoi livelli tendono ad essere bassi in seguito all'esercizio fisico mentre sono elevati in patologie che portano all'atrofia muscolare [35](#page=35). > **Example:** Soggetti con mutazioni genetiche che inibiscono la funzione della miostatina presentano una massa muscolare eccezionalmente sviluppata, come dimostrato negli esemplari noti come "bully-whippet" [35](#page=35). > **Tip:** La miostatina agisce come un "freno" sulla crescita muscolare; la sua inibizione porta a un aumento significativo della massa muscolare. --- # Ormoni steroidei e regolazione dell'equilibrio ionico Questo argomento esplora la sintesi, le funzioni fisiologiche e gli effetti metabolici degli ormoni steroidei, inclusa la regolazione del calcio nel sangue attraverso calcitriolo, paratormone e calcitonina. ### 4.1 Ormoni steroidei: classificazione e precursori Gli ormoni steroidei sono derivati dal colesterolo e si classificano in mineralcorticoidi, glucocorticoidi e ormoni sessuali. Il progesterone è un precursore comune per molti di essi, sintetizzato principalmente nel corpo luteo dell'ovaio, dove regola il ciclo mestruale e prepara l'utero all'impianto [41](#page=41). ### 4.2 Androgeni I principali androgeni includono l'androstenedione e il testosterone. Il testosterone viene ulteriormente metabolizzato in 5-diidrotestosterone (DHT) nei tessuti bersaglio [42](#page=42). #### 4.2.1 Effetti degli androgeni Gli androgeni sono cruciali per il differenziamento sessuale maschile nell'embrione, lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari nella pubertà e il mantenimento di questi caratteri, del trofismo cutaneo, della massa muscolare e ossea nell'adulto. Presentano importanti effetti anabolizzanti, che possono essere sfruttati nel doping sportivo, e influenzano la produzione di globuli rossi e l'aggressività [43](#page=43). ### 4.3 Estrogeni I principali estrogeni sono l'estradiolo (ormone della fertilità), l'estrone (ormone della gravidanza) e l'estriolo (ormone della menopausa). Sono prodotti nei follicoli ovarici a partire dagli androgeni, grazie all'azione dell'enzima aromatasi che crea un anello aromatico [44](#page=44). #### 4.3.1 Effetti degli estrogeni Gli estrogeni esercitano effetti trofici sugli organi sessuali femminili e sull'osso. Influenzano le fasi cicliche dell'endometrio e dell'ovaio [44](#page=44). ### 4.4 Mineralcorticoidi L'aldosterone, secreto dal surrene, promuove il riassorbimento di ioni sodio ($Na^+$). Questo aumento del sodio porta a un aumento del volume sanguigno e, di conseguenza, della pressione arteriosa, contribuendo alla regolazione del volume e della pressione del sangue. La sua secrezione è stimolata dall'ormone peptidico angiotensina [46](#page=46). > **Tip:** L'aldosterone è fondamentale per il mantenimento dell'omeostasi idro-salina e cardiovascolare, assicurando l'apporto di nutrienti e ossigeno ai tessuti [46](#page=46). ### 4.5 Glucocorticoidi I principali glucocorticoidi sono il corticosterone e il cortisolo. Vengono secreti in risposta all'ormone ipofisario ACTH, nell'ambito dell'asse ipofisi-surrene. I livelli di cortisolo sono correlati all'intensità e alla durata dell'esercizio fisico [47](#page=47). #### 4.5.1 Effetti dei glucocorticoidi I glucocorticoidi hanno effetti catabolici su proteine e lipidi, promuovendo la gluconeogenesi e la lipolisi. Possiedono anche attività antiinfiammatoria [47](#page=47) [48](#page=48). > **Tip:** Livelli elevati di glucocorticoidi, in particolare cortisolo, possono compromettere la performance sportiva a causa dei loro effetti catabolici. Il cortisolo è noto anche come "ormone dello stress" [47](#page=47) [48](#page=48). ### 4.6 Regolazione della calcemia La calcemia, ovvero il livello di calcio nel sangue, è finemente regolata da diversi ormoni. #### 4.6.1 Calcitriolo Il calcitriolo è un derivato steroideo della vitamina D. Favorisce l'assorbimento del calcio a livello intestinale e la sua deposizione nelle ossa. Una carenza di vitamina D può portare a fragilità ossea, compromettendo la mineralizzazione [49](#page=49). > **Tip:** Il fegato e i reni sono coinvolti nella conversione della vitamina D nel suo metabolita attivo, il calcitriolo [49](#page=49). #### 4.6.2 Paratormone (PTH) Il paratormone (PTH) è un ormone peptidico secreto dalle paratiroidi in risposta a una bassa calcemia. Stimola il rilascio di calcio dall'osso (demineralizzazione) e promuove la formazione del calcitriolo a livello renale [50](#page=50). #### 4.6.3 Calcitonina La calcitonina è un ormone che favorisce la deposizione di calcio nell'osso, promuovendo la mineralizzazione [50](#page=50). > **Tip:** L'ossificazione ottimale richiede un'interazione bilanciata tra le cellule ossee che favoriscono la mineralizzazione (osteoblasti) e quelle che promuovono il riassorbimento e la demineralizzazione (osteoclasti). Altri ormoni, come il testosterone e l'IGF-I, influenzano positivamente il metabolismo osseo, mentre cortisolo e miostatina hanno un ruolo inibitorio [50](#page=50). > > **Nota:** L'osso è un tessuto metabolicamente molto attivo [50](#page=50). --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Ormone | Mediatori chimici sintetizzati da cellule endocrine o da altri tessuti, rilasciati nel circolo sanguigno o nello spazio extracellulare, che agiscono su cellule bersaglio specifiche legandosi a recettori e scatenando una risposta biologica. | | Recettore | Proteina specifica presente sulla membrana cellulare o all'interno della cellula (citoplasma o nucleo) che si lega a un determinato ligando (come un ormone), iniziando una cascata di segnali intracellulari che portano a una risposta cellulare. | | Trasduzione del segnale | Il processo attraverso il quale un segnale extracellulare (come il legame di un ormone al suo recettore) viene convertito in una serie di eventi intracellulari che modificano il comportamento della cellula, portando a una risposta biologica. | | Secondo messaggero | Molecole intracellulari non proteiche, come cAMP, cGMP, ioni calcio o diacilglicerolo, che vengono prodotte in risposta all'attivazione di un recettore di membrana e amplificano e diffondono il segnale all'interno della cellula, mediando la risposta cellulare. | | Proteina G | Una famiglia di proteine intracellulari associate alla membrana plasmatica che fungono da trasduttori del segnale, collegando i recettori di membrana a enzimi effettori o canali ionici, e che sono attivate dal legame con il GDP o GTP. | | Adenilato ciclasi | Un enzima di membrana che, quando attivato da una subunità alfa della proteina Gs, catalizza la conversione dell'ATP in AMP ciclico (cAMP), uno dei più comuni secondi messaggeri. | | Proteina chinasi A (PKA) | Un enzima intracellulare che viene attivato dal cAMP e catalizza la fosforilazione di proteine bersaglio, modulandone l'attività e partecipando a diverse vie di segnalazione cellulare. | | Fosfolipasi C | Un enzima di membrana che, attivato da una proteina G, idrolizza il fosfatidilinositolo 4,5-bifosfato (PIP2) in due secondi messaggeri: inositolo trifosfato (IP3) e diacilglicerolo (DAG). | | Recettore tirosin-chinasi | Un tipo di recettore transmembrana che, una volta legato al suo ligando (come l'insulina), attiva la propria attività tirosin-chinasica intracellulare, fosforilando specifici substrati proteici e innescando una cascata di segnali. | | Recettore intracellulare | Recettori localizzati nel citoplasma o nel nucleo che legano ormoni liposolubili (come gli ormoni steroidei). Il complesso ligando-recettore agisce come un fattore di trascrizione, regolando l'espressione genica. | | Catecolamine | Ormoni derivati dalla tirosina, tra cui adrenalina e noradrenalina, rilasciati in risposta a stimoli del sistema nervoso simpatico e coinvolti nella risposta di \"attacco o fuga\", influenzando il metabolismo energetico e la funzione cardiovascolare. | | Glucagone | Ormone peptidico prodotto dalle cellule alfa del pancreas, che aumenta la glicemia stimolando la glicogenolisi e la gluconeogenesi nel fegato e la lipolisi nel tessuto adiposo. | | Insulina | Ormone peptidico prodotto dalle cellule beta del pancreas, che riduce la glicemia promuovendo l'uptake di glucosio nelle cellule, la glicogenosintesi, la liposintesi e la sintesi proteica. Agisce come ormone anabolico. | | Ormone della crescita (GH) | Ormone polipeptidico secreto dall'ipofisi anteriore, con un ruolo anabolico importante per la crescita ossea, la sintesi proteica e il metabolismo generale. Stimola anche la produzione di IGF-1. | | IGF-1 (Fattore di crescita insulino-simile 1) | Ormone proteico, prodotto principalmente nel fegato, strutturalmente simile all'insulina. Gioca un ruolo cruciale nella crescita e nell'anabolismo muscolare, osseo e di altri tessuti, agendo tramite meccanismi endocrini, paracrini e autocrini. | | Miostatina | Una proteina prodotta principalmente nel muscolo scheletrico che agisce come inibitore del mio-genesi e della crescita muscolare, esercitando un'azione catabolica sulla massa muscolare. Bassi livelli sono associati all'esercizio fisico. | | Adipochine | Molecole secrete dal tessuto adiposo, come leptina e adiponectina, che svolgono funzioni endocrine e paracrine, regolando il metabolismo energetico, la massa grassa, la sensibilità all'insulina e l'infiammazione. | | Ormoni tiroidei | Ormoni lipofili (T3 e T4) derivati dalla tireoglobulina, essenziali per lo sviluppo e la regolazione del metabolismo basale. Aumentano la temperatura corporea e influenzano il metabolismo di carboidrati, lipidi e proteine. | | Ormoni steroidei | Ormoni derivati dal colesterolo, tra cui mineralcorticoidi, glucocorticoidi e ormoni sessuali. Sono liposolubili e agiscono legandosi a recettori intracellulari per regolare l'espressione genica. | | Mineralcorticoidi | Ormoni steroidei (come l'aldosterone) prodotti dalla corteccia surrenale, che regolano l'equilibrio idro-salino promuovendo il riassorbimento di sodio e l'escrezione di potassio nei reni, influenzando il volume e la pressione sanguigna. | | Glucocorticoidi | Ormoni steroidei (come il cortisolo) prodotti dalla corteccia surrenale in risposta all'ACTH. Hanno effetti catabolici su proteine e lipidi, un'azione antiinfiammatoria e influenzano il metabolismo del glucosio e la risposta allo stress. | | Calcemia | La concentrazione di ioni calcio nel sangue. La sua regolazione è essenziale per molte funzioni fisiologiche e coinvolge ormoni come il calcitriolo, il paratormone (PTH) e la calcitonina. | | Calcitriolo | La forma attiva della Vitamina D, uno steroide che favorisce l'assorbimento intestinale di calcio e fosfato e la loro deposizione nelle ossa, contribuendo a mantenere livelli adeguati di calcemia e a mineralizzare lo scheletro. | | Paratormone (PTH) | Ormone peptidico secreto dalle ghiandole paratiroidi che aumenta i livelli di calcio nel sangue stimolando il rilascio di calcio dall'osso (demineralizzazione), la riassorbimento di calcio nei reni e la sintesi di calcitriolo. | | Calcitonina | Ormone peptidico secreto dalle cellule parafollicolari della tiroide che riduce i livelli di calcio nel sangue favorendo la deposizione di calcio nelle ossa (mineralizzazione) e inibendo il riassorbimento osseo. |

# Structure et propriétés des oses Cette section explore la structure, l'isomérie, la cyclisation et les propriétés physicochimiques des oses, couvrant leur filiation, les méthodes de synthèse et d'analyse, ainsi que leurs réactions chimiques fondamentales. ### 1.1 Filiation des aldoses et synthèse de Kiliani-Fischer La filiation des aldoses décrit les réactions permettant de relier les oses en fonction de leur longueur de chaîne carbonée, permettant d'allonger ou de raccourcir cette chaîne pour établir une relation généalogique entre les différents types de sucres [1](#page=1). #### 1.1.1 Synthèse de Kiliani-Fischer La synthèse de Kiliani-Fischer est une méthode utilisée pour allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un atome de carbone. Elle se déroule en trois étapes principales [1](#page=1): 1. **Ajout de cyanure d'hydrogène (HCN)**: Le groupe aldéhyde (-CHO) du sucre réagit avec le HCN pour former un cyanhydrine. Le carbone du carbonyle devient alors asymétrique, créant deux épimères car l'addition peut se faire de deux manières différentes [1](#page=1). > **Principe** : Le groupe -CHO réagit avec HCN pour former un groupe -CH(OH)-CN. Le carbone devient asymétrique. > **Produit intermédiaire** : Un cyanhydrine. 2. **Hydrolyse du groupe cyano**: Le groupe cyano (-CN) est hydrolysé en groupe acide carboxylique (-COOH) par traitement avec de l'eau et un acide, formant un acide aldonic [1](#page=1). > **Principe** : -CN + 2H₂O + H⁺ → -COOH + NH₃. > **Produit** : Acide aldonic. 3. **Réduction du groupe acide carboxylique**: L'acide carboxylique (-COOH) est réduit en groupe aldéhyde (-CHO) par une légère réduction, ce qui allonge la chaîne carbonée de l'ose d'un carbone [1](#page=1). > **Principe** : -COOH → -CHO (par réduction). > **Produit final** : Nouvel aldose avec un carbone de plus. > **Tip** : Cette synthèse produit toujours deux épimères car le nouveau carbone créé est asymétrique. ### 1.2 Nombre d'isomères des oses Le nombre d'isomères stéréoisomères d'un ose dépend du nombre de carbones asymétriques dans sa structure. * **Pour les aldoses**: Le nombre d'isomères est de $2^n-2$, où $n$ est le nombre total d'atomes de carbone. Pour le glucose (un hexose, $n=6$), il y a $2^{6-2} = 2^4 = 16$ isomères (8 paires d'énantiomères D et L) [2](#page=2). * **Pour les cétoses**: Le nombre d'isomères est de $2^n-3$, où $n$ est le nombre total d'atomes de carbone. Pour le fructose (un hexose, $n=6$), il y a $2^{6-3} = 2^3 = 8$ isomères (4 paires d'énantiomères D et L) [2](#page=2). ### 1.3 Cyclisation des oses et projection de Haworth En solution aqueuse, les oses de plus de quatre carbones tendent à se cycliser plutôt qu'à exister sous forme linéaire. Cette cyclisation implique la réaction intramoléculaire d'un groupe hydroxyle avec la fonction carbonyle [2](#page=2). #### 1.3.1 Cyclisation selon Tollens La cyclisation selon Tollens forme un hémiacétal (pour les aldoses) ou un hémicétal (pour les cétoses) [2](#page=2). 1. **Attaque nucléophile**: Le groupe -OH d'un carbone (souvent C5 ou C4) attaque le carbone du carbonyle (C1 pour un aldose, ou un carbone interne pour un cétose) [2](#page=2). 2. **Formation du cycle**: Le groupe hydroxyle fixe le carbone du carbonyle, formant un cycle par l'intermédiaire de l'oxygène, qui devient un nouvel atome asymétrique [2](#page=2). 3. **Carbone anomérique** : Le carbone du carbonyle devient un centre stéréogène, appelé carbone anomérique. La taille du cycle dépend du groupe -OH impliqué dans l'attaque : * **Cyclisation avec le -OH du C5**: Forme un cycle à 6 atomes (5 carbones et 1 oxygène), appelé **pyranose** (ex: D-glucopyranose) [2](#page=2). * **Cyclisation avec le -OH du C4**: Forme un cycle à 5 atomes (4 carbones et 1 oxygène), appelé **furanose** (ex: D-fructofuranose) [2](#page=2). #### 1.3.2 Projection de Haworth La projection de Haworth est une représentation simplifiée des cycles des sucres en 3D [3](#page=3). * Elle représente le cycle comme un anneau presque plat. * Le groupe -CH₂OH est généralement placé en haut à droite ou en haut à gauche. * Les carbones sont numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du carbone anomérique [3](#page=3). **Règles de conversion Fischer vers Haworth** : * Les groupes -OH situés à droite dans la projection de Fischer sont placés **en bas** du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). * Les groupes -OH situés à gauche dans la projection de Fischer sont placés **en haut** du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). **Carbone anomérique** : Le carbone anomérique (C1 dans les aldoses) peut exister sous deux formes : * **Forme $\alpha$ (alpha)**: Le groupe -OH anomérique est en **bas** du cycle [3](#page=3). * **Forme $\beta$ (bêta)**: Le groupe -OH anomérique est en **haut** du cycle [3](#page=3). #### 1.3.3 Conformation spatiale des oses Dans les solutions, les oses adoptent principalement deux conformations cycliques: la forme **chaise** et la forme **bateau**. La forme chaise est la plus stable, et les oses naturels se présentent majoritairement sous cette conformation [3](#page=3). ### 1.4 Propriétés physicochimiques des oses Les oses possèdent des propriétés physiques et chimiques distinctes. #### 1.4.1 Propriétés physiques * **Solubilité**: Les oses sont très solubles dans l'eau en raison de leurs nombreux groupements hydroxyles [4](#page=4). * **Pouvoir rotatoire spécifique**: En solution, les oses font tourner le plan de la lumière polarisée, ce qui est utile pour leur identification et leur dosage [4](#page=4). * **Thermibilité**: Les oses sont thermodégradables; le chauffage peut entraîner une caramélisation [4](#page=4). #### 1.4.2 Propriétés chimiques Les propriétés chimiques des oses sont dues à leurs fonctions carbonyle (ou hémiacétal/hémicétal) et alcool, ainsi qu'aux réactions redox. ##### 1.4.2.1 Réactions dues à la fonction carbonyle (groupement réducteur) * **Oxydation** : * **Oxydation enzymatique**: L'enzyme glucose oxydase (GOD) oxyde spécifiquement le D-glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂). Cette réaction est utilisée dans les tests de glycémie [4](#page=4). $$ \text{Glucose} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{glucose oxydase}} \text{Acide gluconique} + \text{H}_2\text{O}_2 $$ * **Oxydation douce chimique**: Elle transforme le groupe aldéhyde (-CHO) en acide carboxylique (-COOH) sans affecter les autres fonctions alcool [4](#page=4). > **Réaction générale**: Le C1 (-CHO) devient -COOH. Le produit est un acide aldono-carboxylique (acide aldarique). Exemple: D-glucose → Acide D-gluconique [4](#page=4). > **Réactifs**: Bromure d'argent en milieu ammoniacal ($\text{Ag(NH}_3)_2^+$), liqueur de Fehling, peroxyde d'hydrogène [5](#page=5). * **Oxydation forte chimique**: Utilise des oxydants puissants comme l'acide nitrique ($\text{HNO}_3$) et peut oxyder plusieurs fonctions [5](#page=5). > **Principe**: Oxydation simultanée du carbone 1 (aldéhyde) en acide carboxylique et du carbone primaire terminal (ex: C6 dans un hexose) en acide carboxylique [5](#page=5). > **Produit**: Acide aldarique (possède deux groupes -COOH) [5](#page=5). > **Exemple**: D-glucose + $\text{HNO}_3$ → Acide D-glucarique (ou acide saccharique) [5](#page=5). > **Pour les cétoses**: L'acide nitrique coupe la chaîne carbonée au niveau du carbone cétone et oxyde les fragments résultants. Exemple: D-fructose → Acide glycolique + Acide tartarique (produits de fragmentation et d'oxydation) [6](#page=6). * **Oxydation par les sels de métaux lourds (Liqueur de Fehling, Solution de Tollens)**: Ces réactifs (contenant $\text{Cu}^{2+}$ ou $\text{Ag}^+$) peuvent oxyder les oses en milieu basique et sont eux-mêmes réduits [6](#page=6). > **Principe** : Ose (réducteur) + Sel métallique (oxydant) → Acide + Métal réduit. > **Aldoses**: Sont réducteurs car ils possèdent une fonction aldéhyde qui peut se régénérer en milieu basique [6](#page=6). > **Cétoses**: Ne sont pas réducteurs intrinsèquement. Cependant, en milieu basique, certains cétoses peuvent s'isomériser en aldoses (ex: fructose → glucose/mannose), devenant alors réducteurs indirectement [6](#page=6). * **Réduction**: La réduction des oses transforme leur fonction carbonyle en alcool. Elle est réalisée par des agents réducteurs comme le borohydrure de sodium ($\text{NaBH}_4$) [7](#page=7). * **Réduction d'un aldose**: Le groupe aldéhyde (-CHO) est réduit en alcool primaire (-CH₂OH). Le produit est un polyol (alcool ayant plusieurs fonctions alcool) [7](#page=7). > **Structure générale d'un aldose** : R-CHOH-CHO > **Réduction** : R-CHOH-CHO + $\text{H}^-$ → R-CHOH-CH₂OH (Polyol) * **Réduction d'un cétose**: Le groupe cétone (C=O) est réduit en alcool secondaire (-CHOH). Le produit est également un polyol [7](#page=7). > **Structure générale d'un cétose** : R₁-CO-R₂ > **Réduction** : R₁-CO-R₂ + $\text{H}^-$ → R₁-CHOH-R₂ (Polyol) * **Condensation** : Cette réaction implique la liaison de deux molécules d'oses (ou d'un ose avec une autre molécule) avec élimination d'une molécule d'eau. Elle forme des liaisons glycosidiques (entre deux oses) ou d'autres types de liaisons. (Ce point est mentionné comme catégorie mais pas détaillé dans le contenu fourni). ##### 1.4.2.2 Réactions dues aux fonctions alcools Les fonctions alcools présentes sur les oses peuvent réagir dans diverses conditions, par exemple, être estérifiées ou éthérifiées, mais ces réactions ne sont pas détaillées dans le contenu fourni. > **Tip** : Les réactions d'oxydation et de réduction sont particulièrement importantes pour comprendre le métabolisme des glucides et les tests de diagnostic. La capacité d'un ose à agir comme agent réducteur est une propriété clé pour son identification chimique. --- # Les osides : disaccharides et polysaccharides Ce chapitre détaille la formation, la structure et la classification des osides, notamment les holosides (disaccharides et polysaccharides) et les hétérosides, ainsi que leurs rôles biologiques. ### 2.1 Réactions de condensation des oses La condensation des oses permet la formation de liaisons glycosidiques et, par extension, d'osides plus complexes [8](#page=8). #### 2.1.1 Principe général La fonction hydroxyle (–OH) d'un ose peut réagir avec une autre fonction hydroxyle (–OH), ou un groupe –NH₂, pour former une liaison covalente, avec élimination d'une molécule d'eau (H₂O). Cette réaction est appelée une déshydratation condensative. La liaison formée est nommée liaison glycosidique ou hétérosidique [8](#page=8). #### 2.1.2 Types de condensations * **Avec un autre ose: formation d'un holoside** [8](#page=8). Si la molécule réagissant avec l'ose est un autre sucre, le produit est un disaccharide ou un polysaccharide [8](#page=8). * **Exemple:** Glucose + Glucose $\rightarrow$ Maltose (liaison α-(1→4)-glycosidique) + H₂O [8](#page=8). * Le produit est un holoside (tout sucre) [8](#page=8). * La liaison formée est une liaison O-glycosidique, impliquant le carbone anomérique [8](#page=8). * **Avec une molécule non glucidique: formation d'un hétéroside** [8](#page=8). Si la molécule réagissant avec l'ose n'est pas un sucre (représentée par R–OH), on obtient un O-hétéroside [8](#page=8). * **Exemple:** Glucose + R–OH $\rightarrow$ O-hétéroside + H₂O. Cela inclut la condensation avec un alcool ou un phénol [8](#page=8). * **Avec une amine: formation d'un N-hétéroside** [8](#page=8). La condensation peut également se produire avec un groupe amine (–NH₂) [8](#page=8). * **Exemple:** Sucre + Base azotée $\rightarrow$ N-glycoside [8](#page=8). * Les nucléosides, constituants de l'ADN et de l'ARN, sont des N-hétérosides importants en biochimie [16](#page=16) [8](#page=8). ### 2.2 Propriétés chimiques des oses liées aux fonctions alcool Les fonctions hydroxyles des oses peuvent subir diverses réactions chimiques. #### 2.2.1 Estérification L'estérification consiste à substituer un atome d'hydrogène d'un groupe hydroxyle par un groupe acyle, formant ainsi un ester. Elle est cruciale dans le métabolisme énergétique, notamment lors des étapes de phosphorylation [9](#page=9). * **Principe général:** Un groupe –OH réagit avec un acide (H–X) pour former un ester (R–O–X) et de l'eau [9](#page=9). $R–OH + H–X \rightarrow R–O–X + H₂O$ * **Pour les oses:** Les fonctions hydroxyles des oses peuvent être estérifiées par des acides tels que l'acide phosphorique, l'acide sulfurique, ou des acides carboxyliques [9](#page=9). * **Exemple:** Formation de glucose 6-phosphate. Le groupe –OH en C6 du glucose réagit avec l'acide phosphorique [9](#page=9). Glucose + H₃PO₄ $\rightarrow$ Glucose 6-phosphate + H₂O Cette réaction est la première étape de la glycolyse [9](#page=9). #### 2.2.2 Déshydratation La déshydratation des oses en milieu acide, sous l'action de la chaleur, conduit à la cyclisation et à la formation de produits aromatiques comme le furfural ou l'hydroxyméthylfurfural (HMF) [10](#page=10). * **Principe général:** Un ose perd des molécules d'eau sous l'action d'un acide fort et de chaleur [10](#page=10). Ose $\xrightarrow{\text{acide fort + chaleur}}$ Furfural / HMF + H₂O * **Produits selon le type d'ose :** * **Pentoses (C5):** Donnent du furfural après perte de 3 molécules d'eau [10](#page=10). Ribose (C5) $\xrightarrow{\text{H}^+, \text{chaleur}}$ Furfural + 3 H₂O * **Hexoses (C6):** Donnent de l'hydroxyméthylfurfural (HMF) après perte de 3 molécules d'eau [10](#page=10). Glucose (C6) $\xrightarrow{\text{H}^+, \text{chaleur}}$ Hydroxyméthylfurfural + 3 H₂O ### 2.3 Les osides : holosides et hétérosides Un oside est une molécule glucidique complexe dont l'hydrolyse libère des oses, ou des oses et une molécule non glucidique [11](#page=11). | Type d'oside | Produits d'hydrolyse | Exemple | Composition | | :------------ | :-------------------------------------------------- | :---------------------- | :------------------ | | Holoside | Uniquement des oses (identiques ou différents) | Maltose, Saccharose, Lactose | Ose + Ose | | Hétéroside | Ose(s) + aglycone (partie non sucrée) | ADN, glycoprotéines, glycolipides | Ose + molécule non osidique | #### 2.3.1 Les holosides Formés uniquement d'oses unis par une liaison osidique [11](#page=11). * **La liaison osidique:** Liaison covalente entre le carbone anomérique (C1 de l'ose réducteur) et un groupement hydroxyle (–OH) d'un autre ose [11](#page=11). * **Facteurs déterminant la liaison osidique :** 1. **Nature des oses liés:** (ex: glucose + galactose) [11](#page=11). 2. **Forme cyclique de chaque ose:** cycle pyranique (6 atomes) ou furanique (5 atomes) [11](#page=11). 3. **Configuration anomérique:** α (H anomérique en bas du plan) ou β (H anomérique en haut du plan) [11](#page=11). * **Classification des holosides :** | Type | Description | Exemple | | :---------- | :---------------------------------------- | :--------------------------------------------------------- | | Oligosides | 2 à 10 oses | Maltose (glucose + glucose), Saccharose (glucose + fructose), Lactose (glucose + galactose) | | Polyosides (polysaccharides) | >10 oses | Amidon, Glycogène, Cellulose | Ces molécules servent souvent de réserve énergétique (amidon, glycogène) ou de structure (cellulose) [11](#page=11). #### 2.3.2 Diholosides réducteurs Un diholoside est dit réducteur lorsque le carbone anomérique de l'un des oses est lié à un groupe hydroxyle d'un autre ose, mais que l'autre carbone anomérique reste libre. Cela signifie que le diholoside possède encore une fonction hémiacétalique libre et peut donc réduire les sels métalliques (comme la liqueur de Fehling). Ces diholosides peuvent exister sous forme α ou β car un des carbones anomériques reste libre [11](#page=11). #### 2.3.3 Nomenclature générale des osides La nomenclature dépend de la disponibilité de la fonction hémiacétalique du carbone anomérique [12](#page=12). * **Terme :** * `-ose`: La fonction hémiacétalique est libre (sucre réducteur) [12](#page=12). * `-osyl`: La fonction hémiacétalique est engagée dans la liaison (premier ose du diholoside) [12](#page=12). * `-oside`: La fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée (sucre non réducteur) [12](#page=12). * **Exemple 1 : Lactose** * **Type:** Diholoside réducteur [12](#page=12). * **Composition:** 1 D-galactose, 1 D-glucose [12](#page=12). * **Liaison osidique:** 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 reste libre (-ose), donc le lactose est réducteur. Il peut exister sous forme α ou β selon l'anomère libre du glucose [12](#page=12). * **Exemple 2 : Saccharose** * **Type:** Diholoside non réducteur [12](#page=12). * **Composition:** 1 glucose, 1 fructose [12](#page=12). * **Liaison osidique:** α-(1→β2) (C1 du glucose en α et C2 du fructose en β sont engagés) [12](#page=12). * **Nom chimique:** D-glucopyranosyl (α→β)D-fructofuranoside ou α-D-glucopyranosyl (1→2)-β-D-fructofuranoside [12](#page=12). * Les deux carbones anomériques (C1 du glucose et C2 du fructose) sont engagés, aucun n'est libre. Il n'y a pas de fonction hémiacétalique libre, donc le saccharose est non réducteur. C'est le sucre de table [13](#page=13). * **Exemple 3 : Maltose** * **Type:** Diholoside réducteur [13](#page=13). * **Composition:** 2 molécules de D-glucose [13](#page=13). * **Liaison osidique:** α-(1→4) (C1 du 1er glucose lié au C4 du 2ème 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 glucose garde son C1 libre (-ose), donc il est réducteur. La forme α ou β est possible selon l'anomère libre. Produit de la digestion de l'amidon ou du glycogène [13](#page=13). #### 2.3.4 Les polysides (ou polysaccharides) Grands glucides complexes formés par la condensation de nombreuses molécules d'oses (souvent plusieurs centaines ou milliers). Chaque liaison est une liaison O-glycosidique [14](#page=14). * **Rôles principaux :** * Réserve énergétique (ex: amidon, glycogène) [14](#page=14). * Rôle structural (ex: cellulose, chitine) [14](#page=14). * Rôle biologique spécifique (ex: acide hyaluronique, héparine) [14](#page=14). * **Caractéristiques distinctives :** 1. Type d'oses constituant (identiques ou différents) [14](#page=14). 2. Type de liaison osidique (α ou β, positions des carbones: 1→4, 1→6, etc.) [14](#page=14). 3. Structure de la chaîne: linéaire ou ramifiée [14](#page=14). * **Grandes familles de polysides :** **A. Les Homopolysides** Formés d'un seul type d'ose [14](#page=14). | Exemple | Oses constitutifs | Type de liaison | Structure | Rôle | | :-------- | :---------------- | :-------------- | :----------------------------------------------- | :------------------------- | | Amidon | Glucose | α(1→4) et α(1→6) | Ramifiée (amylopectine) et linéaire (amylose) | Réserve énergétique végétale | | Glycogène | Glucose | α(1→4) et α(1→6) | Fortement ramifiée | Réserve énergétique animale | | Cellulose | Glucose | β(1→4) | Linéaire | Rôle structural (végétal) | > **Remarque:** La notation α-(1→4) indique la configuration anomérique α du premier ose (carbone 1 en position α) et que la liaison se fait entre le carbone 1 (C1) du premier ose et le carbone 4 (C4) du deuxième ose [15](#page=15). #### 2.3.5 Les Hétérosides Molécules formées d'une partie glucidique (ose ou holoside) et d'une partie non glucidique appelée aglycone ou génine. Ces deux parties sont liées par une liaison glycosidique [15](#page=15). * **Principe:** Hétéroside $\leftrightarrow$ Sucre (ose/holoside) + Aglycone [15](#page=15). La liaison implique l'hydroxyle du carbone anomérique du sucre qui se lie à un atome de la partie aglycone [15](#page=15). * **Types d'hétérosides selon l'atome participant à la liaison :** | Type d'hétéroside | Liaison | Exemple typique | Où ? | | :---------------- | :--------------------------------------------- | :---------------------------------------------------- | :------------------------------------- | | O-hétéroside | se lie à un O (hydroxyle alcoolique) | Liaison ose–sérine (ou thréonine) dans une protéine | Glycoprotéines | | N-hétéroside | se lie à un N (amine ou base azotée) | Nucléosides (ex: adénosine: ribose + adénine) | ADN, ARN | | C-hétéroside | se lie à un C de l'aglycone | Certains pigments végétaux | Plantes médicinales | | S-hétéroside | se lie à un S (thiol -SH) | Composés soufrés (rares) | Plantes alliacées (ail, oignons) | * **L'aglycone (ou génine):** Ce sont les parties non glucidiques associées au sucre. Elles peuvent être de plusieurs types [15](#page=15): | Type d'aglycone | Exemple | Description | | :-------------- | :-------------------------- | :------------------------------------------------------------------------------------- | | Lipide | Lipide + ose $\rightarrow$ glycolipide | Présents dans les membranes cellulaires, rôle de reconnaissance entre cellules.. | [15](#page=15) [16](#page=16). | Protéine | Protéine + longues chaînes glucidiques (souvent GAG) $\rightarrow$ Protéoglycane (PG) | Tissus conjonctifs, rôle de structure et lubrification.. | [15](#page=15). | Protéine | Protéine + quelques oses (chaînes courtes) $\rightarrow$ Glycoprotéine (GP) | Rôles hormonaux, immunitaires, enzymatiques.. | [15](#page=15) [16](#page=16). | Peptides | Peptides + polysaccharides $\rightarrow$ Peptidoglycanes | Paroi bactérienne (rigidité).. | [15](#page=15). | Molécule non osidique | Fixation non enzymatique d'un glucose sur une protéine $\rightarrow$ Protéine glycosylée | Marqueurs biologiques (ex: HbA1c pour la glycémie à long terme).. | [15](#page=15). * **Rôles des liaisons hétérosidiques dans les cellules :** * Identifier les cellules (glycolipides) [16](#page=16). * Communiquer (glycoprotéines) [16](#page=16). * Stocker et transmettre l'information génétique (nucléosides $\rightarrow$ ADN/ARN) [16](#page=16). --- # Lipides : classification, propriétés et rôles Les lipides sont une classe diverse de molécules organiques définies par leur solubilité dans les solvants organiques et leur insolubilité dans l'eau, jouant des rôles cruciaux dans la structure cellulaire, le stockage d'énergie et la signalisation [17](#page=17). ### 3.1 Définition et propriétés générales des lipides Les lipides sont des composés organiques composés principalement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Leur caractéristique déterminante est leur nature hydrophobe, c'est-à-dire leur insolubilité dans l'eau, mais leur bonne solubilité dans les solvants organiques non polaires tels que le chloroforme, l'éther ou le benzène. Cette propriété découle de leur structure majoritairement apolaire. La plupart des lipides sont formés de deux composantes principales: des acides gras et un alcool, formant une liaison ester. Il existe également des substances apparentées aux lipides, comme les stéroïdes et les vitamines liposolubles, qui partagent leur caractère hydrophobe sans nécessairement contenir d'acides gras [17](#page=17). #### 3.1.1 Rôles physiologiques des lipides Les lipides remplissent plusieurs fonctions essentielles dans l'organisme : * **Isolement et protection des organes:** Le tissu adipeux, constitué de lipides, agit comme un isolant thermique, protège des chocs mécaniques et maintient la température corporelle [17](#page=17). * **Transport et absorption des vitamines:** Ils facilitent l'absorption et le transport des vitamines liposolubles (A, D, E, K) dans l'organisme [18](#page=18). * **Stockage d'énergie:** Les lipides constituent la principale réserve d'énergie du corps, libérant environ 9 kcal par gramme, soit le double des glucides ou des protéines. Ils sont stockés sous forme de triacylglycérols dans les cellules adipeuses [18](#page=18). * **Synthèse de molécules de signalisation:** Certains lipides sont précurseurs de médiateurs chimiques tels que les prostaglandines, les thromboxanes et les leucotriènes, impliqués dans l'inflammation, la douleur, la coagulation et la contraction musculaire [18](#page=18). ### 3.2 Classification des lipides Les lipides sont classés en deux grandes catégories: les lipides simples et les lipides complexes [19](#page=19). #### 3.2.1 Lipides simples (homolipides) Ces lipides sont composés uniquement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils résultent de l'union entre des acides gras et un alcool [19](#page=19). * **Glycérides:** Ils sont formés de glycérol estérifié par un, deux ou trois acides gras (mono-, di- ou triacylglycérols). Ils constituent les graisses et huiles du corps et de l'alimentation, servant principalement de réserve d'énergie. Les triglycérides sont les plus abondants [19](#page=19) [29](#page=29). * **Cérides:** Ils sont formés par la réaction d'un acide gras avec un alcool à longue chaîne. Ils constituent les cires naturelles, protégeant et imperméabilisant (ex: cire d'abeille, sébum) [19](#page=19) [37](#page=37). * **Stérides:** Ils sont formés par l'estérification d'un stérol (comme le cholestérol) avec un acide gras. Ils jouent un rôle dans le stockage et le transport du cholestérol [19](#page=19) [32](#page=32). #### 3.2.2 Lipides complexes (hétérolipides) Ces lipides contiennent, en plus de C, H et O, d'autres éléments comme le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont des constituants majeurs des membranes cellulaires [19](#page=19) [38](#page=38). * **Glycérophospholipides:** Composés de glycérol, de deux acides gras, d'un groupe phosphate et d'un alcool. Ils sont essentiels à la structure des membranes cellulaires [19](#page=19) [38](#page=38). * **Sphingolipides:** Composés d'une base appelée sphingosine, d'un acide gras, et potentiellement d'un groupement phosphate ou sucre. Ils sont présents dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline [19](#page=19) [44](#page=44). * **Glycolipides:** Formés d'un lipide et d'un glucide. Ils sont situés à la surface des membranes cellulaires et participent à la reconnaissance et à la communication intercellulaire [19](#page=19). #### 3.2.3 Propriétés physico-chimiques des lipides Les lipides peuvent être hydrophobes (insolubles dans l'eau) comme les triglycérides, ou amphiphiles (ayant une partie hydrophile et une partie hydrophobe) comme les phospholipides [19](#page=19). ### 3.3 Les acides gras Les acides gras sont des acides monocarboxyliques constitués d'une longue chaîne hydrocarbonée (hydrophobe) et d'un groupe carboxyle (hydrophile). Ils présentent une double nature [20](#page=20): * **Tête hydrophile:** Le groupe carboxyle (-COOH), polaire, qui interagit avec l'eau [20](#page=20). * **Queue hydrophobe:** La chaîne hydrocarbonée (-CH₂-)n, apolaire, qui repousse l'eau [20](#page=20). Dans l'eau, le groupe carboxyle s'ionise en carboxylate (-COO⁻) à pH physiologique, renforçant leur caractère hydrophile [20](#page=20). #### 3.3.1 Caractéristiques des acides gras * **Chaîne carbonée:** Généralement linéaire et avec un nombre pair de carbones, car synthétisés à partir d'unités de deux carbones (acétyl-CoA) [20](#page=20). * **Longueur de chaîne:** Typiquement entre 14 et 24 atomes de carbone [20](#page=20). * **Degré d'insaturation :** * **Acides gras saturés:** Aucune double liaison C=C [20](#page=20) [21](#page=21). * **Acides gras insaturés:** Une ou plusieurs doubles liaisons C=C [20](#page=20). * **Formes:** Ils peuvent être linéaires, ramifiés ou cycliques [20](#page=20). * **Non hydrolysables:** Contrairement aux lipides complexes, les acides gras seuls ne peuvent pas être hydrolysés en sous-unités plus petites [20](#page=20). #### 3.3.2 Acides gras saturés Leur chaîne carbonée est entièrement saturée en hydrogène, sans double liaison. Des exemples incluent l'acide palmitique (C16:0) et l'acide stéarique (C18:0) [21](#page=21). #### 3.3.3 Acides gras insaturés Ils possèdent au moins une double liaison entre les carbones de leur chaîne. La première double liaison se situe souvent entre C9 et C10 [22](#page=22). * **Acides gras mono-insaturés (AGMI):** Possèdent une seule double liaison (ex: acide oléique, C18:1Δ9) [23](#page=23). * **Acides gras poly-insaturés (AGPI):** Possèdent plusieurs doubles liaisons séparées par des groupes méthylènes. Les acides linoléique (C18:2Δ9,12, ω6) et alpha-linolénique (C18:3Δ9,12,15, ω3) sont essentiels et doivent être apportés par l'alimentation [23](#page=23). ##### 3.3.3.1 Configurations des doubles liaisons * **Cis:** Les deux hydrogènes sont du même côté de la double liaison, créant un coude dans la chaîne et rendant l'acide gras liquide [24](#page=24). * **Trans:** Les deux hydrogènes sont de part et d'autre de la double liaison, la chaîne est plus linéaire, ressemblant aux acides gras saturés et rendant l'acide gras solide [24](#page=24). #### 3.3.4 Propriétés physico-chimiques des acides gras Les propriétés dépendent de la longueur de la chaîne et du degré d'insaturation [26](#page=26). * **Solubilité dans l'eau:** Diminue avec l'augmentation de la longueur de la chaîne carbonée. Les chaînes courtes sont solubles, les longues sont pratiquement insolubles. Les doubles liaisons augmentent légèrement la solubilité [26](#page=26). * **Masse volumique:** Inférieure à celle de l'eau (environ 0,8 - 0,95 g/cm³), ce qui explique pourquoi les huiles flottent [26](#page=26). * **Point de fusion :** * Augmente avec la longueur de la chaîne carbonée (plus de liaisons intermoléculaires) [27](#page=27). * Diminue avec le nombre de doubles liaisons (elles créent des plis, empêchant un empaquetage serré) [27](#page=27). Les graisses solides (beurre) contiennent des acides gras longs et saturés, tandis que les huiles liquides contiennent des acides gras courts ou insaturés [27](#page=27). #### 3.3.5 Propriétés chimiques des acides gras Les réactions dépendent du groupe carboxyle et des doubles liaisons [27](#page=27). * **Réactions dues au groupe carboxyle (-COOH) :** * **Formation de sels alcalins (savons):** Réaction avec une base forte (NaOH, KOH) produisant un savon et de l'eau. La partie carboxylate est hydrophile, le cation (Na⁺, K⁺) est hydrophile [27](#page=27). * **Estérification:** Réaction avec un alcool pour former un ester et de l'eau. C'est la réaction fondamentale pour la synthèse des glycérides [28](#page=28). * **Réactions dues aux doubles liaisons (C=C) :** * **Hydrogénation:** Addition d'hydrogène sur les doubles liaisons, les transformant en liaisons simples. Permet de solidifier les huiles végétales (ex: margarine) [28](#page=28). * **Oxydation:** Rupture des doubles liaisons, produisant des acides carboxyliques. Explique le rancissement des graisses insaturées [28](#page=28). ### 3.4 Les glycérides (acylglycérols) Les glycérides sont des esters formés par la réaction entre le glycérol et un ou plusieurs acides gras. Le glycérol est un triol avec trois groupes hydroxyle (-OH) nommés α, β, α' [30](#page=30). #### 3.4.1 Types de glycérides * **Monoglycérides:** 1 acide gras + 1 glycérol. Intermédiaire digestif, amphipathique [30](#page=30). * **Diglycérides:** 2 acides gras + 1 glycérol. Intermédiaire métabolique, amphipathique [30](#page=30). * **Triglycérides:** 3 acides gras + 1 glycérol. Graisses et huiles, très hydrophobes [30](#page=30). Les glycérides peuvent être simples (acides gras identiques) ou mixtes (acides gras différents) [30](#page=30). #### 3.4.2 Propriétés physiques des glycérides * **Solubilité:** Les mono- et diglycérides sont amphipathiques et solubles dans l'eau. Les triglycérides sont totalement hydrophobes et insolubles dans l'eau [31](#page=31). * **Point de fusion:** Dépend du type d'acides gras: saturés (solides, graisses) vs insaturés (liquides, huiles) [31](#page=31). #### 3.4.3 Propriétés chimiques des glycérides * **Hydrolyse acide ou enzymatique:** Désintègre le triglycéride en glycérol et trois acides gras. C'est la digestion des lipides alimentaires par les lipases [31](#page=31). * **Hydrolyse alcaline (saponification):** Réaction avec une base forte pour former du glycérol et des sels d'acides gras (savons) [31](#page=31). #### 3.4.4 Rôles des triglycérides * **Rôle énergétique:** Principale réserve d'énergie [31](#page=31). * **Stockage corporel:** Stockés dans les adipocytes, une forme de stockage efficace sans eau associée [31](#page=31). * **Isolation et protection:** Le tissu adipeux sous-cutané et viscéral assure l'isolation thermique et la protection mécanique des organes [31](#page=31). * **Rôle physiopathologique:** Un excès peut conduire à l'obésité, au diabète et aux maladies cardiovasculaires [32](#page=32). #### 3.4.5 Digestion et hydrolyse des triglycérides Les triglycérides alimentaires trop gros et hydrophobes sont hydrolysés en 1 monoglycéride et 2 acides gras par la lipase pancréatique. Dans les cellules, la lipolyse des triglycérides stockés libère successivement des diglycérides, des monoglycérides, puis du glycérol et trois acides gras, grâce aux enzymes ATGL, HSL et MGL [32](#page=32). ### 3.5 Les stérides Les stérides sont des lipides simples formés par l'estérification d'un stérol (comme le cholestérol) avec un acide gras [32](#page=32). #### 3.5.1 Famille des stéroïdes Les stérides appartiennent à la famille des stéroïdes, caractérisés par une structure rigide commune appelée noyau stérane (quatre cycles accolés: trois hexagonaux et un pentagonal) [33](#page=33). * **Cholestérol:** Composant majeur des membranes cellulaires, il stabilise leur fluidité et leur perméabilité. Il est également précurseur d'acides biliaires, de vitamine D et d'hormones stéroïdiennes. Le cholestérol est aussi stocké sous forme estérifiée (cholestérol + acide gras) pour être hydrophobe [33](#page=33). #### 3.5.2 Dérivés du cholestérol * **Acides biliaires:** Synthétisés dans le foie à partir du cholestérol, ils émulsifient les graisses dans l'intestin pour faciliter leur digestion [34](#page=34). * **Vitamine D:** Synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l'action des UV, elle régule la minéralisation osseuse en favorisant l'absorption du calcium et du phosphore [34](#page=34). * **Hormones stéroïdiennes:** Hormones produites à partir du cholestérol, ayant le noyau stérane. Elles incluent les glucocorticoïdes (cortisol), les minéralocorticoïdes (aldostérone), les androgènes (testostérone), les œstrogènes (estradiol) et les progestatifs (progestérone). Ces hormones jouent des rôles cruciaux dans le métabolisme, la régulation hydrique, le développement sexuel et la reproduction [35](#page=35) [36](#page=36). ### 3.6 Les cérides (cires) Les cérides sont formés par l'estérification d'un acide gras avec un alcool gras. Ils sont solides à température ambiante et insolubles dans l'eau, grâce à leurs longues chaînes carbonées et leur caractère apolaire. Ils protègent contre l'eau et les agents extérieurs, comme sur la peau, les feuilles ou les plumes [19](#page=19) [37](#page=37). ### 3.7 Les lipides complexes Ils contiennent des acides gras et d'autres groupes chimiques (phosphate, sucre), et sont les principaux constituants des membranes biologiques [38](#page=38). #### 3.7.1 Glycérophospholipides Ce sont les lipides complexes les plus importants chez l'homme. Leur structure de base est l'acide phosphatidique (glycérol + 2 acides gras + acide phosphorique). L'ajout d'un alcool sur le phosphate donne un glycérophospholipide [38](#page=38) [39](#page=39). * **Structure:** Ils possèdent une tête polaire (glycérophosphate + alcool) hydrophile et deux queues apolaires (acides gras) hydrophobes, les rendant amphiphiles [40](#page=40) [43](#page=43) [44](#page=44). * **Organisation:** Cette amphiphilie leur permet de former la bicouche lipidique des membranes cellulaires, où les têtes hydrophiles sont orientées vers l'eau et les queues hydrophobes s'assemblent au centre [43](#page=43) [44](#page=44). * **Variété:** Le type d'alcool fixé au phosphate détermine le nom et la fonction du glycérophospholipide (ex: phosphatidylcholine, phosphoryléthanolamine, phosphatidylsérine, phosphatidylinositol, cardiolipine) [40](#page=40). #### 3.7.2 Sphingolipides Ils sont construits sur une base de sphingosine (un amino-dialcool à 18 carbones) plutôt que de glycérol. La fonction amine de la sphingosine se lie à un acide gras par une liaison amide stable, formant un céramide [44](#page=44) [45](#page=45). * **Sphingophospholipides (sphingomyélines):** Formés d'un céramide lié à un groupe phosphate et un alcool (comme la choline). Ils sont abondants dans la gaine de myéline des neurones, contribuant à la protection et à la conduction nerveuse [46](#page=46). * **Sphingoglycolipides:** Formés d'un céramide lié à un ou plusieurs sucres (oses). Ils sont sans phosphate [47](#page=47). * **Cérébrosides:** Contiennent un seul sucre (ex: galactocérébroside). Présents dans le tissu nerveux [47](#page=47). * **Gangliosides:** Contiennent plusieurs sucres complexes (2 à 20), dont souvent un acide sialique. Ils jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire et sont abondants dans les neurones du cerveau [47](#page=47). --- # Acides aminés : structure, classification et réactions Voici un guide d'étude détaillé sur les acides aminés, leur structure, classification et réactions, basé sur le contenu fourni. ## 4. Acides aminés : structure, classification et réactions Ce guide d'étude présente la structure fondamentale des acides aminés, leur classification basée sur la nature de leur chaîne latérale, leurs propriétés physicochimiques et les réactions chimiques auxquelles ils participent. ### 4.1 Définition et structure fondamentale des acides aminés Les acides aminés (AA) sont les unités de base constituant les protéines. Chaque acide aminé partage une structure centrale composée d'un atome de carbone alpha (Cα) lié à quatre groupes: une fonction amine (–NH₂), une fonction acide carboxylique (–COOH), un atome d'hydrogène (–H) et une chaîne latérale variable (R). La fonction amine est basique et peut capter un proton, tandis que la fonction carboxylique est acide et peut libérer un proton. La chaîne latérale R est ce qui différencie les 20 acides aminés protéinogènes standards [49](#page=49). La formule générale d'un acide aminé est : H | NH₂ —C —COOH | R Le carbone alpha (Cα) est généralement chiral, sauf dans le cas de la glycine où R = H. La chiralité des acides aminés permet leur existence sous deux formes énantiomères, L et D. Seules les formes L sont utilisées dans les protéines humaines [49](#page=49) [71](#page=71). ### 4.2 Classification des acides aminés Les acides aminés sont classifiés selon la nature de leur chaîne latérale (R). #### 4.2.1 Classification par polarité et charge Les acides aminés peuvent être regroupés en trois catégories principales en fonction de la polarité de leur chaîne latérale R et de leur comportement à pH physiologique [67](#page=67) [70](#page=70): 1. **Non polaires (hydrophobes)**: Ces acides aminés n'aiment pas l'eau et se retrouvent souvent à l'intérieur des protéines pour échapper au milieu aqueux. Ils incluent [68](#page=68): * **Aliphatiques linéaires**: Alanine (Ala), Valine (Val), Leucine (Leu), Isoleucine (Ile) [51](#page=51) [52](#page=52). * **Soufré**: Méthionine (Met) [55](#page=55). * **Cyclique**: Proline (Pro) [66](#page=66). * **Aromatique**: Phénylalanine (Phe), Tryptophane (Trp) [64](#page=64) [65](#page=65). * **Cas particulier**: Glycine (Gly), très petite et souvent classée ici malgré une légère polarité [51](#page=51). 2. **Polaire non ionisable (hydrophiles sans charge)**: Ces acides aminés aiment l'eau mais ne portent pas de charge électrique nette à pH physiologique. Ils peuvent former des liaisons hydrogène. Ils incluent [69](#page=69): * **Hydroxylés**: Sérine (Ser), Thréonine (Thr), Tyrosine (Tyr). Le groupe –OH de la sérine, thréonine et tyrosine peut être phosphorylé [53](#page=53) [54](#page=54) [64](#page=64). * **Thiol**: Cystéine (Cys). Le groupe –SH peut former des ponts disulfures (S–S) [55](#page=55). * **Amides**: Asparagine (Asn), Glutamine (Gln). Ces groupes amides sont importants pour le transport de l'azote [60](#page=60). 3. **Polaire ionisable (chargés à pH physiologique)**: Ces acides aminés portent une charge électrique nette à pH physiologique, positive ou négative, selon le pH du milieu [70](#page=70). * **Acides (chargés négativement)**: Acide aspartique (Asp), Acide glutamique (Glu). Leur chaîne latérale contient un groupe carboxyle qui perd un proton [57](#page=57) [70](#page=70). * **Basiques (chargés positivement)**: Lysine (Lys), Arginine (Arg), Histidine (His). Leurs chaînes latérales contiennent des groupes amine ou guanidinium qui captent des protons. L'histidine a un rôle de tampon biologique grâce à son groupement imidazole [61](#page=61) [62](#page=62) [63](#page=63). #### 4.2.2 Classification par nature de la chaîne latérale R Cette classification est plus détaillée et se base sur la composition chimique de la chaîne latérale à [51](#page=51) [66](#page=66): * **Acides aminés aliphatiques** [51](#page=51) [52](#page=52): * **Non ramifiés**: Glycine (Gly) Alanine (Ala) [51](#page=51). * **Ramifiés**: Valine (Val), Leucine (Leu), Isoleucine (Ile). Ces chaînes sont très hydrophobes [52](#page=52). * **Acides aminés hydroxylés**: Sérine (Ser), Thréonine (Thr). Leur groupe –OH permet la phosphorylation. La tyrosine est aussi hydroxylée, mais son cycle aromatique la classe aussi dans les acides aminés aromatiques [53](#page=53) [54](#page=54) [64](#page=64). * **Acides aminés soufrés** [55](#page=55): * Cystéine (Cys): Contient un groupement thiol (–SH) capable de former des ponts disulfures (–S–S–) [55](#page=55). * Méthionine (Met): Contient un groupe thioéther (–S–CH₃). Elle initie la synthèse protéique et est le précurseur de la S-adénosylméthionine (SAM) [56](#page=56). * **Acides aminés acides et amides** [57](#page=57) [60](#page=60): * **Acides**: Acide aspartique (Asp), Acide glutamique (Glu). Possèdent un groupe carboxyle supplémentaire dans leur chaîne latérale. Ils sont impliqués dans le cycle de l'urée et la transamination [57](#page=57) [58](#page=58) [59](#page=59). * **Amides**: Asparagine (Asn), Glutamine (Gln). Dérivés des acides aspartique et glutamique, ils servent au transport de l'azote [60](#page=60). * **Acides aminés dibasiques**: Contiennent une fonction amine secondaire ou un groupe basique dans leur chaîne latérale, en plus de l'amine alpha [61](#page=61). * Lysine (Lys). Possède un groupe ε-amino basique. La lysine peut être hydroxylée (5-hydroxylysine) dans le collagène [61](#page=61) [62](#page=62). * Arginine (Arg). Possède un groupe guanidinium très basique. Précurseur de l'urée et de l'oxyde nitrique (NO) [63](#page=63). * Histidine (His). Possède un groupe imidazole qui agit comme tampon biologique et intervient dans les sites actifs enzymatiques [62](#page=62). * **Acides aminés aromatiques**: Leur chaîne latérale contient un cycle benzénique [64](#page=64). * Phénylalanine (Phe). Indispensable [64](#page=64). * Tyrosine (Tyr). Semi-essentiel. Précurseur des hormones thyroïdiennes, de la dopamine, de l'adrénaline, etc. [65](#page=65). * Tryptophane (Trp). Indispensable [65](#page=65). * **Acides imino**: Proline (Pro). Le groupe amine alpha est intégré dans un cycle, formant une amine secondaire. La proline peut être hydroxylée post-traductionnellement, jouant un rôle structurel clé dans le collagène [66](#page=66). #### 4.2.3 Acides aminés essentiels et non essentiels * **Acides aminés essentiels**: L'organisme ne peut pas les synthétiser et ils doivent être apportés par l'alimentation. Ce sont: Arginine*, Histidine*, Isoleucine, Leucine, Lysine, Méthionine, Phénylalanine, Thréonine, Tryptophane, Valine. (L'arginine et l'histidine sont parfois considérées comme semi-essentielles) [50](#page=50). * **Acides aminés non essentiels**: L'organisme peut les synthétiser à partir d'autres composés. Ce sont: Alanine, Asparagine, Acide aspartique, Cystéine, Acide glutamique, Glutamine, Glycine, Proline, Sérine, Tyrosine [50](#page=50). ### 4.3 Propriétés physicochimiques des acides aminés #### 4.3.1 Chiralité À l'exception de la glycine, les acides aminés possèdent un carbone alpha asymétrique, ce qui leur confère une chiralité. Ils existent sous forme d'énantiomères L et D. Les acides aminés de série L sont utilisés dans les protéines biologiques. La classification D/L concerne la configuration spatiale, tandis que +/- indique le sens de rotation de la lumière polarisée [71](#page=71) [72](#page=72) [73](#page=73). #### 4.3.2 Pouvoir rotatoire Le pouvoir rotatoire est la capacité d'une substance à dévier le plan de la lumière polarisée plane. Les formes L sont reconnues par les systèmes biologiques [72](#page=72) [73](#page=73). #### 4.3.3 Absorption des UV Les acides aminés aromatiques (Phénylalanine, Tyrosine, Tryptophane) absorbent la lumière UV (260-280 nm) en raison de leurs cycles aromatiques. Cette propriété est utilisée pour leur dosage par spectrophotométrie [72](#page=72) [73](#page=73) [94](#page=94). #### 4.3.4 Comportement acido-basique : Amphotérie et Zwitterion Les acides aminés sont amphotères, c'est-à-dire qu'ils peuvent agir comme des acides ou des bases, en raison de la présence de groupes carboxyle et amine ionisables [74](#page=74). * En milieu acide (pH faible), l'acide aminé est chargé positivement (cationique) avec la forme –NH₃⁺ [74](#page=74). * En milieu neutre (pH ≈ 7), l'acide aminé existe majoritairement sous forme de zwitterion, une molécule globalement neutre portant une charge positive (–NH₃⁺) et une charge négative (–COO⁻) [74](#page=74). * En milieu basique (pH élevé), l'acide aminé est chargé négativement (anionique) avec la forme –COO⁻ [74](#page=74). #### 4.3.5 Pka et PHi Chaque groupe ionisable d'un acide aminé a un pKa, qui est le pH auquel 50 % du groupement est ionisé. Les pKa typiques sont autour de 1-4 pour le groupe carboxylique et 9-10 pour le groupe amine [75](#page=75). Le pH isoélectrique (pHi) est le pH auquel la charge nette de l'acide aminé est nulle, et la forme zwitterionique est prédominante. Le pHi est calculé en faisant la moyenne des pKa des groupes ionisables de l'acide aminé. Le comportement d'un acide aminé en solution dépend de la relation entre le pH du milieu et son pHi [75](#page=75): * Si pH < pHi, l'acide aminé est cationique (charge positive) [75](#page=75). * Si pH = pHi, l'acide aminé est zwitterionique (charge nulle) [75](#page=75). * Si pH > pHi, l'acide aminé est anionique (charge négative) [75](#page=75). Cette propriété est exploitée en électrophorèse pour séparer les acides aminés: ils migrent vers la cathode (–) s'ils sont positifs, vers l'anode (+) s'ils sont négatifs, et ne migrent pas si leur charge nette est nulle [75](#page=75). ### 4.4 Réactions chimiques des acides aminés #### 4.4.1 Réactions impliquant le groupe alpha-carboxylique * **Décarboxylation**: Perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de CO₂. Catalysée par des enzymes appelées décarboxylases. Par exemple, l'histidine est décarboxylée en histamine, un médiateur important [76](#page=76). * **Amidation**: Remplacement du groupe –OH d'un carboxyle par un groupe –NH₂ pour former un amide. La liaison peptidique est un exemple de réaction d'amidation entre le groupe carboxyle d'un AA et le groupe amine d'un autre [76](#page=76). * **Estérification**: Réaction entre un acide carboxylique et un alcool en présence d'un catalyseur acide pour former un ester et de l'eau [77](#page=77). #### 4.4.2 Réactions impliquant le groupe alpha-amine * **Déamination oxydative**: Perte du groupe amine (–NH₂) sous forme d'ammoniac (NH₃), catalysée par des déshydrogénases. Transforme un acide aminé en acide alpha-cétonique. Nécessite des coenzymes comme NAD⁺ ou NADP⁺. Les acides alpha-cétoniques peuvent être utilisés pour produire de l'énergie (ATP), contribuer au bilan azoté (via la formation d'urée) ou servir de précurseurs biosynthétiques [77](#page=77) [78](#page=78). * **Transamination**: Transfert d'un groupe amine d'un acide aminé vers un acide alpha-cétonique, catalysé par des transaminases (ou amino-transférases) avec le phosphate de pyridoxal (PLP, dérivé de la vitamine B6) comme coenzyme. Permet de synthétiser des acides aminés non essentiels sans perte d'azote [78](#page=78). * **Réaction avec les aldéhydes (formation de Base de Schiff)**: Un groupement amine peut réagir avec un aldéhyde pour former une base de Schiff (liaison C=N). Le coenzyme PLP forme une base de Schiff avec l'amine alpha des acides aminés lors de réactions de transamination et décarboxylation [79](#page=79). #### 4.4.3 Réaction avec la ninhydrine La ninhydrine est un réactif chimique utilisé pour la détection et le dosage des acides aminés. Elle oxyde les acides aminés, provoquant leur dégradation et la formation d'un composé coloré, le pourpre de Ruhemann (couleur violette intense), à l'exception de la proline et de l'hydroxyproline qui donnent une couleur bleue. Cette réaction permet une identification qualitative et un dosage quantitatif des acides aminés [79](#page=79) [80](#page=80). #### 4.4.4 Réactions liées aux chaînes latérales R * **Groupe carboxyle de la chaîne latérale (Asp, Glu)**: Ces acides aminés peuvent être transformés en amides (Asparagine, Glutamine) par réaction avec l'ammoniac [80](#page=80). * **Groupe hydroxyle de la chaîne latérale (Ser, Thr, Tyr)** [81](#page=81): * **Phosphorylation**: Le groupe –OH peut être phosphorylé par ajout d'un groupe phosphate (–PO₄³⁻), ce qui est un mécanisme régulateur important, notamment lors de la réponse aux dommages de l'ADN via la kinase ATM [54](#page=54) [81](#page=81). * **O-glycosylation**: Un sucre peut être attaché à l'oxygène du groupe –OH, formant une liaison O-glycosidique [81](#page=81). * **Groupe thiol de la chaîne latérale (Cys)** [82](#page=82): * **Oxydo-réduction**: Deux groupes thiol (–SH) peuvent s'oxyder pour former un pont disulfure (–S–S–), créant de la cystine. Ces ponts disulfures stabilisent la structure tertiaire et quaternaire des protéines (ex: insuline) [82](#page=82). * **Groupes aromatiques (Phe, Tyr, Trp)**: Absorbent les UV [72](#page=72). * **Groupes basiques (Lys, Arg, His)** : Peuvent être protonés et portent des charges positives à pH physiologique. ### 4.5 Dérivés d'acides aminés * **Créatine**: Molécule azotée dérivée de la glycine, arginine et méthionine. Elle sert de réservoir d'énergie rapide sous forme de phosphocréatine dans les muscles. La créatinine, un produit de dégradation de la créatine, est un marqueur de la fonction rénale [83](#page=83) [84](#page=84). * **Catécholamines et analogues**: Dérivent des acides aminés aromatiques (phénylalanine, tyrosine) [85](#page=85). * **Dopamine, noradrénaline, adrénaline**: Hormones et neurotransmetteurs impliqués dans la réponse au stress et la signalisation nerveuse [85](#page=85). * **Tyramine**: Dérive de la tyrosine par décarboxylation. Imite partiellement les effets des catécholamines, provoquant vasoconstriction et augmentation de la pression artérielle [86](#page=86). * **Tryptamine**: Dérive du tryptophane par décarboxylation. Similaire aux catécholamines [87](#page=87). * **Sérotonine**: Dérive du tryptophane. Neurotransmetteur régulant le sommeil, l'humeur et l'appétit [87](#page=87). * **S-adénosyl-méthionine (SAM)**: Dérivé activé de la méthionine, c'est un donneur de groupe méthyle (–CH₃) essentiel pour de nombreuses réactions de méthylation, y compris la synthèse de créatine [88](#page=88) [89](#page=89). * **Iodotyrosines**: Dérivés iodés de la tyrosine, précurseurs des hormones thyroïdiennes T₃ et T₄ [89](#page=89). ### 4.6 Méthodes d'identification et de dosage des acides aminés #### 4.6.1 Méthodes qualitatives * **Électrophorèse**: Sépare les acides aminés en fonction de leur charge électrique nette à un pH donné [90](#page=90). * **Chromatographie**: Séparation basée sur les différences de polarité, de charge, de taille et de solubilité entre les acides aminés [90](#page=90). * **Chromatographie sur couche mince (CCM)**: Méthode rapide et simple utilisant une plaque recouverte de silice ou d'alumine (phase stationnaire) et un solvant (phase mobile). Le rapport frontal (Rf) est caractéristique de chaque acide aminé. La révélation se fait souvent avec de la ninhydrine [92](#page=92). * **Chromatographie ionique**: Utilise des résines chargées pour séparer les acides aminés en fonction de leur charge à un pH donné et de leur affinité pour la résine. Les acides aminés sont ensuite détectés (UV, ninhydrine) et leur position sur le chromatogramme permet leur identification et quantification [93](#page=93) [94](#page=94). #### 4.6.2 Méthodes quantitatives * **Méthodes photométriques**: Mesurent l'absorption de la lumière UV (autour de 280 nm) par les acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp) pour en déterminer la concentration [94](#page=94). * **Méthodes colorimétriques**: Utilisent des réactifs comme la ninhydrine qui forment des composés colorés avec les acides aminés. L'intensité de la couleur mesurée par un spectrophotomètre est proportionnelle à la concentration de l'acide aminé [95](#page=95). --- # Peptides et Protéines : structure, propriétés et analyse Voici un résumé détaillé sur les peptides et protéines, leur structure, propriétés et analyse, basé sur les pages fournies. ## 5. Peptides et protéines : structure, propriétés et analyse Ce thème explore la formation des peptides par la liaison peptidique, leur nomenclature, les méthodes de détermination de leur séquence, ainsi que la structure complexe des protéines à différents niveaux et leurs propriétés physico-chimiques. ### 5.1 Les peptides #### 5.1.1 Définition et formation Un peptide est une petite molécule constituée de plusieurs acides aminés (AA) reliés entre eux par des liaisons peptidiques. Chaque acide aminé possède un groupement amine (–NH₂), un groupement acide carboxylique (–COOH), un carbone alpha (α) lié à un hydrogène (H), et un radical R qui varie selon l'acide aminé [96](#page=96). La formation d'une liaison peptidique entre deux acides aminés est une réaction de condensation qui élimine une molécule d'eau (H₂O). Le groupement carboxyle (–COOH) d'un acide aminé réagit avec le groupement amine (–NH₂) du suivant [96](#page=96). #### 5.1.2 La liaison peptidique La liaison peptidique est une liaison covalente forte reliant l'atome de carbone du groupe carbonyle (C=O) du premier AA à l'atome d'azote (N) du groupe amine du second AA. Elle est plane et rigide en raison d'un phénomène de résonance entre le C=O et le N–H [96](#page=96). #### 5.1.3 Directionnalité des peptides Les peptides ont une directionnalité : * Une extrémité N-terminale, possédant un groupement –NH₂ libre [96](#page=96). * Une extrémité C-terminale, possédant un groupement –COOH libre [96](#page=96). La séquence d'un peptide est écrite de l'extrémité N-terminale vers l'extrémité C-terminale. Les radicaux R des différents acides aminés alternent de part et d'autre de la chaîne peptidique en raison de la structure plane et rigide de la liaison peptidique [96](#page=96) [97](#page=97). #### 5.1.4 Nomenclature La nomenclature des peptides se fait en nommant les acides aminés de l'extrémité N-terminale à la C-terminale, en modifiant le suffixe des acides aminés impliqués dans la chaîne en "–yl" (sauf pour le dernier acide aminé qui conserve son suffixe d'origine) [99](#page=99). * Deux AA: Dipeptide [97](#page=97). * Trois AA: Tripeptide [97](#page=97). * Moins de 10 AA: Oligopeptide [97](#page=97). * 10 à 100 AA: Polypeptide [97](#page=97). * Plus de 100 AA: Protéine [97](#page=97). #### 5.1.5 Rôles des peptides Certains peptides jouent des rôles biologiques importants, tels que les hormones (insuline, vasopressine, LH, FSH), les antibiotiques et les neurotransmetteurs [99](#page=99). ### 5.2 Analyse des peptides #### 5.2.1 Détermination de la composition en acides aminés Pour connaître la composition d'un peptide, on le casse pour libérer tous ses acides aminés, puis on les identifie et dose [100](#page=100). * **Méthode : Hydrolyse acide** * Principe: Rompre les liaisons peptidiques par chauffage en présence d'acide chlorhydrique concentré (HCl, 6 mol/L) à 110 °C pendant 18–24 heures [100](#page=100). * Problème: Le tryptophane (Trp) est détruit dans ces conditions [100](#page=100). * Traitement des ponts disulfure (Cys–S–S–Cys): Ils doivent être cassés avant l'hydrolyse, soit par oxydation (en –SO₃H) soit par réduction (en –SH) [100](#page=100). * **Hydrolyse alcaline** * Principe: Utiliser un milieu basique (NaOH) à 100 °C pendant 4 à 8 heures pour casser les liaisons peptidiques sans détruire le tryptophane. Souvent, une hydrolyse acide est complétée par une hydrolyse alcaline pour une analyse complète . * **Séparation et dosage des acides aminés** * Chromatographie d'échange d'ions: Les acides aminés sont séparés en fonction de leur charge électrique dans une colonne . * Révélation à la ninhydrine: Réagit avec les groupements amines libres pour donner une couleur violette (ou jaune pour la proline), permettant la visualisation et la quantification par absorption UV . #### 5.2.2 Détermination de la séquence d'acides aminés La détermination de la séquence (ordre des acides aminés) est cruciale. ##### 5.2.2.1 Identification de l'acide aminé N-terminal * **Méthode de Sanger** * Principe: Marquer le groupement amine libre (–NH₂) du premier acide aminé N-terminal avec le DNFB (1-fluoro-2,4-dinitrobenzène), aussi appelé réactif de Sanger . * Étapes : 1. **Marquage:** Le DNFB réagit avec le –NH₂ libre pour former un complexe DNF–Peptide, jaune . 2. **Hydrolyse acide:** Le peptide marqué est hydrolysé en acides aminés individuels. Le dérivé DNF–AA correspond à l'acide aminé N-terminal . 3. **Séparation et Identification:** Le DNF–AA est séparé par chromatographie et identifié par comparaison avec des standards . * **Méthode au chlorure de dansyl (méthode de Gray)** * Principe: Marquer le –NH₂ libre du N-terminal avec le chlorure de dansyl (DANS–Cl). Le produit obtenu, DANS–AA, est fluorescent sous UV . * Avantages : Plus sensible et plus rapide que la méthode de Sanger. * Étapes: Marquage, hydrolyse acide, séparation et identification (par fluorescence UV) . * **Méthode d'Edman** * Principe: Permet de déterminer la séquence d'acides aminés du N-terminal vers le C-terminal en retirant séquentiellement chaque acide aminé sans détruire le reste de la chaîne . * Réactif: Phényl isothiocyanate (PITC) . * Étapes : 1. **Marquage:** Le PITC réagit avec le –NH₂ libre du N-terminal . 2. **Cyclisation et clivage:** Le complexe PTC–Peptide est traité en milieu acide faible, libérant le premier acide aminé sous forme de PTH–AA (phénylthiohydantoïne) . 3. **Identification:** Le PTH–AA est identifié par chromatographie ou spectrométrie . 4. **Répétition (cycle d'Edman):** Le peptide restant, raccourci d'un acide aminé, peut subir le même processus . ##### 5.2.2.2 Utilisation d'aminopeptidases * **Principe:** Les aminopeptidases sont des exopeptidases qui coupent les liaisons peptidiques à l'extrémité N-terminale du peptide, libérant les acides aminés un par un . ##### 5.2.2.3 Détermination de l'acide aminé C-terminal * **Carboxypeptidases** * Principe: Ce sont des exopeptidases qui agissent sur l'extrémité C-terminale (celle avec le –COOH libre) . * Types: Carboxypeptidase A (coupe la majorité des AA, sauf Cys, Arg, Lys) et Carboxypeptidase B (coupe Arg et Lys) . * **Méthode chimique à l'hydrazine** * Principe: Traitement du peptide avec de l'hydrazine (NH₂–NH₂). Ceci rompt toutes les liaisons peptidiques, transformant les acides aminés en hydrazides, sauf le C-terminal qui conserve son groupe –COOH libre. L'acide aminé C-terminal peut alors être identifié . ##### 5.2.2.4 Fragmentation du peptide Pour les peptides trop longs, une fragmentation est nécessaire avant la détermination de la séquence. * **Endopeptidases enzymatiques** * Principe: Des enzymes qui coupent les liaisons peptidiques à l'intérieur de la chaîne, en reconnaissant des séquences d'acides aminés spécifiques . * Exemples : * Trypsine: coupe après Arg et Lys (sauf si Proline suit) . * Chymotrypsine: coupe après Tyr, Trp, Phe . * Pepsine: coupe après des AA aromatiques et hydrophobes à pH acide . * Thermolysine: coupe avant des AA hydrophobes (Leu, Ile, Val, Phe) . * **Fragmentation chimique** * Bromure de cyanogène (BrCN) : * Principe: Coupe spécifiquement les liaisons peptidiques situées après la méthionine (Met) . * Résultat: Formation de deux fragments, le premier se terminant par un dérivé de méthionine et le second commençant par l'acide aminé suivant la Met . ### 5.3 Les protéines #### 5.3.1 Définition et structure Les protéines sont de grandes molécules constituées d'un grand nombre d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Leur structure spatiale, appelée conformation, est essentielle à leur activité biologique . * **Structure primaire : Séquence d'acides aminés** * Correspond à l'ordre des acides aminés dans la chaîne polypeptidique, déterminé génétiquement . * Inclut la présence de ponts disulfure. * **Structure secondaire : Repliement local** * Repliement de la chaîne polypeptidique dû à des liaisons hydrogènes entre les groupes amide (–NH) et carbonyle (–CO) du squelette peptidique . * Principales formes: Hélice α (enroulement hélicoïdal) et Feuillet β (plis en forme de feuillets) . * **Hélice α:** Stabilisée par liaisons H entre l'oxygène du –C=O et l'hydrogène du –NH. Les radicaux R sont orientés vers l'extérieur . * **Feuillet β:** Formé par l'association de brins β antiparallèles ou parallèles, stabilisé par des liaisons H entre –CO d'un brin et –NH d'un brin adjacent . * **Structure tertiaire : Conformation tridimensionnelle complète** * Repliement global de la protéine, intégrant des hélices α, des feuillets β ou des régions mixtes . * Essentielle à la fonctionnalité, notamment pour le site actif des enzymes . * Stabilisation par : * Liaisons covalentes: ponts disulfure . * Liaisons non covalentes: liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes et ioniques. Les chaînes latérales hydrophiles sont à l'extérieur et les hydrophobes à l'intérieur . * **Structure quaternaire : Association de sous-unités** * Concerne l'assemblage de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine active . * Types: Homopolymères (sous-unités identiques) et Hétéropolymères (sous-unités différentes). Exemple: Hémoglobine A (2α et 2β) . #### 5.3.2 Propriétés physiques * **Solubilité:** La plupart sont solubles dans l'eau (protéines globulaires), tandis que les scléroprotéines (fibreuses) sont insolubles . * **Cristallisation:** Possible par ajustement du pH, de la concentration saline et de solvants organiques . * **Propriétés optiques :** * Activité optique . * Absorption UV à 280 nm due aux résidus aromatiques . * Réaction du Biuret: complexe coloré en violet avec des ions cuivriques en milieu alcalin, permettant le dosage . * **Masse moléculaire (MM):** Supérieure à 6000 Daltons (Da), déterminée par des méthodes comme la chromatographie par gel-filtration . #### 5.3.3 Propriétés chimiques * **Composition élémentaire:** C, H, O, N, et souvent S . * **Acides aminés dérivés:** Hydroxyproline et hydroxylysine, abondants dans le collagène, résultent de modifications post-traductionnelles . * **Réactivité:** Dépend de la nature des acides aminés constitutifs . * **Caractère amphotère:** Les protéines peuvent agir comme acides et bases, grâce aux groupements ionisables des extrémités N et C-terminales, et des chaînes latérales des acides aminés (Asp, Glu, Lys, Arg, His) . * **Point isoélectrique (pI):** pH auquel la protéine n'a aucune charge nette globale. À ce pH, la protéine ne migre pas en champ électrique et est souvent moins soluble, pouvant précipiter . #### 5.3.4 Propriétés biologiques * **Antigénicité:** Les protéines peuvent induire la synthèse d'anticorps . * **Activités biologiques spécifiques:** Catalyse enzymatique, action hormonale (GH, EPO), toxicité (exotoxines), activité antibiotique (VanX) . #### 5.3.5 Classification des protéines * **Holoprotéines :** Composées uniquement d'acides aminés. * Globulaires: Sphéroïdes, solubles dans l'eau, incluent enzymes, hormones, anticorps, albumines (transport, pression oncotique) . * Globulines: Solubles dans le sérum, diverses fonctions (transport, immunité, coagulation). Classées en α, β, et γ globulines selon leur mobilité électrophorétique . * α-globulines: Inhibition enzymatique, transport d'hormones et lipides . * β-globulines: Transport de fer et cuivre, réponse immunitaire . * γ-globulines (immunoglobulines): Défense immunitaire spécifique . * **Hétéroprotéines :** Composées d'une partie protéique et d'une partie non protéique (groupement prosthétique). * Phosphoprotéines: Protéine + groupe phosphorique (ex: caséine) . * Nucléoprotéines: Protéine + acide nucléique (ex: télomérase) . * Glycoprotéines: Protéine + sucre (glycosylations sur Asn, Ser, Thr). Exemples: mucines, immunoglobulines, glycoprotéines des groupes sanguins . * Lipoprotéines: Protéine + lipide, transportent les lipides dans le plasma. Classées par densité (Chylomicrons, VLDL, IDL, LDL, HDL) . * Chromoprotéines : Protéine + 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

| Terme | Définition | |---|---| | Aldose | Un type de monosaccharide (sucre simple) caractérisé par la présence d'un groupe aldéhyde (–CHO) dans sa structure. Les aldoses sont des sucres réducteurs. | | Kiliani-Fischer | Synthèse chimique utilisée pour allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un atome de carbone, conduisant souvent à la formation de deux épimères. | | Hémiactal | Composé formé par la réaction d'un aldéhyde ou d'une cétone avec un alcool. Dans le cas des oses cycliques, il se forme par la réaction interne d'un groupe hydroxyle avec le groupe carbonyle. | | Pyranose | Forme cyclique d'un sucre (ose) à six atomes, composée de cinq atomes de carbone et d'un atome d'oxygène. Elle ressemble à la structure du pyrane. | | Furanose | Forme cyclique d'un sucre (ose) à cinq atomes, composée de quatre atomes de carbone et d'un atome d'oxygène. Elle ressemble à la structure du furane. | | Projection de Haworth | Représentation schématique tridimensionnelle simplifiée des cycles des oses, où le cycle est vu de profil comme un anneau presque plat. | | Carbone anomérique | Le carbone qui était le groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) dans la forme linéaire de l'ose et qui devient un centre chiral lors de la cyclisation. Il est impliqué dans la formation de la liaison glycosidique. | | Pouvoir rotatoire | Capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée. Cette propriété est spécifique à chaque isomère chiral et est utilisée pour identifier et doser les oses. | | Oxydation | Réaction chimique où une substance perd des électrons ou augmente son état d'oxydation. Dans les oses, cela peut concerner le groupe aldéhyde, le groupe alcool primaire, ou le groupe alcool secondaire. | | Réduction | Réaction chimique où une substance gagne des électrons ou diminue son état d'oxydation. Dans les oses, la réduction du groupe carbonyle conduit à la formation de polyols. | | Condensation | Réaction chimique au cours de laquelle deux molécules se lient avec élimination d'une petite molécule, comme l'eau. Dans le cas des oses, cela mène à la formation de liaisons glycosidiques. | | Liaison glycosidique | Liaison covalente formée entre deux oses ou entre un ose et une autre molécule (aglycone). Elle est formée par la réaction entre le carbone anomérique d'un sucre et un groupe hydroxyle d'une autre molécule. | | Holoside | Un oside composé exclusivement d'oses liés entre eux par des liaisons osidiques. Les holosides peuvent être des oligosides (2 à 10 oses) ou des polyosides (plus de 10 oses). | | Hétéroside | Un oside composé d'une partie glucidique (un ose ou un oside) et d'une partie non glucidique appelée aglycone. | | Lipides | Composés organiques, majoritairement insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques non polaires, comprenant les graisses, huiles, cires, stéroïdes et phospholipides. Ils sont essentiels pour le stockage d'énergie, l'isolation, la structure des membranes et la signalisation. | | Acide gras | Molécule organique de longue chaîne carbonée terminée par un groupe acide carboxylique (–COOH). Les acides gras sont amphiphiles, possédant une partie hydrophile (tête) et une partie hydrophobe (queue). | | Triglycéride | Ester formé par la réaction du glycérol avec trois molécules d'acides gras. C'est la principale forme de stockage d'énergie des lipides dans le corps. | | Glycérophospholipide | Lipide complexe formé d'un glycérol, de deux acides gras, d'un groupe phosphate et d'un alcool lié au phosphate. Ils constituent la bicouche lipidique des membranes cellulaires. | | Sphingolipide | Lipide complexe dont le squelette est basé sur la sphingosine au lieu du glycérol. Ils sont importants dans les membranes cellulaires, notamment dans le système nerveux. | | Stéroïde | Classe de lipides caractérisée par une structure de base de quatre cycles carbonés fusionnés (noyau stérane). Le cholestérol et les hormones stéroïdes en sont des exemples. | | Hormone stéroïdienne | Hormone dérivée du cholestérol, caractérisée par la présence du noyau stérane. Exemples : cortisol, aldostérone, testostérone, œstrogènes. | | Acide aminé | Molécule organique possédant à la fois une fonction amine (–NH₂) et une fonction acide carboxylique (–COOH). Ils sont les unités de base des protéines. | | Liaison peptidique | Liaison covalente forte (amide) formée entre le groupe carboxyle d'un acide aminé et le groupe amine d'un autre acide aminé, avec élimination d'une molécule d'eau. Elle relie les acides aminés dans les peptides et les protéines. | | Peptide | Chaîne courte d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. On distingue les oligopeptides (< 10 AA) et les polypeptides (> 10 AA). | | Protéine | Macromolécule biologique constituée d'une ou plusieurs chaînes polypeptidiques (grand nombre d'acides aminés) dont la structure tridimensionnelle spécifique est essentielle à leur fonction. | | Structure primaire | Séquence linéaire des acides aminés dans une chaîne polypeptidique, déterminée par les gènes. | | Structure secondaire | Repliement local de la chaîne polypeptidique, stabilisé par des liaisons hydrogène entre les atomes du squelette peptidique (ex: hélice α, feuillet β). | | Structure tertiaire | Conformation tridimensionnelle complète d'une chaîne polypeptidique unique, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés (liaisons hydrogène, ioniques, hydrophobes, ponts disulfures). | | Structure quaternaire | Organisation spatiale de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) assemblées pour former une protéine fonctionnelle. | | Zwitterion | Molécule amphotère possédant simultanément une charge positive et une charge négative, résultant d'une neutralisation interne des groupes ionisables. Les acides aminés existent majoritairement sous forme zwitterionique à leur point isoélectrique. | | Point isoélectrique (pHi) | Le pH auquel une molécule amphotère (comme un acide aminé ou une protéine) porte une charge nette nulle, existant principalement sous forme zwitterionique. | | Électrophorèse | Technique de séparation des molécules chargées (comme les acides aminés ou les protéines) basée sur leur migration différentielle dans un champ électrique, en fonction de leur charge, de leur taille et de leur forme. | | Chromatographie | Technique de séparation de mélanges complexes en fonction des différences d'affinité des composants pour une phase stationnaire et une phase mobile. Diverses formes existent : chromatographie sur papier, sur couche mince (CCM), sur colonne, d'échange d'ions, etc. | | Ninhydrine | Réactif chimique utilisé pour la détection et le dosage des acides aminés. Elle réagit avec les amines primaires pour former un complexe coloré (pourpre de Ruhemann), sauf avec la proline et l'hydroxyproline qui donnent une couleur bleue. | | Hydrolyse | Réaction chimique au cours de laquelle une molécule est scindée par l'addition d'une molécule d'eau. Dans le contexte des peptides et protéines, l'hydrolyse des liaisons peptidiques libère les acides aminés constitutifs. | | Pont disulfure | Liaison covalente forte (S–S) formée entre deux groupements thiol (–SH) de deux résidus cystéine. Ces ponts stabilisent la structure tridimensionnelle des protéines. | | Holoprotéine | Protéine composée uniquement d'acides aminés. Elle peut être globulaire (sphérique, soluble) ou fibreuse (allongée, insoluble). | | Hétéroprotéine | Protéine composée d'une partie protéique (chaîne(s) d'acides aminés) et d'une partie non protéique (groupement prosthétique), comme un phosphate, un sucre, un lipide ou un pigment. | | Glycoprotéine | Hétéroprotéine dans laquelle un ou plusieurs sucres sont liés de manière covalente à la partie protéique. Ils jouent des rôles importants dans la reconnaissance cellulaire, la signalisation et la défense immunitaire. | | Lipoprotéine | Complexe macromoléculaire formé de lipides et de protéines, essentiel pour le transport et la distribution des lipides insolubles dans le sang. |

# Structure et filiation des oses La filiation des oses décrit l'ensemble des réactions chimiques permettant de relier les oses entre eux, modifiant ainsi la longueur de leur chaîne carbonée, ce qui établit une relation "généalogique" entre les différentes familles d'oses [1](#page=1). ### 1.1 Modification de la chaîne carbonée des oses La filiation des oses permet deux types de modifications de la chaîne carbonée [1](#page=1): * **Allongement de la chaîne carbonée:** Passer d'un aldose à $n$ carbones à un aldose à $n+1$ carbones [1](#page=1). * **Raccourcissement de la chaîne carbonée:** Passer d'un aldose à $n$ carbones à un aldose à $n-1$ carbones [1](#page=1). Cette filiation aide à comprendre les relations entre les différents oses comme les trioses, tétroses, pentoses et hexoses [1](#page=1). ### 1.2 La synthèse de Kiliani-Fischer pour l'élongation des chaînes carbonées La synthèse de Kiliani-Fischer est une réaction clé pour allonger la chaîne carbonée des aldoses. Elle se déroule en plusieurs étapes [1](#page=1): 1. **Addition de cyanure d'hydrogène (HCN)** [1](#page=1). Le HCN s'additionne sur le groupe aldéhyde (−CHO) du sucre, qui est le premier carbone de la chaîne. Ce carbone devient alors asymétrique car il se retrouve lié à quatre groupes différents: le groupe hydroxyle (−OH) issu de la transformation du carbonyle, le groupe cyano (−CN) apporté par le HCN, l'hydrogène initial du groupe aldéhyde, et le reste de la chaîne carbonée du sucre [1](#page=1). Par exemple, si l'on part du D-érythrose (un aldose à 4 carbones), l'addition de HCN conduit à une nouvelle structure [1](#page=1). 2. **Hydrolyse du groupe cyano en acide carboxylique** [1](#page=1). L'ajout d'eau ($H_2O$) et d'un acide ($H^+$) transforme le groupe cyano (−CN) en groupe acide carboxylique (−COOH). L'azote (N) est libéré sous forme d'ammoniac ($NH_3$). Le résultat est la formation d'un acide aldonic [1](#page=1). 3. **Réduction du groupe acide carboxylique en aldéhyde** [1](#page=1). Une réduction chimique du groupe acide carboxylique (−COOH) transforme celui-ci en groupe aldéhyde (−CHO). Cette étape allonge la chaîne carbonée d'un atome [1](#page=1). Le résultat final est l'obtention d'un nouvel aldose avec une chaîne carbonée plus longue d'un carbone. Par exemple, la synthèse de Kiliani-Fischer appliquée à un aldose à 4 carbones conduit à un aldose à 5 carbones (un aldopentose) [1](#page=1). > **Tip:** Il est important de noter que l'étape d'addition du HCN peut conduire à deux stéréoisomères différents (épimères) car le nouveau carbone formé peut avoir le groupe cyano de chaque côté (à droite ou à gauche) [1](#page=1). ### 1.3 Application aux cétoses Le mécanisme d'élongation de chaîne par la synthèse de Kiliani-Fischer est également applicable aux cétoses, bien que l'élongation débute généralement à partir d'un cétotriose ou de la dihydroxyacétone [1](#page=1). --- # Cyclisation et représentation des oses La transformation des oses en solution aqueuse de formes linéaires en formes cycliques, notamment la formation d'hémiacétals et les projections de Haworth pour représenter ces cycles en 3D, incluant les conformations bateau et chaise. ### 2.1 Nombre d'isomères des oses Le nombre d'isomères pour les aldoses et les cétoses peut être calculé selon des formules spécifiques basées sur le nombre de carbones totaux et le nombre de carbones non asymétriques. * **Aldoses:** Le nombre d'isomères est de $2^{n-2}$, où $n$ est le nombre total de carbones et 2 représente le nombre de carbones non asymétriques [2](#page=2). * **Exemple:** Pour le glucose ($n=6$), le nombre d'isomères est $2^{6-2} = 2^4 = 16$, soit 8 isomères D et 8 isomères L [2](#page=2). * **Cétoses:** Le nombre d'isomères est de $2^{n-3}$, où $n$ est le nombre total de carbones et 3 représente le nombre de carbones non asymétriques [2](#page=2). * **Exemple:** Pour le fructose ($n=6$), le nombre d'isomères est $2^{6-3} = 2^3 = 8$, soit 4 isomères D et 4 isomères L [2](#page=2). ### 2.2 La cyclisation des oses En solution aqueuse ou dans les milieux biologiques, les oses comportant plus de quatre atomes de carbone existent majoritairement sous forme cyclique plutôt que linéaire. Cette transformation implique la formation d'un hémiacétal [2](#page=2). #### 2.2.1 Formation de l'hémiacétal La cyclisation se produit lorsqu'un groupe hydroxyle (−OH) d'un carbone de la même molécule attaque le carbone du groupement carbonyle (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses) [2](#page=2). 1. **Attaque nucléophile:** Le groupe −OH d'un carbone (souvent C5 ou C4) attaque le carbone du carbonyle. La double liaison C=O se rompt, l'oxygène captant un proton pour former une nouvelle liaison C–O dans le cycle [2](#page=2). 2. **Formation du carbone anomérique:** Le carbone du groupement carbonyle, initialement sp2 hybridé, devient sp3 hybridé et est appelé carbone hémiacétalique. Il porte désormais un groupe hydroxyle et une liaison avec l'oxygène du cycle [2](#page=2). 3. **Cyclisation selon Tollens:** Ce processus de cyclisation est parfois appelé cyclisation selon Tollens [2](#page=2). #### 2.2.2 Types de cycles formés La nature du cycle dépend du carbone portant le groupe −OH qui réalise l'attaque : * **Cycle à six chaînons (pyranose):** Formé lorsque le groupe −OH du carbone 5 attaque le carbonyle. Il comprend 5 atomes de carbone et 1 atome d'oxygène. L'exemple typique est le D-glucopyranose [2](#page=2). * **Cycle à cinq chaînons (furanose):** Formé lorsque le groupe −OH du carbone 4 attaque le carbonyle. Il comprend 4 atomes de carbone et 1 atome d'oxygène. L'exemple typique est le D-fructofuranose [2](#page=2). ### 2.3 La projection de Haworth La projection de Haworth est une représentation schématique simplifiée en 3D des cycles des sucres [3](#page=3). #### 2.3.1 Description * L'anneau est représenté de manière quasi planaire. * L'oxygène du cycle est généralement placé en haut à droite (ou parfois en haut à gauche) [3](#page=3). * Les carbones sont numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre, en partant du carbone anomérique (C1) [3](#page=3). #### 2.3.2 Règles de représentation Pour passer de la projection de Fischer (forme linéaire) à la projection de Haworth (forme cyclique) : * Les groupes hydroxyle (−OH) qui sont à droite dans la projection de Fischer sont représentés en bas du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). * Les groupes hydroxyle (−OH) qui sont à gauche dans la projection de Fischer sont représentés en haut du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). #### 2.3.3 Le carbone anomérique Le carbone C1 (dans les aldoses) devient le centre anomérique après la cyclisation. Il peut exister sous deux formes, définies par la position du groupe −OH anomérique [3](#page=3): * **Forme α (alpha):** Le groupe −OH du carbone anomérique est orienté vers le bas [3](#page=3). * **Forme β (bêta):** Le groupe −OH du carbone anomérique est orienté vers le haut [3](#page=3). ### 2.4 Conformation spatiale des oses Dans les solutions, les cycles des oses adoptent des conformations spatiales tridimensionnelles appelées "bateau" et "chaise" [3](#page=3). * Ces formes (chaise et bateau) sont en équilibre dynamique [3](#page=3). * La **forme chaise est la plus stable** [3](#page=3). * Les oses naturels se présentent préférentiellement sous leur forme chaise [3](#page=3). --- # Propriétés chimiques et réactions des oses Ce chapitre détaille les propriétés chimiques fondamentales des oses, axées sur les réactions induites par leurs fonctions carbonyle et alcool, ainsi que les dérivés qu'elles génèrent. ### 3.1 Propriétés générales des oses Les oses présentent des propriétés physiques et chimiques distinctes. Physiquement, ils sont très solubles dans l'eau en raison de leurs nombreux groupements hydroxyles et possèdent un pouvoir rotatoire spécifique en solution, utile pour leur identification et leur dosage. Leur structure est thermodégradable, conduisant à une caramélisation par chauffage. Chimiquement, leurs réactions découlent principalement de la présence de la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) ou du groupement hémiacétalique, ainsi que des fonctions alcools [4](#page=4). ### 3.2 Réactions dues à la fonction carbonyle Ces réactions sont particulièrement importantes car elles définissent les oses comme des "sucres réducteurs" dans certains contextes. #### 3.2.1 Oxydation L'oxydation des oses peut être réalisée par des méthodes chimiques ou enzymatiques, menant à différents produits selon la force de l'oxydant. ##### 3.2.1.1 Oxydation enzymatique L'oxydation enzymatique, par exemple celle du glucose par la glucose oxydase (GOD), utilise de l'oxygène moléculaire pour oxyder spécifiquement le D-glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) comme sous-produit. Cette réaction est biochimiquement significative et employée dans les tests de glycémie [4](#page=4). La réaction générale est : Glucose + O₂ → [glucose oxydase Acide gluconique + H₂O₂ [4](#page=4). Dans cette réaction, le groupement aldéhyde (–CHO) du carbone 1 (C1) du glucose est converti en une fonction acide carboxylique (–COOH) [4](#page=4). ##### 3.2.1.2 Oxydation chimique douce L'oxydation chimique douce d'un aldose transforme le groupement aldéhyde (–CHO) en fonction acide carboxylique (–COOH) sans affecter les autres groupements hydroxyles de la molécule. Les réactifs couramment utilisés incluent le dibrome (Br₂/H₂O) [4](#page=4) [5](#page=5). La réaction générale est : Aldéhyde → Acide d'aldose [4](#page=4). Exemple: Le D-glucose est oxydé en acide D-gluconique par cette méthode [4](#page=4). ##### 3.2.1.3 Oxydation chimique forte L'oxydation forte des aldoses, généralement réalisée avec des oxydants puissants comme l'acide nitrique (HNO₃) et souvent à chaud, affecte à la fois le carbone 1 (oxydation du –CHO en –COOH) et le carbone terminal (C6 pour un hexose, oxydation du –CH₂OH en –COOH). Le produit obtenu est un acide dicarboxylique, appelé acide aldarique [5](#page=5). La réaction générale pour un aldose est : HOCH₂–(CHOH)₄–CHO + HNO₃ → (chaleur) HOOC–(CHOH)₄–COOH + H₂O [5](#page=5). Chez les cétoses, l'oxydation forte par l'acide nitrique entraîne une coupure de la chaîne carbonée autour du groupement cétone, produisant des acides plus courts. Par exemple, le D-fructose peut être coupé en acide glycolique et acide tartrique [6](#page=6). ##### 3.2.1.4 Oxydation par les sels de métaux lourds Des réactifs comme la liqueur de Fehling ou la solution de Tollens utilisent des ions de métaux lourds (Cu²⁺ ou Ag⁺) en milieu alcalin pour oxyder les oses. Les aldoses sont dits "réducteurs" car ils réduisent ces ions métalliques tout en étant eux-mêmes oxydés [6](#page=6). Le principe est une réaction d'oxydo-réduction : Ose (réducteur) + Sel métallique (oxydant) → Acide + Métal réduit [6](#page=6). Les aldoses, possédant un groupement aldéhyde libre ou capable de se régénérer en milieu basique, réduisent ces réactifs. Les cétoses, en revanche, ne possèdent pas de groupement aldéhyde. Cependant, en milieu basique, certains cétoses (comme le fructose) peuvent s'isomériser en aldoses (glucose ou mannose), leur permettant ainsi de réduire indirectement ces réactifs [6](#page=6). #### 3.2.2 Réduction La réduction des oses transforme la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) en une fonction alcool, produisant des polyols [7](#page=7). ##### 3.2.2.1 Réduction des aldoses La réduction du groupement aldéhyde (–CHO) d'un aldose par des agents réducteurs comme le borohydrure de sodium (NaBH₄) conduit à la formation d'un alcool primaire. Le carbone du groupe aldéhyde devient ainsi un alcool primaire (–CH₂OH), transformant l'aldose en un polyol [7](#page=7). ##### 3.2.2.2 Réduction des cétoses De même, la réduction du groupement cétone (–CO–) d'un cétose par des agents réducteurs comme le borohydrure forme un alcool secondaire (–CHOH–). Le cétose est alors transformé en un polyol [7](#page=7). #### 3.2.3 Condensation Les réactions de condensation impliquent la formation d'une liaison covalente entre une fonction hydroxyle (–OH) d'un ose et un autre groupement fonctionnel (–OH, –NH₂), avec élimination d'une molécule d'eau. Ces réactions sont fondamentales pour la formation de liaisons glycosidiques et hétérosides [8](#page=8). ##### 3.2.3.1 Condensation avec un autre ose (Holoside) Lorsque la fonction hydroxyle d'un ose réagit avec celle d'un autre ose, on forme un disaccharide, un oligosaccharide ou un polysaccharide. La liaison formée est une liaison O-glycosidique, impliquant le carbone anomérique [8](#page=8). Exemple: Glucose + Glucose → Maltose (liaison α-1,4-glycosidique) + H₂O. Le produit est un holoside car composé uniquement de sucres [8](#page=8). ##### 3.2.3.2 Condensation avec un alcool ou un phénol (O-hétéroside) Si le partenaire de condensation n'est pas un sucre mais un alcool (R–OH) ou un phénol, on obtient un O-hétéroside [8](#page=8). Exemple: Sucre + R–OH → O-hétéroside + H₂O [8](#page=8). ##### 3.2.3.3 Condensation avec une amine (N-hétéroside) La condensation peut également se produire avec un groupement amine (–NH₂), formant un N-hétéroside. Cette réaction est cruciale en biochimie, notamment dans la formation des nucléosides des acides nucléiques (ADN et ARN), qui sont des N-hétérosides constitués d'un sucre et d'une base azotée [8](#page=8). ### 3.3 Réactions dues aux fonctions alcools Les groupements hydroxyles des oses participent également à plusieurs réactions importantes. #### 3.3.1 Estérification L'estérification est la réaction d'un groupement hydroxyle avec un acide pour former un ester et de l'eau. Les oses peuvent être estérifiés par divers acides, tels que l'acide phosphorique, l'acide sulfurique ou des acides carboxyliques [9](#page=9). Exemple: La formation de glucose 6-phosphate est une estérification du –OH en C6 du glucose par l'acide phosphorique [9](#page=9). Réaction chimique: Glucose + H₃PO₄ → Glucose 6-phosphate + H₂O [9](#page=9). Cette réaction est une étape clé dans le métabolisme énergétique, notamment la glycolyse [9](#page=9). #### 3.3.2 Déshydratation en milieu acide En présence d'un acide fort et de chaleur, les oses subissent une déshydratation intramoléculaire, perdant des molécules d'eau. Cette réaction conduit à la cyclisation de la molécule et à la formation de produits aromatiques comme le furfural (à partir des pentoses) ou l'hydroxyméthylfurfural (HMF) (à partir des hexoses) [10](#page=10). La réaction générale est : Ose → (acide fort + chaleur) Furfural / HMF + H₂O [10](#page=10). Exemples : * Ribose (pentose) → Furfural + 3 H₂O [10](#page=10). * Glucose (hexose) → Hydroxyméthylfurfural + 3 H₂O [10](#page=10). --- # Structure et classification des osides Un oside est une molécule glucidique complexe dont l'hydrolyse libère soit des oses identiques ou différents, soit des oses et une molécule non glucidique. Ils se divisent en holosides et hétérosides, selon leur composition [11](#page=11). ### 4.1 Les holosides Les holosides sont formés exclusivement d'oses unis par une liaison osidique [11](#page=11). #### 4.1.1 La liaison osidique La liaison osidique est une liaison covalente formée entre le carbone anomérique (C1) d'un ose et un groupement hydroxyle (–OH) d'un autre ose. Sa nature dépend de [11](#page=11): 1. La nature des oses liés (ex: glucose + galactose) [11](#page=11). 2. La forme cyclique de chaque ose: pyranose (cycle à 6 atomes) ou furanose (cycle à 5 atomes) [11](#page=11). 3. La configuration anomérique: $\alpha$ (si le –OH anomérique est en bas du plan) ou $\beta$ (si le –OH anomérique est en haut du plan) [11](#page=11). #### 4.1.2 Classification des holosides Les holosides sont classés en oligosides (2 à 10 oses) et polyosides (>10 oses) [11](#page=11). * **Oligosides**: Ils comprennent les diholosides, qui sont des disaccharides formés par la liaison de deux oses [11](#page=11). * **Diholosides réducteurs**: Ils se forment lorsque le carbone anomérique d'un ose se lie à un groupement –OH d'un autre ose, mais que le carbone anomérique du second ose reste libre. Ce dernier peut encore réduire les sels métalliques. Ces diholosides peuvent exister sous forme $\alpha$ ou $\beta$ car un carbone anomérique reste libre [11](#page=11). * **Diholosides non réducteurs**: Ils se forment lorsque les carbones anomériques des deux oses sont engagés dans la liaison osidique, n'en laissant aucun de libre [11](#page=11). #### 4.1.3 Nomenclature des osides La nomenclature d'un oside indique si la fonction hémiacétalique est libre ou engagée [12](#page=12). * Le suffixe **-ose** indique que l'ose a sa fonction hémiacétalique libre, c'est un sucre réducteur [12](#page=12). * Le suffixe **-osyl** désigne le premier ose d'un diholoside dont la fonction hémiacétalique est engagée dans la liaison [12](#page=12). * Le suffixe **-oside** indique que la fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée, le sucre peut être non réducteur [12](#page=12). **Exemples de nomenclature :** * **Lactose**: Diholoside réducteur composé de D-galactose et D-glucose, liés par une liaison $\beta$(1→4) [12](#page=12). * Nom chimique: D-galactopyranosyl ($\beta \to$4)D-glucopyranose. Le lactose est réducteur car le glucose a son carbone anomérique libre [12](#page=12). * **Saccharose**: Diholoside non réducteur composé de glucose et fructose, liés par une liaison $\alpha$(1→$\beta$2) [12](#page=12). * Nom chimique: D-glucopyranosyl ($\alpha \to\beta$)D-fructofuranoside. Les deux carbones anomériques (C1 du glucose et C2 du fructose) sont engagés, rendant le saccharose non réducteur. C'est le sucre de table [12](#page=12) [13](#page=13). * **Maltose**: Diholoside réducteur composé de deux molécules de D-glucose, liées par une liaison $\alpha$(1→4) [13](#page=13). * Nom chimique: D-glucopyranosyl ($\alpha \to$4)D-glucopyranose. Le second glucose garde son C1 libre, il est donc réducteur. C'est un produit de la digestion de l'amidon ou du glycogène [13](#page=13). > **Tip:** La notation (1→4) est une forme simplifiée de la liaison osidique où les numéros indiquent les carbones impliqués. $\alpha \to 4$ spécifie la configuration anomérique du premier ose engagé [13](#page=13) [15](#page=15). #### 4.1.4 Les polysides (polysaccharides) Les polysides sont de grands glucides complexes formés par la condensation de nombreuses molécules d'oses. Ils jouent des rôles de réserve énergétique (amidon, glycogène), structurel (cellulose, chitine) ou spécifique (acide hyaluronique, héparine) [14](#page=14). Les polysides se distinguent par : 1. Le type d'oses constitutifs (identiques ou différents) [14](#page=14). 2. Le type de liaison osidique ($\alpha$ ou $\beta$, et les positions des carbones: 1→4, 1→6, etc.) [14](#page=14). 3. La structure de la chaîne (linéaire ou ramifiée) [14](#page=14). **Grandes familles de polysides :** * **Homopolysides**: Formés d'un seul type d'ose [14](#page=14). | Exemple | Oses constitutifs | Type de liaison | Structure | Rôle | | :--------- | :---------------- | :------------------------ | :------------------------ | :----------------------------- | | Amidon | Glucose | $\alpha$(1→4) et $\alpha$(1→6) | Ramifiée et linéaire | Réserve énergétique végétale | | Glycogène | Glucose | $\alpha$(1→4) et $\alpha$(1→6) | Fortement ramifiée | Réserve énergétique animale | | Cellulose | Glucose | $\beta$(1→4) | Linéaire | Rôle structural (paroi végétale)| ### 4.2 Les hétérosides Un hétéroside est une molécule composée de deux parties: une partie glucidique (ose ou oside) et une partie non glucidique appelée aglycone. Ces deux parties sont unies par une liaison osidique. L'hydroxyle du carbone anomérique du sucre se lie à un atome de la partie aglycone [15](#page=15). Selon l'atome de l'aglycone participant à la liaison, on distingue plusieurs types d'hétérosides [15](#page=15): * **O-hétérosides**: Liaison de l'ose à un atome d'oxygène (O) de l'aglycone. Exemples: liaisons ose–sérine/thréonine dans les glycoprotéines [15](#page=15). * **N-hétérosides**: Liaison de l'ose à un atome d'azote (N) de l'aglycone. Exemples: nucléosides (adénosine: ribose + adénine) dans l'ADN et l'ARN [15](#page=15). * **C-hétérosides**: Liaison de l'ose à un atome de carbone (C) de l'aglycone. Exemples: certains pigments végétaux [15](#page=15). * **S-hétérosides**: Liaison de l'ose à un atome de soufre (S) de l'aglycone. Exemples: composés soufrés des plantes alliacées [15](#page=15). #### 4.2.1 L'aglycone L'aglycone est la partie non glucidique associée au sucre. Elle peut être de différents types [15](#page=15): * **Lipide**: Forme des **glycolipides**, présents dans les membranes cellulaires [15](#page=15). * **Protéine**: Forme des **glycoprotéines**, **protéoglycanes**, etc., jouant des rôles variés (structure, reconnaissance, enzymes) [15](#page=15). * **Peptides + polysaccharides**: Forme des **peptidoglycanes**, constituant la paroi bactérienne [15](#page=15). * **Fixation non enzymatique de glucose sur une protéine**: Forme des **protéines glyquées**, agissant comme marqueurs biologiques (ex: HbA1c) [15](#page=15). #### 4.2.2 Exemples d'hétérosides | Type d'hétéroside | Liaison | Exemple typique | Où trouve-t-on ? | | :---------------- | :----------------------- | :-------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------ | | Ose + Protéine | Glycoprotéine | Récepteurs membranaires, hormones | Cellules | | Ose + Lipide | Glycolipide | Membrane cellulaire (ex: globules rouges) | Membrane cellulaire | | Ose + Base azotée | Nucléoside | Adénosine (base + ribose) | ADN, ARN | Dans les cellules, les hétérosides sont impliqués dans l'identification cellulaire (glycolipides), la communication (glycoprotéines) et le stockage/transmission de l'information génétique (nucléosides) [16](#page=16). --- # Lipides : définition, classification et propriétés Ce chapitre introduit les lipides, en détaillant leur nature hydrophobe, leur composition générale, leur classification en lipides simples et complexes, ainsi que leurs propriétés physico-chimiques fondamentales. ### 5.1 Définition des lipides Les lipides sont des composés organiques majoritairement constitués de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Leur caractéristique essentielle est leur nature hydrophobe, ce qui signifie qu'ils n'interagissent pas avec les molécules d'eau. Ils sont également insolubles dans l'eau, qui est une molécule polaire, mais se dissolvent bien dans des solvants non polaires tels que le chloroforme, l'éther ou le benzène [17](#page=17). La structure générale de la majorité des lipides comprend deux parties principales : 1. Des acides gras: de longues chaînes d'atomes de carbone terminées par un groupe acide (-COOH) [17](#page=17). 2. Un alcool: souvent le glycérol, qui possède un ou plusieurs groupes hydroxyle (-OH) [17](#page=17). La liaison entre un acide gras et un alcool forme un ester, qui est la base chimique de nombreux lipides comme les graisses et les huiles [17](#page=17). Certains composés, bien que dépourvus d'acides gras, sont classés parmi les lipides en raison de leur caractère hydrophobe. Cela inclut les stéroïdes (cholestérol, hormones stéroïdes) et les vitamines liposolubles (vitamines E, D, K, A) [17](#page=17). Les rôles principaux des lipides incluent l'isolement et la protection des organes. Ils constituent une réserve de graisse dans le tissu adipeux, agissant comme une barrière isolante thermique pour maintenir la température corporelle et comme un amortisseur mécanique protégeant les organes vitaux des chocs [17](#page=17). ### 5.2 Classification des lipides Les lipides sont classés en deux grandes catégories selon leur composition chimique: les lipides simples et les lipides complexes [19](#page=19). #### 5.2.1 Lipides simples (ou homolipides) Ces lipides sont composés uniquement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils résultent de la réaction d'estérification entre des acides gras et un alcool. La formule générale de leur formation est [19](#page=19) [29](#page=29): $$ \text{Acide gras} + \text{Alcool} \rightarrow \text{Lipide simple} + \text{H}_2\text{O} $$ Les principales classes de lipides simples sont déterminées par le type d'alcool utilisé : ##### 5.2.1.1 Glycérides L'alcool impliqué est le glycérol (propane-1,2,3-triol). Chaque molécule de glycérol peut se lier à un, deux ou trois acides gras pour former des mono-, di-, ou triglycérides [19](#page=19) [29](#page=29). | Type de glycéride | Composition | Exemple | Rôle | | :---------------- | :--------------------------- | :----------------------------------- | :------------------------------------------------------- | | Monoglycéride | 1 acide gras + 1 glycérol | Intermédiaire dans la digestion | | | Diglycéride | 2 acides gras + 1 glycérol | Rare | | | Triglycéride | 3 acides gras + 1 glycérol | Graisses, huiles | Réserve d'énergie, isolation thermique, protection | [29](#page=29). Les graisses animales et les huiles végétales sont principalement des triglycérides [29](#page=29). ##### 5.2.1.2 Cérides (ou cires) L'alcool est un alcool à longue chaîne, généralement composé de 16 à 30 atomes de carbone. Ces lipides forment les cires, que l'on retrouve sur la peau, les feuilles ou les plumes [19](#page=19) [29](#page=29). Exemples : * Cire d'abeille: protège les rayons de la ruche [29](#page=29). * Sébium (cire cutanée): protège la peau et les poils contre la déshydratation [29](#page=29). * Cires végétales: limitent l'évaporation sur les feuilles [29](#page=29). Le rôle principal des cérides est la protection et l'imperméabilisation contre l'eau et les agents extérieurs [19](#page=19) [29](#page=29). La réaction de formation d'un céride implique un acide gras et un alcool gras, produisant un ester cireux et de l'eau : $$ \text{CH}_3–(\text{CH}_2)_{14}–\text{C}(=\text{O})–\text{OH} + \text{HO}–\text{CH}_2–(\text{CH}_2)_{14}–\text{CH}_3 \rightarrow \text{CH}_3–(\text{CH}_2)_{14}–\text{C}(=\text{O})–\text{O}–\text{CH}_2–(\text{CH}_2)_{14}–\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O} $$ Un exemple concret est la combinaison de l'acide palmitique (16 carbones) et de l'alcool cétylique (16 carbones) pour former le palmitate de cétyle, une cire naturelle [37](#page=37). Propriétés physico-chimiques des cérides : * **Solides à température ambiante**: leurs longues chaînes carbonées s'empilent efficacement, leur conférant un point de fusion élevé [37](#page=37). * **Très insolubles dans l'eau**: elles possèdent peu de groupes polaires, ce qui rend leur interaction avec l'eau minimale [37](#page=37). ##### 5.2.1.3 Stérides L'alcool constituant les stérides est un stérol, dont le cholestérol est le plus connu. L'union d'un acide gras avec le cholestérol forme un stéride (ou ester de cholestérol) [29](#page=29). Rôles : * Forme de stockage et de transport du cholestérol dans l'organisme [29](#page=29). * Présents dans les membranes cellulaires et les hormones stéroïdiennes [29](#page=29). #### 5.2.2 Lipides complexes Ces lipides contiennent, en plus de C, H, et O, des éléments tels que le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont souvent des constituants essentiels des membranes cellulaires [19](#page=19). ##### 5.2.2.1 Glycérophospholipides Ils sont constitués de glycérol, de deux acides gras, et d'un groupe phosphate. Le groupe phosphate peut être lié à un composé azoté. Leur rôle principal est la structure des membranes cellulaires [19](#page=19). ##### 5.2.2.2 Sphingolipides Ces lipides sont formés d'une base appelée sphingosine, d'un acide gras, et parfois d'un groupement phosphate. Ils sont particulièrement présents dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline [19](#page=19). ##### 5.2.2.3 Glycolipides Les glycolipides sont formés de la combinaison d'un lipide et d'un glucide (sucre). Ils sont situés à la surface des membranes cellulaires et jouent un rôle clé dans la reconnaissance et la communication entre les cellules [19](#page=19). ### 5.3 Propriétés physico-chimiques des lipides Les lipides peuvent présenter différentes caractéristiques de solubilité : * **Hydrophobes**: totalement insolubles dans l'eau (exemples: triglycérides, cires) [19](#page=19). * **Amphiphiles**: possèdent une partie hydrophile (affinité pour l'eau) et une partie hydrophobe (repulsion de l'eau). Cette propriété est typique des phospholipides et des glycolipides [19](#page=19). > **Tip :** La distinction entre lipides simples et complexes repose sur la présence d'atomes autres que C, H, et O, comme P ou N, ce qui est crucial pour leur fonction dans les membranes biologiques. > **Example :** Les triglycérides, formes de stockage d'énergie, sont de parfaits exemples de lipides simples hydrophobes. En revanche, les phospholipides, composants majeurs des membranes, sont amphiphiles, leur permettant de former des bicouches lipidiques en milieu aqueux. --- # Acides gras : structure, nomenclature et propriétés Les acides gras sont des molécules amphipathiques composées d'une chaîne carbonée hydrophobe et d'une tête carboxylique hydrophile, dont la structure, la nomenclature et les propriétés physico-chimiques varient en fonction de la longueur de la chaîne et de la présence ou non de doubles liaisons. ### 6.1 Définition et structure générale des acides gras Un acide gras est un acide monocarboxylique dont la structure se compose de deux parties distinctes : * Une fonction acide carboxylique (–COOH), qui est polaire et donc hydrophile (soluble dans l'eau) [20](#page=20). * Un radical R, qui est une chaîne carbonée (hydrocarbonée), non polaire et donc hydrophobe (insoluble dans l'eau) [20](#page=20). La formule générale d'un acide gras est donc R–COOH, où R représente la chaîne carbonée [20](#page=20). #### 6.1.1 Caractéristiques générales des chaînes carbonées Les chaînes carbonées des acides gras présentent plusieurs caractéristiques communes : * **Chaîne linéaire**: Les carbones sont généralement reliés les uns aux autres sans ramification [20](#page=20). * **Nombre pair de carbones**: Les acides gras sont synthétisés à partir d'unités de deux carbones (acétyl-CoA), ce qui conduit à un nombre pair d'atomes de carbone dans la chaîne [20](#page=20). * **Longueur de chaîne**: Les acides gras naturels comportent typiquement entre 14 et 24 atomes de carbone [20](#page=20). * **Degré d'insaturation**: La chaîne peut être totalement saturée (sans double liaison) ou insaturée (avec une ou plusieurs doubles liaisons). Jusqu'à 6 doubles liaisons peuvent être présentes [20](#page=20). * **Formes possibles**: Ils peuvent être linéaires, ramifiés ou cycliques [20](#page=20). * **Non hydrolysables**: Contrairement aux lipides complexes, les acides gras ne peuvent pas être hydrolysés en sous-unités plus petites [20](#page=20). #### 6.1.2 Ionisation du groupement carboxyle Dans l'eau, à un pH physiologique d'environ 7,4, le groupement carboxyle (–COOH) peut perdre son proton (H⁺) pour former un ion carboxylate (–COO⁻). Cette ionisation rend cette partie de la molécule chargée négativement et donc hydrosoluble, tandis que la chaîne hydrocarbonée reste hydrophobe et insoluble. La réaction est la suivante [20](#page=20): $R–COOH \leftrightarrow R–COO^{-} + H^{+}$ [20](#page=20). ### 6.2 Nomenclature des acides gras La nomenclature des acides gras repose sur leur structure, notamment la présence ou l'absence de doubles liaisons et le nombre de carbones. #### 6.2.1 Acides gras saturés Les acides gras saturés ne possèdent aucune double liaison carbone-carbone dans leur chaîne carbonée. Leur chaîne est entièrement saturée en hydrogène [21](#page=21) [22](#page=22). ##### 6.2.1.1 Formule générale et exemples La formule générale des acides gras saturés est $C_nH_{2n}O_2$ ou $CH_3–(CH_2)_n–COOH$. Ils ont généralement un nombre pair de carbones [21](#page=21). * **Acide palmitique** : * Nom d'usage: Acide palmitique [22](#page=22). * Nom systématique: Acide n-hexadécanoïque [22](#page=22). * Symbole: C16:0 [22](#page=22). * Formule brute: $C_{16}H_{32}O_2$ [22](#page=22). * Formule développée: $CH_3–(CH_2)_{14}–COOH$ [22](#page=22). * Interprétation du symbole C16:0: 16 carbones, 0 double liaison [22](#page=22). * **Acide stéarique** : * Nom d'usage: Acide stéarique [22](#page=22). * Nom systématique: Acide n-octadécanoïque [22](#page=22). * Symbole: C18:0 [22](#page=22). * Formule brute: $C_{18}H_{36}O_2$ [22](#page=22). * Formule développée: $CH_3–(CH_2)_{16}–COOH$ [22](#page=22). * Interprétation du symbole C18:0: 18 carbones, 0 double liaison [22](#page=22). Le préfixe "n-" devant le nom systématique indique une chaîne linéaire et non ramifiée [22](#page=22). ##### 6.2.1.2 Acides gras saturés représentatifs | Acide gras | Notation | Nombre de carbones | Source principale | | :------------- | :------- | :----------------- | :----------------------------------------------------- | | Acide palmitique | C16:0 | 16 | Graisses animales, huile de palme | [21](#page=21). | Acide stéarique | C18:0 | 18 | Graisses animales, chocolat | [21](#page=21). | Acide butyrique | C4:0 | 4 | Beurre, métabolisme bactérien | [21](#page=21). | Acide lignocérique | C24:0 | 24 | Lipides du tissu nerveux | [21](#page=21). #### 6.2.2 Acides gras insaturés Les acides gras insaturés possèdent au moins une double liaison carbone-carbone dans leur chaîne carbonée [22](#page=22). ##### 6.2.2.1 Formule générale et caractéristiques La formule générale des acides gras insaturés est $C_nH_{2n-2x}O_2$, où $x$ représente le nombre de doubles liaisons. La longueur de chaîne se situe généralement entre 16 et 20 carbones. La première double liaison se trouve fréquemment entre les carbones 9 et 10. Les doubles liaisons sont généralement séparées par au moins un groupement méthylène (–CH₂–) [22](#page=22). ##### 6.2.2.2 Classification selon le nombre de doubles liaisons * **Acides gras mono-insaturés (AGMI)**: Ils ne possèdent qu'une seule double liaison, souvent située en position C9-C10 [23](#page=23). * **Acide oléique** : * Notation: C18:1Δ9 (ou ω9) [23](#page=23). * Formule développée: $CH_3-(CH_2)_7-CH=CH-(CH_2)_7-COOH$ [23](#page=23). * Ces acides gras sont souvent liquides à température ambiante et présents dans les huiles végétales [23](#page=23). * **Acides gras poly-insaturés (AGPI)**: Ils comportent plusieurs doubles liaisons, toujours séparées par un ou plusieurs groupements méthylènes (–CH₂–). Ils sont essentiels et doivent être apportés par l'alimentation [23](#page=23). | Acide gras | Symbole | Localisation des doubles liaisons | Famille | | :------------------ | :------- | :-------------------------------- | :------ | | Acide linoléique | C18:2Δ9,12 | Δ9, Δ12 | ω6 | | Acide α-linolénique | C18:3Δ9,12,15 | Δ9, Δ12, Δ15 | ω3 | Ces acides gras jouent des rôles importants dans le développement, la synthèse de molécules chimiques et le fonctionnement cardiovasculaire [23](#page=23). ##### 6.2.2.3 Systèmes de numérotation des doubles liaisons Il existe deux systèmes pour indiquer la position des doubles liaisons : * **Notation Δ (Delta)**: Cette notation indique la position de la double liaison par rapport au groupe carboxyle (COOH), qui est le carbone 1. Par exemple, C18:1Δ9 signifie que la double liaison se situe entre le carbone 9 et le carbone 10 [23](#page=23). * **Notation ω (Oméga)**: Cette notation indique la position de la double liaison par rapport au méthyle terminal (CH₃), appelé carbone ω. Par exemple, C18:1ω9 signifie que la double liaison se trouve sur le 9ème carbone compté à partir du CH₃ terminal [23](#page=23). #### 6.2.3 Configurations cis et trans des doubles liaisons La double liaison C=C dans les acides gras insaturés confère une certaine rigidité à la chaîne et limite la rotation autour de cette liaison. Deux configurations sont possibles [24](#page=24): * **Configuration Cis**: Les deux atomes d'hydrogène sont du même côté de la double liaison. Cela entraîne un coudage ou un pli de la chaîne carbonée, empêchant un empaquetage serré des molécules. Les acides gras cis sont donc généralement 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 plus linéaire, ressemblant ainsi à un acide gras saturé. Les acides gras trans sont donc généralement solides à température ambiante [24](#page=24). ### 6.3 Propriétés physico-chimiques des acides gras Les propriétés physiques des acides gras dépendent principalement de la longueur de leur chaîne carbonée et de leur degré d'insaturation [26](#page=26). #### 6.3.1 Solubilité dans l'eau La solubilité des acides gras dans l'eau est limitée en raison de leur caractère amphipathique [26](#page=26). * La tête carboxylique (–COOH) est hydrophile et aime l'eau. * La chaîne carbonée (–CH₂–) est hydrophobe et repousse l'eau. Plus la chaîne hydrocarbonée est longue, plus la partie hydrophobe domine, et moins l'acide gras est soluble dans l'eau [26](#page=26). * Les chaînes courtes (C4, C6) sont solubles dans l'eau [26](#page=26). * Les chaînes longues (> C10) sont pratiquement insolubles dans l'eau [26](#page=26). La présence de doubles liaisons augmente légèrement la solubilité car elle empêche les molécules de se serrer [26](#page=26). #### 6.3.2 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). | Liquide | Masse volumique (g/ml) | | :--------------- | :-------------------- | | Huile d’olive | 0,92 | | Térébenthine | 0,86 | | Essence | 0,69 | #### 6.3.3 Point de fusion Le point de fusion est la température à laquelle un corps solide passe à l'état liquide. Deux facteurs influencent le point de fusion des acides gras [27](#page=27): * **Longueur de la chaîne carbonée**: Une chaîne carbonée plus longue permet des interactions intermoléculaires plus fortes, nécessitant plus de chaleur pour séparer les molécules. Par conséquent, le point de fusion augmente avec la longueur de la chaîne [27](#page=27). * Chaîne courte (moins de 10 C): Liquide à température ambiante [27](#page=27). * Chaîne longue (plus de 10 C): Solide à température ambiante [27](#page=27). Les graisses solides comme le beurre 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 (présence de doubles liaisons)**: Chaque double liaison crée un "pli" dans la chaîne, ce qui empêche les molécules de s'emboîter efficacement. Les interactions intermoléculaires sont donc plus faibles, ce qui abaisse le point de fusion. Plus il y a de doubles liaisons, plus le point de fusion est bas et plus la substance est liquide [27](#page=27). #### 6.3.4 Propriétés chimiques Les réactions chimiques des acides gras sont principalement dues à deux éléments : la fonction acide carboxylique (–COOH) et les doubles liaisons (C=C) présentes dans les acides gras insaturés. ##### 6.3.4.1 Réactions dues à la fonction acide (–COOH) * **Formation de sels alcalins (savons)**: La réaction d'un acide gras avec une base forte (comme NaOH ou KOH) forme un sel d'acide gras, appelé savon, et de l'eau [27](#page=27). $R–COOH + NaOH \rightarrow R–COO^{-}Na^{+} + H_2O$ [27](#page=27). Le sel (savon) est amphipathique: la partie $R–COO^{-}$ est hydrophobe, tandis que le cation $Na^{+}$ est hydrophile, ce qui confère aux savons leurs 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 dans la formation des lipides complexes. Par exemple, les triglycérides (graisses neutres) se forment lorsque trois acides gras se lient à une molécule de glycérol (un alcool) [28](#page=28). $R–COOH + R'–OH \rightarrow R–COO–R' + H_2O$ [28](#page=28). ##### 6.3.4.2 Réactions dues à la présence de doubles liaisons (C=C) Ces réactions ne concernent que les acides gras insaturés. * **Hydrogénation**: L'hydrogénation consiste à ajouter de l'hydrogène ($H_2$) sur les doubles liaisons. Ce processus supprime les doubles liaisons, transformant un acide gras insaturé en acide gras saturé [28](#page=28). $CH_2=CH–CH=CH–CH + H_2 \rightarrow CH_3–CH_2–CH_2–CH_2–CH_2$ [28](#page=28). Un exemple pratique est l'hydrogénation d'huiles végétales (liquides, insaturées) pour produire de la margarine (solide, saturée) [28](#page=28). * **Oxydation**: L'oxydation des acides gras insaturés (par exemple, avec du permanganate de potassium, $KMnO_4$) conduit à la rupture des doubles liaisons. On obtient alors des acides carboxyliques. Chaque double liaison donne naissance à un acide simple et un diacide (portant deux fonctions –COOH) [28](#page=28). $R–CH=CH–R'–COOH + KMnO_4 \rightarrow R–COOH + HOOC–R'–COOH$ [28](#page=28). Cette réaction explique le rancissement des graisses lorsqu'elles s'oxydent à l'air [28](#page=28). --- # Triglycérides et stérides Les triglycérides et les stérides sont deux classes importantes de lipides, jouant des rôles cruciaux dans le stockage d'énergie, la structure cellulaire et diverses fonctions physiologiques [30](#page=30) [31](#page=31) [32](#page=32) [33](#page=33). ### 7.1 Les glycérides (ou acylglycérols) #### 7.1.1 Définition et formation 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). Les carbones du glycérol sont nommés $\alpha$ (premier carbone), $\beta$ (carbone central) et $\alpha'$ (dernier carbone) [30](#page=30). La réaction générale d'estérification est la suivante : G y é + d gras→G y é d +H S d g y é #### 7.1.2 Types de glycérides Selon le nombre d'acides gras estérifiés au glycérol, on distingue plusieurs types de glycérides : | Type de glycéride | Nombre d'acides gras | Exemple | Remarque | | :---------------- | :------------------- | :------ | :------- | | Monoglycéride | 1 | | Intermédiaire digestif, amphipathique | | Diglycéride | 2 | | Intermédiaire métabolique, amphipathique | | Triglycéride | 3 | | Graisses et huiles, très hydrophobe | On distingue également les glycérides simples (ou homogènes), où tous les acides gras sont identiques (R₁ = R₂ = R₃), des glycérides mixtes (ou hétérogènes), où les acides gras sont différents (R₁ ≠ R₂ ≠ R₃). L'acide tripalmitique est un exemple de glycérides simples, tandis que l'acide palmito-oléostéarique est un exemple de glycérides mixtes [30](#page=30). #### 7.1.3 Propriétés physiques * **Solubilité**: Les monoglycérides et les diglycérides sont amphipathiques, possédant une partie hydrophile (glycérol) et une partie hydrophobe (acides gras). Les triglycérides sont totalement hydrophobes; ils sont insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques comme l'éther ou le chloroforme [31](#page=31). * **Point de fusion**: Il dépend du type d'acides gras. Les acides gras saturés conduisent à des solides à température ambiante (graisses), tandis que les acides gras insaturés conduisent à des liquides à température ambiante (huiles) [31](#page=31). #### 7.1.4 Réactions chimiques a) **Hydrolyse acide ou enzymatique** : T g y é d +3H →G y é +3 d gras C'est une réaction naturelle observée lors de la digestion par les lipases [31](#page=31). b) **Hydrolyse alcaline (saponification)** : T g y é d +3N H→G y é +3S Cette réaction est utilisée industriellement pour la fabrication de savons [31](#page=31). #### 7.1.5 Rôles des triglycérides Les triglycérides (TG) sont les principaux lipides de stockage d'énergie dans l'organisme [31](#page=31). 1. **Rôle énergétique** : * Un gramme de triglycéride fournit environ 9 kilocalories (kcal), soit le double de l'énergie fournie par les glucides ou les protéines (environ 4 kcal/g) [31](#page=31). * Le corps stocke les TG dans le tissu adipeux [31](#page=31). * En cas de jeûne ou d'effort, les TG sont dégradés pour libérer des acides gras, qui sont oxydés pour produire de l'ATP, et du glycérol, qui peut être utilisé dans la néoglucogenèse [31](#page=31). * Le stockage des TG dans les adipocytes est une forme de stockage économique, car il n'est pas associé à de l'eau, contrairement au glycogène [31](#page=31). 2. **Rôle structurel et de protection** : * Le tissu adipeux sous-cutané agit comme isolant thermique, protégeant l'organisme contre le froid [31](#page=31). * Le tissu adipeux protège également les organes internes tels que le cœur et les reins [31](#page=31). 3. **Rôle physiopathologique** : * Un excès de triglycérides peut contribuer à l'obésité, au diabète et aux maladies cardiovasculaires [32](#page=32). * Le tissu adipeux produit également des facteurs inflammatoires, comme les cytokines [32](#page=32). #### 7.1.6 Digestion et hydrolyse des triglycérides Les triglycérides alimentaires ne sont pas absorbés directement car ils sont trop volumineux et hydrophobes. Ils doivent être hydrolysés en molécules plus simples: un monoglycéride et deux acides gras. Cette hydrolyse est réalisée par la lipase pancréatique dans l'intestin grêle [32](#page=32): T g y é d → M g y é d + G ##### 7.1.6.1 Hydrolyse dans les cellules (lipolyse) Lorsque le corps a besoin d'énergie, les triglycérides stockés dans les adipocytes sont dégradés par des réactions enzymatiques successives : 1. **ATGL (Adipose Triglyceride Lipase)** : Catalyse la première hydrolyse, libérant un acide gras et un diglycéride (DG). TG → Diglycéride (DG) + 1 AG 2. **HSL (Hormone Sensitive Lipase)** : Catalyse la seconde hydrolyse, libérant un autre acide gras et un monoglycéride (MG). DG → Monoglycéride (MG) + 1 AG 3. **MGL (Monoglycerol Lipase)** : Catalyse la troisième hydrolyse, libérant le dernier acide gras et le glycérol. MG → Glycérol + 1 AG Le résultat final de la lipolyse est la libération de trois acides gras et de glycérol [32](#page=32). ### 7.2 Les stérides (esters de cholestérol) #### 7.2.1 Définition Les stérides sont des lipides simples formés par l'estérification d'un stéroïde (tel que le cholestérol) avec un acide gras [32](#page=32). La réaction générale est : R–COOH + Ch é –OH →R–COO–Ch é + H₂ #### 7.2.2 Famille des stérènes / stéroïdes Les stérides appartiennent à la grande famille des stéroïdes, caractérisée par une structure chimique commune: le noyau stérane (ou noyau cyclopentanopérhydrophenanthrène) [33](#page=33). * **Structure du noyau stérane**: Il est constitué de quatre cycles accolés: trois cycles hexagonaux (A, B, C) et un cycle pentagonal (D). Cette structure rigide est à l'origine du mot "stéroïde" (du grec *stereos* signifiant solide) [33](#page=33). * **Présence**: Les stéroïdes sont présents chez les eucaryotes (animaux, plantes, champignons) mais absents chez les procaryotes (bactéries) [33](#page=33). ##### 7.2.2.1 Le cholestérol Le cholestérol est le stéroïde le plus important d'origine endogène chez l'homme [33](#page=33). * **Structure**: Sa formule est C₂₇H₄₆. Il possède une fonction alcool (-OH), ce qui en fait un stérol. Sa masse molaire est d'environ 386,65 g/mol [33](#page=33). * **Rôles du cholestérol** : 1. **Constituant majeur des membranes cellulaires**: Le cholestérol stabilise la fluidité et la perméabilité de la membrane cellulaire [33](#page=33). 2. **Précurseur de diverses molécules**: Il est le précurseur des acides biliaires, de la vitamine D, et des hormones stéroïdiennes [33](#page=33). * **Stérides (esters de cholestérol)**: Ces composés, formés de cholestérol estérifié avec un acide gras, sont moins hydratés et donc stockés dans des gouttelettes lipidiques [33](#page=33). --- # Dérivés du cholestérol et hormones stéroïdiennes Cette section détaille les molécules dérivées du cholestérol, incluant les acides biliaires et la vitamine D, ainsi que les principales hormones stéroïdiennes, leur origine et leurs fonctions biologiques [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36). ### 8.1 Dérivés du cholestérol #### 8.1.1 Acides biliaires Les acides biliaires sont synthétisés dans le foie à partir du cholestérol et stockés dans la vésicule biliaire. Leur fonction principale est d'émulsifier les graisses dans l'intestin, facilitant ainsi leur digestion. Il existe deux types d'acides biliaires [34](#page=34): * **Primaires:** Synthétisés directement par le foie, ils incluent l'acide cholique et l'acide chénodésoxycholique [34](#page=34). * **Secondaires:** Transformés par la flore intestinale à partir des acides biliaires primaires, ils incluent l'acide désoxycholique et l'acide lithocholique [34](#page=34). #### 8.1.2 Vitamine D La vitamine D est synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol, un dérivé du cholestérol, sous l'action des rayons ultraviolets (UV). La réaction peut être schématisée comme suit [34](#page=34): $$ \text{7-déhydrocholestérol} + \text{UV} \rightarrow \text{Vitamine D}_3 \text{ (cholécalciférol)} $$ [34](#page=34). Son rôle essentiel est la minéralisation osseuse, car elle favorise l'absorption du calcium et du phosphore [34](#page=34). ### 8.2 Hormones stéroïdiennes Une hormone est définie comme une molécule chimique produite par une glande et libérée dans le sang pour agir à distance sur d'autres organes, tel un messager chimique. Les hormones stéroïdiennes sont une classe spécifique d'hormones [35](#page=35). #### 8.2.1 Définition et origine Le terme "stéroïdienne" dérive de "stéroïde", une molécule caractérisée par sa structure dérivée du cholestérol et contenant le noyau stérane, composé de quatre cycles accolés et rigides. Par conséquent, une hormone stéroïdienne est une hormone fabriquée à partir du cholestérol et possédant une structure stéroïde. La transformation du cholestérol en différentes hormones dépend de l'enzyme présente dans la cellule [35](#page=35). #### 8.2.2 Catégories et production des hormones stéroïdiennes Les principales familles d'hormones stéroïdiennes, leur lieu de production et des exemples sont présentés dans le tableau suivant : | Famille | Lieu de production | Exemples | | :-------------------- | :---------------------- | :----------- | | Glucocorticoïdes | Glande corticosurrénale | Cortisol | | Minéralocorticoïdes | Glande corticosurrénale | Aldostérone | | Androgènes | Testicules | Testostérone | | Œstrogènes | Ovaires | Estradiol | | Progestatifs | Corps jaune (ovaire) | Progestérone | #### 8.2.3 Rôles des principales hormones stéroïdiennes ##### 8.2.3.1 Cortisol * **Famille:** Glucocorticoïde [35](#page=35). * **Production:** Corticosurrénale (partie externe des glandes surrénales) [35](#page=35). * **Rôles :** * Régulation du métabolisme du glucose: augmentation de la glycémie pour mobiliser l'énergie [35](#page=35). * Effet anti-inflammatoire: réduction des inflammations [35](#page=35). * Effet immunomodulateur: régulation de l'activité du système immunitaire [35](#page=35). > **Example:** En situation de stress, le cortisol augmente pour aider le corps à mobiliser de l'énergie [35](#page=35). ##### 8.2.3.2 Aldostérone * **Famille:** Minéralocorticoïde [36](#page=36). * **Production:** Corticosurrénale [36](#page=36). * **Rôles :** * Contrôle de la quantité de sodium (Na⁺) et de potassium (K⁺) dans le sang [36](#page=36). * Régulation de la pression artérielle [36](#page=36). > **Tip:** Une augmentation de l'aldostérone entraîne une rétention accrue de sel et d'eau par les reins, ce qui élève la tension artérielle [36](#page=36). ##### 8.2.3.3 Testostérone * **Famille:** Androgène (hormones mâles) [36](#page=36). * **Production:** Testicules [36](#page=36). * **Rôles :** * Stimulation de la spermatogenèse (formation du sperme) [36](#page=36). * Favorisation de la croissance musculaire et osseuse (effet anabolique) [36](#page=36). * Responsable des caractères sexuels secondaires masculins (voix grave, pilosité, etc.) [36](#page=36). > **Tip:** La testostérone est la principale hormone masculine [36](#page=36). ##### 8.2.3.4 Estradiol * **Famille:** Œstrogènes (hormones féminines) [36](#page=36). * **Production:** Ovaires [36](#page=36). * **Rôles :** * Développement des caractères sexuels secondaires féminins [36](#page=36). * Stimulation de l'épaississement de l'endomètre (muqueuse utérine) pour accueillir un embryon [36](#page=36). * Détermination des caractères sexuels externes et internes féminins (voix, seins, répartition des graisses, etc.) [36](#page=36). > **Tip:** L'estradiol est l'hormone féminine dominante durant la phase folliculaire du cycle menstruel [36](#page=36). ##### 8.2.3.5 Progestérone * **Famille:** Progestatifs [36](#page=36). * **Production:** Corps jaune de l'ovaire (après l'ovulation) [36](#page=36). * **Rôles :** * Préparation de l'utérus à la nidation (implantation de l'embryon) [36](#page=36). * Maintien de la grossesse en bloquant l'ovulation [36](#page=36). > **Tip:** En l'absence de progestérone, l'endomètre se détache, ce qui entraîne la menstruation [36](#page=36). --- # Lipides complexes : glycérophospholipides et sphingolipides Les lipides complexes sont des composants essentiels des membranes biologiques, caractérisés par la présence d'acides gras et d'autres groupes chimiques tels que le phosphate ou les sucres, et se divisent principalement en glycérophospholipides et sphingolipides [38](#page=38). ### 9.1 Les glycérophospholipides #### 9.1.1 Structure et composition Les glycérophospholipides constituent la catégorie la plus importante de lipides complexes chez l'homme et sont les principaux formateurs de la bicouche lipidique des membranes cellulaires. Leur structure de base est l'acide phosphatidique, qui se compose de [38](#page=38): 1. **Glycérol:** Un squelette à trois carbones (C1, C2, C3) [38](#page=38). 2. **Deux acides gras:** Un acide gras, souvent saturé, fixé sur C1, et un acide gras, souvent insaturé, fixé sur C2 [38](#page=38). 3. **Acide phosphorique:** Fixé sur C3 [38](#page=38). La structure peut être schématisée comme suit : C1 —O —CO —R1 (acide gras saturé) C2 —O —CO —R2 (acide gras insaturé) C3 —O —P O₃²⁻ (groupement phosphate) [38](#page=38). #### 9.1.2 Formation et amphiphilie L'ajout d'un alcool (HO–X) à l'acide phosphatidique, qui se fixe sur le groupe phosphate, donne naissance à un glycérophospholipide. Ces molécules sont **amphiphiles**, possédant [40](#page=40): * Une **tête polaire hydrophile**: composée du glycérophosphate et de l'alcool, elle interagit avec l'eau [40](#page=40) [43](#page=43). * Une **queue apolaire hydrophobe**: constituée des deux chaînes d'acides gras, elle se repousse de l'eau [40](#page=40) [43](#page=43). > **Tip :** L'amphiphilie est la propriété clé qui permet aux glycérophospholipides de s'auto-assembler en bicouche lipidique dans un environnement aqueux, formant la structure fondamentale des membranes cellulaires. #### 9.1.3 Organisation en bicouche lipidique Dans un milieu aqueux, les glycérophospholipides s'organisent spontanément : 1. Les têtes hydrophiles s'orientent vers l'extérieur et l'intérieur de la cellule, en contact avec l'eau [44](#page=44). 2. Les queues hydrophobes se regroupent au centre de la membrane, à l'abri de l'eau, créant une zone hydrophobe [44](#page=44). Cette organisation forme la **bicouche lipidique**, une structure essentielle aux membranes biologiques [44](#page=44). #### 9.1.4 Diversité des glycérophospholipides La nature du groupement alcool fixé sur le phosphate détermine les propriétés et le nom du glycérophospholipide [40](#page=40): * **Phosphatidylcholine (lécithine):** Contient la choline. Joue un rôle dans les membranes et le transport des lipides [40](#page=40). * **Phosphatidyléthanolamine (céphaline):** Contient l'éthanolamine. Présente dans les membranes et le cerveau [40](#page=40). * **Phosphatidylsérine:** Contient la sérine (un acide aminé). Impliquée dans la signalisation cellulaire, notamment l'apoptose [40](#page=40). * **Phosphatidylinositol:** Contient l'inositol (un sucre cyclique). Important dans la transmission du signal cellulaire [40](#page=40). * **Phosphatidylglycérol:** Contient du glycérol. Trouvé dans les membranes mitochondriales [40](#page=40). * **Cardiolipine:** Composée de deux acides phosphatidiques liés par du glycérol. Spécifique de la membrane interne des mitochondries [40](#page=40). ### 9.2 Les sphingolipides #### 9.2.1 Définition et structure de base Les sphingolipides sont des lipides complexes qui ne contiennent pas de glycérol dans leur structure de base. Leur squelette est dérivé de la **sphingosine**, un amino-dialcool à 18 carbones. La sphingosine possède [44](#page=44): * Une fonction amine (–NH₂) qui peut se lier à un acide gras [44](#page=44). * Deux fonctions alcool (–OH): un alcool primaire sur C1 et un alcool secondaire sur C3 [44](#page=44). * Une longue chaîne hydrocarbonée avec une double liaison trans, conférant rigidité et forme linéaire [44](#page=44). #### 9.2.2 Formation du céramide La formation d'un **céramide** est la première étape de la synthèse des sphingolipides. Elle résulte de la liaison d'un acide gras à la fonction amine (–NH₂) de la sphingosine via une **liaison amide** [45](#page=45). * Réaction: Sphingosine (–NH₂) + Acide gras (R–COOH) → Céramide (R–CO–NH–Sphingosine) + H₂O [45](#page=45). Cette liaison amide est très stable et résistante chimiquement, ce qui est crucial pour la fonction des membranes et de la barrière cutanée [45](#page=45). > **Tip :** La liaison amide (–CONH–) se forme par la réaction d'un groupe carboxyle (–COOH) d'un acide et d'un groupe amine (–NH₂) d'une autre molécule, avec libération d'eau. #### 9.2.3 Les sphingophospholipides (sphingomyélines) Les sphingophospholipides sont des sphingolipides où un **acide phosphorique**, éventuellement lié à un alcool (comme la choline ou l'éthanolamine), est attaché au groupe –OH du C1 du céramide via une liaison ester phosphorique [46](#page=46). * **Sphingomyéline:** Le sphingolipide le plus courant, composé de céramide + phosphate + choline [46](#page=46). * **Localisation et rôle:** Très présentes dans la membrane plasmique, notamment dans les cellules nerveuses, et abondantes dans la gaine de myéline qui isole les axones des neurones, facilitant la protection et la conduction nerveuse [46](#page=46). * **Enzymologie:** La sphingomyélinase hydrolyse la liaison ester phosphorique, dégradant la sphingomyéline en céramide et phosphate. Un déficit de cette enzyme peut entraîner l'accumulation de sphingomyéline, conduisant à des maladies lysosomales rares comme la maladie de Niemann-Pick [46](#page=46). #### 9.2.4 Les sphingoglycolipides Ces sphingolipides sont caractérisés par la liaison d'un ou plusieurs sucres (oses) au niveau du carbone 1 du céramide, et ils ne contiennent pas de phosphate [47](#page=47). * **Cérébrosides:** Contiennent un seul ose (par exemple, galactocérébroside, glucocérébroside). On les trouve principalement dans le tissu nerveux et les membranes [47](#page=47). * **Gangliosides (ou oligosylcéramides):** Contiennent plusieurs oses (de 2 à 20), souvent incluant un acide sialique (comme le N-acétylneuraminique, NANA). Ils sont particulièrement abondants dans les membranes neuronales du cerveau [47](#page=47). ##### 9.2.4.1 Structure et fonction des gangliosides La structure d'un ganglioside comprend un céramide lié à une chaîne glucidique complexe, pouvant inclure du D-galactose, D-glucose, N-acétyl-D-galactosamine, N-acétyl-D-glucosamine, L-fucose et de l'acide sialique [47](#page=47). Leurs fonctions principales sont : * **Reconnaissance cellulaire:** Essentiels pour la communication intercellulaire et l'identification des cellules par le système immunitaire [47](#page=47). * **Récepteurs:** Peuvent servir de points d'entrée pour certaines toxines ou virus [47](#page=47). > **Example :** Le ganglioside GM1 est un récepteur important dans la reconnaissance neuronale et est utilisé par la toxine cholérique pour pénétrer dans les cellules. --- # Protéines : définition, structure et classification Les protéines sont des macromolécules biologiques essentielles, constituées de chaînes d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques, dont la structure tridimensionnelle spécifique est cruciale pour leur fonction [48](#page=48). ### 10.1 Définition et importance des protéines Les protéines sont des macromolécules biologiques fondamentales, composées de longues chaînes d'acides aminés (AA) reliés par des liaisons peptidiques. Elles sont présentes dans tous les organismes vivants, à l'exception des virus qui ne possèdent pas toujours de protéines fonctionnelles propres. Les protéines représentent environ 50 % du poids sec de la cellule et sont caractérisées par une diversité extrême, jouant des rôles vitaux dans la structure et la dynamique cellulaire [48](#page=48). | Rôle | Exemple | Fonction principale | | :---------------- | :-------------------------------------- | :------------------------------------------------------------------------ | | Structurale | Collagène | Charpente des tissus (peau, os, tendons) | | Transport | Hémoglobine | Transport de l'oxygène dans le sang | | Protection/Défense| Anticorps | Reconnaissance et neutralisation des agents étrangers | | Mouvement | Actine et myosine | Contraction musculaire | | Régulation | Récepteurs hormonaux, facteurs de transcription | Contrôle des signaux hormonaux et de l'expression des gènes | | Catalyse (enzymatique) | Enzymes | Accélération des réactions biochimiques | Une protéine est une macromolécule constituée de plus de 50 acides aminés, tandis qu'un peptide en contient moins. L'insuline, avec 51 AA, se situe à la limite entre un peptide et une protéine. L'hémoglobine, par exemple, est composée d'environ 574 acides aminés [48](#page=48). ### 10.2 Structure des protéines Les protéines adoptent une structure tridimensionnelle bien définie, appelée conformation, indispensable à leur activité biologique. On distingue quatre niveaux de structure: primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire . #### 10.2.1 Structure primaire La structure primaire correspond à la séquence unique d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique, ainsi qu'à la présence de ponts disulfure. Cette séquence est déterminée génétiquement par l'ADN. Elle débute à l'extrémité N-terminale . #### 10.2.2 Structure secondaire La structure secondaire décrit le repliement local de la chaîne d'acides aminés, stabilisé par des liaisons hydrogènes entre les groupements amide (-NH) et carbonyle (-CO) du squelette peptidique. Les deux structures secondaires principales sont : * **Hélice α:** La chaîne polypeptidique s'enroule en une structure hélicoïdale. Les chaînes latérales des AA sont dirigées vers l'extérieur. La structure est stabilisée par des liaisons hydrogènes intramoléculaires entre l'oxygène d'un groupement carboxylique (-C=O) et l'hydrogène d'un groupement aminé (-NH) . * **Feuillet β:** Formée par l'association d'au moins deux brins β, stabilisée par des liaisons hydrogènes entre le radical -CO d'un brin et le radical -NH d'un brin adjacent. Les brins peuvent être antiparallèles ou parallèles . #### 10.2.3 Structure tertiaire La structure tertiaire représente la conformation tridimensionnelle complète de la protéine. Elle peut intégrer des régions en hélice α, feuillet β, ou être mixte. Cette structure est essentielle à la fonctionnalité de la protéine, notamment pour la formation du site actif des enzymes. Les chaînes latérales hydrophiles sont généralement orientées vers l'extérieur, tandis que les chaînes latérales hydrophobes se regroupent à l'intérieur, formant un cœur hydrophobe. La stabilisation est assurée par : * **Liaisons covalentes:** Ponts disulfure entre résidus cystéine . * **Liaisons non covalentes:** Liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes et ioniques . #### 10.2.4 Structure quaternaire La structure quaternaire décrit l'association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (appelées sous-unités) pour former une protéine active . * **Homopolymères:** Sous-unités identiques . * **Hétéropolymères:** Sous-unités différentes . L'hémoglobine A est un exemple d'hétérotétramère, composé de quatre sous-unités différentes (2α et 2β) . ### 10.3 Propriétés physico-chimiques des protéines #### 10.3.1 Propriétés physiques * **Solubilité:** La plupart des protéines sont solubles dans l'eau, ce sont les protéines globulaires. Les protéines insolubles dans l'eau sont des scléroprotéines, également appelées protéines fibreuses . * **Cristallisation:** Les protéines peuvent être cristallisées en ajustant le pH, la concentration saline et en utilisant des solvants organiques qui réduisent leur solubilité . * **Propriétés optiques:** Les protéines sont optiquement actives. Elles absorbent la lumière UV à 280 nm, principalement en raison de la présence de résidus aromatiques. La réaction du Biuret, qui donne un complexe coloré en violet avec les ions cuivriques en milieu alcalin, permet le dosage des protéines du sang (absorbance maximale à 540 nm) . * **Masse moléculaire (MM):** Chaque protéine a une masse moléculaire caractéristique, qui doit être supérieure à 6000 daltons (Da). La chromatographie par gel-filtration est une méthode courante pour déterminer la MM, en séparant les protéines selon leur taille sur un gel de dextranes . #### 10.3.2 Propriétés chimiques Les protéines contiennent principalement les éléments C, H, O, N et souvent S. La majorité des protéines naturelles sont formées à partir des 20 acides aminés standards, bien que des acides aminés dérivés comme l'hydroxyproline et l'hydroxylysine, issus de modifications post-traductionnelles, soient présents, notamment dans le collagène pour la stabilisation des fibres . ##### 10.3.2.1 Caractère amphotère Les protéines sont amphotères, c'est-à-dire qu'elles peuvent se comporter comme un acide (donneur de H⁺) ou une base (accepteur de H⁺). L'ionisation des protéines provient de divers groupes chimiques : * **Extrémités de la chaîne peptidique:** Groupement carboxyle terminal (-COOH / COO⁻, acide) et groupement amine terminal (-NH₂ / NH₃⁺, basique) . * **Chaînes latérales des acides aminés:** Groupements acides (-COOH pour Asp, Glu) et basiques (-NH₂ pour Lys, Arg, His). D'autres groupements polaires incluent -OH (Tyr, Ser) et -SH (Cys) . Le **point isoélectrique (pI)** est le pH auquel la protéine a une charge nette globale nulle. À ce pH, la protéine ne migre pas dans un champ électrique (électrophorèse) et est souvent moins soluble, ce qui peut entraîner sa précipitation . > **Tip:** Les protéines sont révélées par coloration au bleu de Coomassie après électrophorèse . ### 10.4 Propriétés biologiques des protéines Les protéines présentent des propriétés antigéniques, induisant la synthèse d'anticorps. Elles possèdent également diverses activités biologiques spécifiques, telles que la catalyse enzymatique, le rôle d'hormones (ex: GH, EPO) et peuvent être des toxines (ex: exotoxines bactériennes). Il existe également des protéines à activité antibiotique, comme VanX . ### 10.5 Classification des protéines Les protéines sont principalement classées en holoprotéines et hétéroprotéines. #### 10.5.1 Holoprotéines Les holoprotéines sont exclusivement composées d'acides aminés . * **Holoprotéines globulaires solubles:** Ces protéines sphéroïdes sont solubles dans l'eau grâce à l'orientation des chaînes latérales hydrophobes vers l'intérieur. Elles comprennent la majorité des protéines fonctionnelles, telles que les enzymes, hormones et anticorps . * **Albumines:** Représentent 60 % des protéines sériques, jouant un rôle majeur dans le maintien de la pression oncotique et le transport de diverses substances. La pression oncotique retient l'eau dans les vaisseaux sanguins, maintenant l'équilibre hydrique et prévenant la formation d'œdèmes . * **Globulines:** Protéines globulaires solubles dans le sérum sanguin, représentant environ 40 % des protéines sériques. Elles sont impliquées dans le transport de molécules, la défense immunitaire, la coagulation et la réponse inflammatoire. Elles sont classées selon leur mobilité électrophorétique : | Fraction | Principales protéines | Fonctions principales | | :------------- | :------------------------------------------------------ | :---------------------------------------------------------------- | | α₁-globulines | α₁-antitrypsine, transcortine, HDL | Inhibition enzymatique, transport des hormones et lipides | | α₂-globulines | Haptoglobine, céruloplasmine, α₂-macroglobuline | Transport du fer et du cuivre, défense contre les protéases | | β-globulines | Transferrine, complément C3, LDL | Transport du fer, participation à la réponse immunitaire | | γ-globulines | Immunoglobulines (anticorps) | Défense immunitaire spécifique | > **Example:** L'électrophorèse sur gel d'agarose sépare les protéines sériques selon leur mobilité électrophorétique . #### 10.5.2 Hétéroprotéines Les hétéroprotéines sont composées d'une partie protéique et d'une partie non protéique (groupement prosthétique) . * **Phosphoprotéines:** Protéine liée à un groupement phosphorique par une liaison ester sur la sérine et/ou thréonine (ex: caséine du lait) . * **Nucléoprotéines:** Complexe formé par une protéine (apoprotéine) et un acide nucléique (ADN ou ARN) (ex: télomérase) . * **Glycoprotéines:** Protéines liées de façon covalente à un glucide. La glycosylation peut se faire sur l'azote d'un résidu asparagine (N-glycosylation) ou sur l'hydroxyle d'un résidu sérine ou thréonine (O-glycosylation). Elles sont localisées dans les membranes cellulaires, le plasma et les tissus conjonctifs. Exemples: mucines (protection des épithéliums), immunoglobulines (défense immunitaire), glycoprotéines des groupes sanguins (déterminent les groupes sanguins A, B, O) . * **Lipoprotéines:** Complexes protéines-lipides qui transportent les lipides insolubles dans le plasma sanguin. Elles sont classées en 5 classes selon leur composition et densité: Chylomicrons, VLDL, IDL, LDL, HDL . * **Chromoprotéines:** Protéines associées à un pigment coloré . --- # Acides aminés : structure, classification et propriétés Les acides aminés sont les unités structurales fondamentales des protéines, caractérisés par une structure de base comportant un carbone central alpha, une fonction amine, une fonction carboxylique, un atome d'hydrogène et une chaîne latérale R variable [49](#page=49). ### 11.1 Structure fondamentale d'un acide aminé La structure générale d'un acide aminé est la suivante : H | NH₂ —C —COOH | R * **Fonction amine (NH₂)**: Basique, capable de capter un proton (H⁺), souvent appelée extrémité N-terminale [49](#page=49). * **Fonction carboxylique (COOH)**: Acide, capable de libérer un proton (H⁺), souvent appelée extrémité C-terminale [49](#page=49). * **Atome d'hydrogène (H)**: Attaché au carbone central [49](#page=49). * **Chaîne latérale (R)**: Variable, détermine l'identité et les propriétés de l'acide aminé [49](#page=49). * **Carbone alpha (Cα)**: Relié aux quatre éléments ci-dessus; il est chiral sauf dans la glycine où R=H. La chiralité du Cα rend la plupart des acides aminés optiquement actifs [49](#page=49) [71](#page=71). ### 11.2 Nombre et catégories d'acides aminés Il existe plus de 300 acides aminés connus, mais seuls 20 sont standards ou protéinogènes, car ils sont codés par l'ADN et incorporés dans les protéines lors de la traduction. Les autres sont non protéinogènes [49](#page=49). #### 11.2.1 Acides aminés essentiels L'organisme ne peut pas les synthétiser et ils doivent être apportés par l'alimentation. Leur manque bloque la synthèse protéique. Les 8 acides aminés essentiels (parfois 10, incluant Arg et His comme semi-essentiels) sont [50](#page=50): * 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). #### 11.2.2 Acides aminés non essentiels L'organisme peut les synthétiser à partir d'autres métabolites. Les acides aminés non essentiels sont [50](#page=50): * 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). ### 11.3 Rôles métaboliques des acides aminés Outre la constitution des protéines, les acides aminés ont diverses fonctions : * **Structurelle**: Constituent les protéines [51](#page=51). * **Énergétique**: Peuvent être dégradés pour fournir de l'énergie ou former du glucose (néoglucogenèse) [51](#page=51). * **Métabolique/Précurseurs**: Synthèse d'autres molécules importantes [51](#page=51). * **Signalisation/Récepteurs**: Rôle direct dans la communication cellulaire [51](#page=51). ### 11.4 Classification selon la structure de la chaîne latérale (R) #### 11.4.1 Acides aminés aliphatiques neutres (non polaires) Ces acides aminés ont une chaîne latérale R composée uniquement de carbone et d'hydrogène, formant des chaînes saturées ou cycliques. Ils sont hydrophobes et se placent généralement à l'intérieur des protéines pour éviter le contact avec l'eau [51](#page=51). ##### 11.4.1.1 Acides aminés aliphatiques simples * **Glycine (Gly, G)** : * R = H [51](#page=51). * C'est l'acide aminé le plus simple et le seul non chiral au niveau de son carbone alpha, car celui-ci est lié à deux atomes d'hydrogène [49](#page=49) [71](#page=71). * Sa petite taille permet une grande flexibilité aux protéines, trouvant souvent sa place dans les coudes des structures protéiques [51](#page=51). * **Alanine (Ala, A)** : * R = CH₃ (groupe méthyle) [51](#page=51). * Elle est petite et hydrophobe [51](#page=51). * Intervient dans le cycle alanine entre le muscle et le foie [51](#page=51). ##### 11.4.1.2 Acides aminés aliphatiques ramifiés Leur chaîne carbonée se divise en plusieurs branches, les rendant volumineuses et très hydrophobes [52](#page=52). * **Valine (Val, V)**: R = –CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Leucine (Leu, L)**: R = –CH₂–CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Isoleucine (Ile, I)**: R = –CH(CH₃)–CH₂–CH₃ [52](#page=52). ##### 11.4.1.3 Autres acides aminés non polaires * **Méthionine (Met, M)**: Contient du soufre dans un groupe thioéther; neutre et hydrophobe [55](#page=55) [68](#page=68). * **Proline (Pro, P)**: Unique par sa structure cyclique imino, conférant une rigidité à la protéine [66](#page=66) [68](#page=68). * **Phénylalanine (Phe, F)**: Possède un cycle benzénique (phényle); très hydrophobe [64](#page=64) [68](#page=68). * **Tryptophane (Trp, W)**: Possède un groupe indole (double cycle aromatique); volumineux et hydrophobe [65](#page=65) [68](#page=68). #### 11.4.2 Acides aminés hydroxylés (polaires non ionisables) Leur chaîne latérale (R) contient un groupe hydroxyle (–OH), les rendant polaires et hydrophiles [53](#page=53) [69](#page=69). * **Sérine (Ser, S)** : * R contient un groupe hydroxyle sur un carbone primaire [53](#page=53). * Hydrophile, peut former des liaisons hydrogène [53](#page=53). * Le groupe –OH peut être phosphorylé, un mécanisme clé dans la régulation de l'activité enzymatique et la signalisation cellulaire. La sérine est souvent le site de phosphorylation par des kinases comme ATM [53](#page=53) [54](#page=54). * **Thréonine (Thr, T)**: Contient un groupe hydroxyle [69](#page=69). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Contient un groupe phénol (cycle benzénique + –OH); participe à la signalisation cellulaire par phosphorylation [64](#page=64) [65](#page=65) [69](#page=69). #### 11.4.3 Acides aminés soufrés (polaires non ionisables/ionisables selon le groupe) Leur chaîne latérale contient un atome de soufre, leur conférant une grande réactivité chimique [55](#page=55). * **Cystéine (Cys, C)** : * R contient un groupement thiol (–SH) [55](#page=55). * Le groupe thiol est très réactif et peut former un pont disulfure (–S–S–) avec une autre cystéine, créant de la cystine [55](#page=55). * Les ponts disulfures stabilisent la structure tridimensionnelle des protéines [55](#page=55). * **Méthionine (Met, M)**: Contient un groupe thioéther (–S–CH₃); peu réactif. Elle est souvent le premier acide aminé de toute protéine [56](#page=56). #### 11.4.4 Acides aminés acides et leurs amides (polaires ionisables) Ces acides aminés possèdent un groupement carboxyle supplémentaire (–COOH) ou un amide dérivé (–C=O NH₂) dans leur chaîne latérale [57](#page=57). * **Acide aspartique (Asp, D)** : * Possède deux groupes carboxyles: un sur le carbone alpha et un dans la chaîne latérale R [57](#page=57). * Chargé négativement à pH physiologique (acide) [70](#page=70). * Participe à la synthèse de l'urée dans le cycle de l'urée [57](#page=57) [59](#page=59) [60](#page=60). * Impliqué dans les réactions de transamination [58](#page=58). * **Acide glutamique (Glu, E)**: Similaire à l'acide aspartique, mais avec une chaîne latérale plus longue. Chargé négativement à pH physiologique [57](#page=57) [70](#page=70). * **Asparagine (Asn, N)**: Amide dérivé de l'acide aspartique. Soluble, sert au transport de l'azote [60](#page=60) [69](#page=69). * **Glutamine (Gln, Q)**: Amide dérivé de l'acide glutamique. Sert au transport de l'azote [60](#page=60) [69](#page=69). #### 11.4.5 Acides aminés basiques (polaires ionisables) Ils possèdent une seconde fonction basique (amine ou groupement guanidyle) sur leur chaîne latérale, les rendant fortement positifs à pH physiologique [61](#page=61) [70](#page=70). * **Lysine (Lys, K)** : * R contient une fonction ε-amino (epsilon) fortement basique [61](#page=61). * Participe aux protéines structurales comme le collagène [61](#page=61). * Peut subir une hydroxylation post-traductionnelle pour former la 5-hydroxylysine, essentielle à la stabilité du collagène [62](#page=62). * **Arginine (Arg, R)** : * Sa chaîne latérale contient un groupement guanidyle, très basique et portant une charge positive même à pH élevé [63](#page=63). * C'est l'un des acides aminés les plus basiques [63](#page=63). * Semi-essentiel [50](#page=50). * Précurseur de l'urée dans le cycle de l'urée [63](#page=63). * Transformée en oxyde nitrique (NO), un important messager cellulaire [63](#page=63). * **Histidine (His, H)** : * R contient un groupement imidazole [62](#page=62). * Le groupement imidazole peut gagner ou perdre un proton, agissant comme un tampon biologique proche du pH physiologique [62](#page=62). * Semi-essentiel [50](#page=50). * Souvent impliquée dans les sites actifs des enzymes [62](#page=62). #### 11.4.6 Acides aminés aromatiques Leur chaîne latérale contient un cycle benzénique, les rendant stables chimiquement, capables d'absorber les UV, et souvent hydrophobes [64](#page=64). * **Phénylalanine (Phe, F)**: Contient un cycle benzénique (groupement phényle). Essentiel [50](#page=50) [64](#page=64). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Identique à la phénylalanine mais avec un groupe hydroxyle sur le cycle benzénique. Semi-essentiel. Précurseur d'hormones thyroïdiennes, de catécholamines (adrénaline, dopamine) et de mélanine [50](#page=50) [65](#page=65). * **Tryptophane (Trp, W)**: Contient un groupement indole (double cycle aromatique avec un atome d'azote). Essentiel [50](#page=50) [65](#page=65). #### 11.4.7 Acides imino * **Proline (Pro, P)** : * Unique, le groupe amine primaire de son carbone alpha est lié à sa chaîne latérale R pour former un cycle [66](#page=66). * Le groupe amine devient secondaire, d'où le terme "acide imino" [66](#page=66). * Sa structure cyclique rigide est essentielle pour la structure du collagène [66](#page=66). * Peut subir une hydroxylation post-traductionnelle en présence de vitamine C [66](#page=66). ### 11.5 Classification basée sur la polarité La polarité d'un acide aminé dépend de la répartition des charges électriques dans sa molécule, influençant sa solubilité dans l'eau [67](#page=67). * **Non polaire (hydrophobe)**: Pas de charge, insoluble dans l'eau. Exemples: Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp, Gly [67](#page=67) [68](#page=68). * **Polaire non ionisable (hydrophile)**: Présence de groupes polaires (–OH, –SH, –C NH₂) mais sans charge nette; soluble, forme des liaisons hydrogène. Exemples: Ser, Thr, Tyr, Cys, Asn, Gln [67](#page=67) [69](#page=69). * **Polaire ionisable**: Charge électrique positive ou négative selon le pH; très soluble [67](#page=67). * Acides (chargés négativement à pH physiologique): Asp, Glu [70](#page=70). * Basiques (chargés positivement à pH physiologique): Lys, Arg, His [70](#page=70). ### 11.6 Propriétés physico-chimiques des acides aminés #### 11.6.1 Chiralité et isomérie * **Carbone asymétrique (Cα*)**: Généralement le carbone alpha, lié à quatre groupes différents [71](#page=71). * **Exception: Glycine**: Son Cα est lié à deux hydrogènes, elle n'est donc pas chirale [71](#page=71). * **Énantiomères L et D**: Les acides aminés chiraux existent sous deux formes miroirs non superposables: L (le plus courant chez les êtres vivants) et D. La notation D/L indique la configuration spatiale par rapport au glycéraldéhyde, tandis que +/– indique le sens de rotation de la lumière polarisée. Les systèmes enzymatiques biologiques sont généralement chiraux et reconnaissent spécifiquement les formes L [71](#page=71) [72](#page=72). #### 11.6.2 Pouvoir rotatoire La capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée [72](#page=72). * **Dextrogyre (+)**: Fait tourner vers la droite (sens horaire) [72](#page=72). * **Lévogyre (–)**: Fait tourner vers la gauche (sens antihoraire) [72](#page=72). #### 11.6.3 Absorption des UV Les acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp) absorbent la lumière UV (260-280 nm) en raison de leurs cycles aromatiques. Cette propriété permet de doser la concentration en protéines dans une solution par spectrophotométrie [72](#page=72). #### 11.6.4 Amphotérie et Zwitterion * **Amphotère**: Capable d'agir comme un acide et comme une base, grâce à ses groupes carboxylique et amine ionisables [74](#page=74). * **Zwitterion**: À pH neutre, l'acide aminé porte à la fois une charge positive (sur le groupe amine –NH₃⁺) et une charge négative (sur le groupe carboxyle –COO⁻), résultant en une charge globale nulle [74](#page=74). #### 11.6.5 Points isoélectriques (pHi) et comportement en fonction du pH * **pKa**: Le pH auquel 50% d'un groupement ionisable est déprotoné. Chaque groupe ionisable (–COOH, –NH₃⁺, chaînes latérales ionisables) a un pKa spécifique [75](#page=75). * **pHi (Point isoélectrique)**: Le pH auquel un acide aminé est majoritairement sous forme zwitterionique (charge globale nulle). Il est calculé comme la moyenne des pKa des groupes ionisables de l'acide aminé [75](#page=75). * **Relation pH/charge** : * pH < pHi: L'acide aminé est cationique (charge positive) [75](#page=75). * pH = pHi: L'acide aminé est zwitterionique (charge nulle) [75](#page=75). * pH > pHi: L'acide aminé est anionique (charge négative) [75](#page=75). Cette propriété est fondamentale pour la séparation des acides aminés par électrophorèse, où leur migration dépend de leur charge nette à un pH donné [75](#page=75). #### 11.6.6 Réactions chimiques des fonctions carbonées et aminées * **Décarboxylation**: Perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de CO₂, catalysée par des décarboxylases. Transforme un acide aminé en une amine biologiquement active, comme l'histidine en histamine [76](#page=76). * **Amidation**: Formation d'une liaison amide entre un groupe carboxyle et un groupe amine, formant la liaison peptidique essentielle à la synthèse des protéines [76](#page=76). * **Estérification**: Réaction entre un acide carboxylique et un alcool, formant un ester. Utile pour protéger les groupes COOH durant les synthèses complexes [77](#page=77). * **Déshydrogénation**: Perte du groupe amine (–NH₂) et d'hydrogène, catalysée par des déshydrogénases. Transforme un acide aminé en un acide α-cétonique. Les acides α-cétoniques peuvent entrer dans le cycle de Krebs pour produire de l'énergie, contribuer au bilan azoté, ou servir de précurseurs biosynthétiques [77](#page=77) [78](#page=78). * **Transamination**: Transfert réversible d'un groupe amine d'un acide aminé à un acide α-cétonique, catalysé par des transaminases avec le coenzyme PLP (vitamine B6). Permet de synthétiser des acides aminés sans perte d'azote [78](#page=78). --- # Peptides : formation, nomenclature et méthodes d'analyse Un peptide est une petite molécule composée d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, dont la structure et la séquence peuvent être déterminées par diverses méthodes analytiques [96](#page=96). ### 12.1 Formation de la liaison peptidique Un acide aminé (AA) est caractérisé par un groupement amine (–NH₂), un groupement acide carboxylique (–COOH), un carbone alpha (α) lié à un hydrogène (H), et un radical R variable. La liaison peptidique se forme lors de la réaction de condensation entre le groupement –COOH d'un premier acide aminé et le groupement –NH₂ d'un second acide aminé, avec élimination d'une molécule d'eau (H₂O) [96](#page=96). * **Nature de la liaison peptidique:** Il s'agit d'une liaison covalente forte, plane et rigide due à un phénomène de résonance. Elle relie l'atome de carbone du groupe carbonyle (C=O) du premier AA à l'atome d'azote (N) du groupe amine du second AA [96](#page=96). * **Directionnalité des peptides:** Les peptides possèdent une extrémité N-terminale (avec un –NH₂ libre) et une extrémité C-terminale (avec un –COOH libre). Leur séquence est lue de l'extrémité N vers l'extrémité C [96](#page=96). * **Orientation des radicaux R:** Les radicaux R des différents acides aminés sont alternés de part et d'autre de la chaîne peptidique, ce qui contribue à la stabilité et à la structure tridimensionnelle du peptide [97](#page=97). ### 12.2 Nomenclature des peptides La nomenclature des peptides suit l'ordre de succession des acides aminés de l'extrémité N-terminale à l'extrémité C-terminale. Les acides aminés engagés dans la chaîne (sauf le dernier) voient leur suffixe "-ine" ou "-ate" remplacé par "-yl" [97](#page=97) [99](#page=99). * **Classification par taille :** * Dipeptide: 2 acides aminés [97](#page=97). * Tripeptide: 3 acides aminés [97](#page=97). * Tétrapeptide: 4 acides aminés [97](#page=97). * Oligopeptide: Moins de 10 acides aminés [97](#page=97). * Polypeptide: Entre 10 et 100 acides aminés [97](#page=97) [99](#page=99). * Protéine: Plus de 100 acides aminés [97](#page=97). **Exemple:** Alanine + Glycine + Tyrosine → Alanyl–Glycyl–Tyrosine [99](#page=99). ### 12.3 Fonctions et exemples de peptides Les peptides peuvent avoir diverses fonctions biologiques, notamment comme hormones (insuline, vasopressine, LH, FSH), antibiotiques, ou neurotransmetteurs [99](#page=99). ### 12.4 Détermination de la composition et de la séquence des peptides Pour caractériser un peptide, il est essentiel de déterminer deux choses: sa composition en acides aminés (nature et proportion) et sa séquence (ordre des acides aminés) [100](#page=100). #### 12.4.1 Détermination de la composition en acides aminés ##### 12.4.1.1 Hydrolyse acide * **Principe:** La liaison peptidique est rompue par hydrolyse en milieu acide fort, libérant les acides aminés constitutifs [100](#page=100). * **Conditions:** Acide chlorhydrique (HCl) concentré (6 mol/L), chauffé à 110 °C pendant 24 à 48 heures [100](#page=100). * **Précautions :** * **Ponts disulfure (S–S):** Doivent être préalablement rompus par oxydation (ex: acide performique) ou réduction (ex: β-mercaptoéthanol, DTT) [100](#page=100). * **Tryptophane (Trp):** Fragile en milieu acide fort et chaud; il est souvent détruit [100](#page=100). ##### 12.4.1.2 Hydrolyse alcaline * **Principe:** Permet de libérer les acides aminés sans détruire le tryptophane . * **Conditions:** Soude (NaOH) à 100 °C pendant 4 à 8 heures . * **Application:** Souvent utilisée en combinaison avec l'hydrolyse acide pour une analyse complète . ##### 12.4.1.3 Séparation des acides aminés : Chromatographie échangeuse d'ions Les acides aminés libérés sont séparés en fonction de leur charge électrique à un pH donné, utilisant une colonne échangeuse d'ions . ##### 12.4.1.4 Révélation et dosage : Réaction à la ninhydrine La ninhydrine réagit avec le groupe amine libre des acides aminés pour former un composé coloré (violet, jaune pour la proline), permettant leur visualisation et quantification par spectrophotométrie UV . #### 12.4.2 Détermination de l'acide aminé N-terminal L'identification de l'acide aminé N-terminal (celui ayant un groupe amine libre) est la première étape avant la détermination complète de la séquence . ##### 12.4.2.1 Méthode de Sanger * **Principe:** Marquage du groupe amine libre du N-terminal avec du 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB), aussi appelé réactif de Sanger . * **Étapes :** 1. **Marquage:** Réaction du DNFB avec le groupe –NH₂ du N-terminal pour former un dérivé DNF–peptide, jaune . 2. **Hydrolyse acide:** Rupture des liaisons peptidiques dans des conditions acides (HCl, 110 °C, 24-48h) . 3. **Séparation et Identification:** Le composé DNF–AA obtenu est séparé par chromatographie et identifié par comparaison avec des standards . ##### 12.4.2.2 Méthode au chlorure de Dansyl (méthode de Gray) * **Principe:** Marquage du N-terminal avec le chlorure de dansyl (DANS–Cl), produisant un dérivé fluorescent . * **Avantages:** Plus sensible et le produit final est fluorescent sous UV (vert-jaune) . * **Étapes :** 1. **Marquage:** Réaction du DANS–Cl avec le groupe –NH₂ du N-terminal en milieu alcalin . 2. **Hydrolyse acide:** Rupture des liaisons peptidiques (HCl, 110 °C, 18-24h) . 3. **Séparation et Identification:** Le DANS–AA fluorescent est identifié par chromatographie . #### 12.4.3 Détermination de la séquence complète : Méthode d'Edman * **Principe:** Permet de dériver séquentiellement les acides aminés un par un à partir de l'extrémité N-terminale, sans détruire le reste de la chaîne. Le processus est cyclique, permettant de lire plusieurs acides aminés . * **Réactif:** Phénylisothiocyanate (PITC), aussi appelé réactif d'Edman . * **Étapes :** 1. **Marquage du N-terminal:** Le PITC réagit avec le groupe –NH₂ du premier acide aminé en milieu légèrement alcalin (pH ≈9) pour former un PTC–peptide . 2. **Cyclisation et libération:** Le PTC–peptide est traité en milieu acide faible (pH ≈3), ce qui provoque la libération du premier acide aminé sous forme de dérivé cyclique appelé PTH–AA. Le peptide restant est raccourci d'un acide aminé (n-1) . 3. **Identification du PTH–AA:** Le dérivé PTH–AA est identifié par chromatographie ou spectrométrie de masse . 4. **Répétition du cycle:** Le processus est répété sur le peptide raccourci pour identifier le second, puis le troisième acide aminé, et ainsi de suite . #### 12.4.4 Méthodes enzymatiques ##### 12.4.4.1 Aminopeptidases (Exopeptidases agissant sur le N-terminal) Ces enzymes hydrolysent la première liaison peptidique à partir de l'extrémité N-terminale, libérant progressivement les acides aminés dans l'ordre . ##### 12.4.4.2 Carboxypeptidases (Exopeptidases agissant sur le C-terminal) Ces enzymes agissent sur l'extrémité C-terminale, libérant le dernier acide aminé. Les carboxypeptidases A et B sont utilisées pour identifier différents types d'acides aminés C-terminaux . ##### 12.4.4.3 Hydrazinolyse * **Principe:** L'hydrazine (NH₂–NH₂) attaque toutes les liaisons peptidiques, rompant la chaîne . * **Résultat:** Tous les acides aminés sont transformés en hydrazides, sauf le C-terminal qui conserve son groupe –COOH libre et reste intact. L'identification du C-terminal se fait ensuite par chromatographie ou d'autres méthodes analytiques . ##### 12.4.4.4 Fragmentation à l'aide d'endopeptidases * **Principe:** Des enzymes spécifiques (trypsine, chymotrypsine, pepsine, thermolysine) coupent la chaîne polypeptidique à des sites précis, déterminés par la nature des acides aminés . * **Objectif:** Réduire la taille des peptides trop longs pour faciliter leur séquençage par d'autres méthodes (comme la méthode d'Edman) . ##### 12.4.4.5 Fragmentation chimique : Bromure de cyanogène (BrCN) * **Principe:** Le BrCN coupe spécifiquement les liaisons peptidiques situées après la méthionine (Met) . * **Résultat:** Obtention de fragments dont le premier se termine par un dérivé de méthionine et le second commence par l'acide aminé suivant la méthionine. Cette méthode permet de fragmenter la chaîne et d'identifier des positions spécifiques . --- ## 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 | |------|------------| | Terme | Définition | | Filiation des aldoses | Ensemble de réactions chimiques permettant de relier les oses entre eux en fonction de leur nombre d'atomes de carbone, autorisant l'allongement ou le raccourcissement de la chaîne carbonée et établissant une relation généalogique entre les différents oses. | | Aldose | Monosaccharide possédant un groupe fonctionnel aldéhyde (CHO) en position terminale de sa chaîne carbonée. Ces sucres se caractérisent par une formule générale où le nombre de carbones de la chaîne est spécifié (par exemple, aldopentose pour un aldose à cinq carbones). | | D-érythrose | Exemple de petit sucre de base, classé comme un aldose, possédant quatre atomes de carbone. Sa structure comporte un groupe aldéhyde (CHO) en position supérieure, suivi d'une chaîne de trois carbones substitués par des groupes hydroxyle (OH). | | Synthèse de Kiliani-Fischer | Procédé chimique utilisé pour allonger la chaîne carbonée des aldoses. Cette synthèse implique l'ajout de cyanure d'hydrogène (HCN) au groupe aldéhyde, suivi d'une hydrolyse et d'une réduction, aboutissant à un nouvel aldose comportant un carbone supplémentaire. | | Acide aldonic | Acide dérivé d'un aldose, obtenu lors de la synthèse de Kiliani-Fischer par l'hydrolyse du groupe cyano (-CN) en groupe acide carboxylique (-COOH). Ce produit intermédiaire possède une chaîne carbonée allongée par rapport à l'aldose de départ. | | Épimères | Sucres diastéréoisomères qui diffèrent seulement par la configuration stéréochimique d'un seul atome de carbone asymétrique, généralement adjacent au carbone du groupe carbonyle. Dans le contexte de la synthèse de Kiliani-Fischer, l'obtention de deux épimères résulte de l'addition du HCN sur le carbone aldéhydique. | | Cétose | Monosaccharide possédant un groupe fonctionnel cétone (C=O) à l'intérieur de sa chaîne carbonée. L'élongation de la chaîne des cétoses peut également être réalisée par des mécanismes similaires à ceux des aldoses, bien que la réaction initiale concerne le carbone du groupe cétone. | | Cyclisation des oses | Processus par lequel les formes linéaires des oses, en solution aqueuse, se transforment en structures cycliques par formation d'hémiacétals, où un groupe hydroxyle d'un carbone attaque le carbone du carbonyle. | | Hémiacétal | Groupe fonctionnel formé par la réaction d'un aldéhyde ou d'une cétone avec un alcool sur la même molécule, résultant de la cyclisation des oses. | | Pyranose | Cycle de sucre formé lorsque le groupe hydroxyle du carbone 5 (C5) attaque le carbone du carbonyle, résultant en un cycle à six atomes (cinq carbones et un oxygène). | | Furanose | Cycle de sucre formé lorsque le groupe hydroxyle du carbone 4 (C4) attaque le carbone du carbonyle, résultant en un cycle à cinq atomes (quatre carbones et un oxygène). | | Projection de Haworth | Représentation schématique tridimensionnelle simplifiée des cycles des sucres, où le cycle est dessiné comme un anneau presque plat avec les substituants positionnés vers le haut ou vers le bas. | | Carbone anomérique | Le carbone qui était à l'origine le carbone du carbonyle (C1 pour un aldose) et qui devient un nouveau centre stéréogénique après la cyclisation, portant le groupe hydroxyle anomérique. | | Forme α (alpha) | Configuration de l'ose cyclisé où le groupe hydroxyle sur le carbone anomérique est orienté vers le bas dans la projection de Haworth. | | Forme β (bêta) | Configuration de l'ose cyclisé où le groupe hydroxyle sur le carbone anomérique est orienté vers le haut dans la projection de Haworth. | | Conformation chaise | Une des deux conformations spatiales possibles (avec la conformation bateau) que prennent les cycles des oses en solution, considérée comme la plus stable et celle sous laquelle se présentent la plupart des oses naturels. | | Conformation bateau | Une des deux conformations spatiales possibles (avec la conformation chaise) que prennent les cycles des oses en solution. | | Oxydation | Réaction chimique où une molécule perd des électrons. Dans le cas des oses, cela peut concerner la fonction carbonyle ou les fonctions alcool, conduisant à la formation d'acides ou d'autres dérivés. | | Oxydation douce | Oxydation sélective qui affecte uniquement le groupement aldéhyde (–CHO) d'un aldose, le transformant en acide carboxylique (–COOH) sans altérer les fonctions alcool. | | Oxydation forte | Oxydation vigoureuse utilisant un oxydant puissant, qui peut transformer à la fois le groupement aldéhyde (–CHO) en acide carboxylique (–COOH) et un alcool primaire en acide carboxylique (–COOH). | | Oxydation enzymatique | Réaction d'oxydation catalysée par une enzyme spécifique, telle que la glucose oxydase (GOD), qui agit de manière ciblée sur une molécule comme le glucose. | | Réduction | Réaction chimique où une molécule gagne des électrons. Pour les oses, cela implique généralement l'addition d'hydrogène, transformant la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) en fonction alcool. | | Condensation | Réaction où deux molécules se lient en perdant une petite molécule comme l'eau. Dans le cas des oses, elle permet la formation de liaisons glycosidiques entre sucres ou avec d'autres groupements. | | Liaison glycosidique | Liaison covalente formée entre deux oses ou entre un ose et une autre molécule, résultant généralement de la réaction de condensation entre une fonction hydroxyle et le carbone anomérique. | | Holoside | Glucide constitué uniquement de sucres liés entre eux par des liaisons glycosidiques, comme les disaccharides, oligosaccharides ou polysaccharides. | | Hétéroside | Glucide composé d'un sucre lié à une autre famille de molécules organiques, comme un alcool, un phénol (O-hétéroside) ou une base azotée (N-hétéroside). | | Esterification | Réaction de formation d'un ester, impliquant la combinaison d'un alcool (ou d'une fonction hydroxyle d'un ose) avec un acide, avec élimination d'une molécule d'eau. | | Déshydratation des oses | Réaction où une molécule d'eau est éliminée d'un ose, généralement sous l'action d'un acide fort et de chaleur, conduisant souvent à la formation de produits cycliques ou aromatiques comme le furfural. | | Composé réducteur | Substance capable de céder des électrons lors d'une réaction d'oxydo-réduction. Les aldoses sont considérés comme des agents réducteurs car leur groupement aldéhyde peut être oxydé. | | Composé oxydant | Substance capable de capter des électrons lors d'une réaction d'oxydo-réduction. Les sels de métaux lourds comme le cuivre (Cu²⁺) ou l'argent (Ag⁺) peuvent agir comme oxydants doux pour les oses. | | Furfural | Composé aromatique obtenu par déshydratation des pentoses en milieu acide fort et chaud, caractérisé par un cycle à cinq atomes contenant un atome d'oxygène. | | Hydroxyméthylfurfural (HMF) | Composé aromatique obtenu par déshydratation des hexoses en milieu acide fort et chaud, similaire au furfural mais avec un groupement hydroxyméthyle supplémentaire. | | Acide aldarique | Produit d'oxydation forte d'un aldose, où les fonctions aldéhyde et alcool primaire aux extrémités de la chaîne carbonée sont transformées en fonctions acide carboxylique. | | Polyol | Composé organique contenant plusieurs fonctions alcool (hydroxyle). Les oses sont réduits en polyols. | | Oside | Molécule glucidique complexe résultant de l'hydrolyse, libérant des oses ou un ose et une molécule non glucidique (aglycone). Les osides se composent de liaisons osidiques entre leurs unités. | | Liaison osidique | Liaison covalente formée entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle (–OH) d'un autre ose, ou d'une aglycone, dans le cas des hétérosides. | | Sucre réducteur | Glucide possédant une fonction hémiacétalique libre, qui peut réduire les sels métalliques en milieu alcalin. Ces sucres peuvent exister sous formes anomériques α ou β. | | Sucre non réducteur | Glucide dont la fonction hémiacétalique est engagée dans une liaison osidique, ce qui l'empêche de réduire les sels métalliques. Aucun carbone anomérique n'est libre dans ces molécules. | | Oligoside | Polysaccharide composé de 2 à 10 unités d'oses liées entre elles. Le maltose, le saccharose et le lactose sont des exemples d'oligosides. | | Polyoside (Polysaccharide) | Glucide complexe de grande taille, formé par la condensation de nombreuses unités d'oses (souvent plusieurs centaines ou milliers) reliées par des liaisons O-glycosidiques. | | Homopolyside | Type d'oside composé d'un seul type d'ose. L'amidon, le glycogène et la cellulose sont des exemples d'homopolysides, se distinguant par leur structure et leur rôle. | | Hétéroglycoside (Hétéroside) | Molécule formée d'une partie glucidique (ose ou oside) et d'une partie non glucidique, l'aglycone. La liaison entre ces deux parties est covalente et peut être de différents types (O-, N-, C-, S-glycosidique). | | Aglycone | Partie non glucidique d'un hétéroside, à laquelle le(s) ose(s) est/sont lié(s) par une liaison osidique. Les aglycones peuvent être des lipides, des protéines, des bases azotées, etc. | | Lipides | Composés organiques principalement formés de carbone, hydrogène et oxygène, caractérisés par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires. Ils sont généralement constitués d'acides gras et d'un alcool. | | Caractère hydrophobe | Propriété des lipides de ne pas interagir avec les molécules d'eau en raison de leur nature non polaire, ce qui explique leur insolubilité dans l'eau mais leur solubilité dans les solvants non polaires. | | Acides gras | Longues chaînes d'atomes de carbone terminées par un groupe acide (-COOH). Ils constituent une partie fondamentale de la structure de nombreux lipides. | | Alcool | Composé organique contenant un ou plusieurs groupes hydroxyle (-OH). Dans la formation des lipides, le glycérol est un alcool fréquemment utilisé, tout comme les alcools à longue chaîne et les stérols. | | Ester | Composé chimique formé par la réaction entre un acide gras et un alcool, impliquant la perte d'une molécule d'eau. Les esters constituent la base chimique de nombreux lipides, tels que les graisses et les huiles. | | Glycérides | Lipides simples résultant de la liaison d'acides gras avec le glycérol. Ils peuvent être mono-, di- ou triacylglycérols, et servent principalement de réserve d'énergie dans l'organisme. | | Cérides (ou Cires) | Lipides simples formés par la réaction d'un acide gras avec un alcool à longue chaîne. Ils jouent un rôle de protection et d'imperméabilisation, comme les cires cutanées ou végétales. | | Stérides (ou Esters de cholestérol) | Lipides formés par la réaction d'un acide gras avec un stérol, tel que le cholestérol. Ils sont impliqués dans le stockage et le transport du cholestérol et se retrouvent dans les membranes cellulaires. | | Lipides complexes | Lipides contenant, outre le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, d'autres éléments comme le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont souvent des constituants essentiels des membranes cellulaires. | | Glycérophospholipides | Lipides complexes composés de glycérol, de deux acides gras, d'un groupe phosphate et potentiellement d'un composé azoté. Ils sont fondamentaux pour la structure des membranes cellulaires. | | Sphingolipides | Lipides complexes constitués d'une base appelée sphingosine, d'un acide gras et parfois d'un groupement phosphate. Ils sont particulièrement présents dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline. | | Glycolipides | Lipides complexes formés par l'association d'un lipide avec un glucide. Ils sont localisés à la surface des membranes cellulaires et jouent un rôle clé dans la reconnaissance et la communication intercellulaire. | | Amphiphiles | Qualifie les molécules possédant à la fois une partie hydrophile (affinité pour l'eau) et une partie hydrophobe (repulsion de l'eau). Les phospholipides et glycolipides sont des exemples typiques de lipides amphiphiles. | | Acide gras | Molécule constituée d'une fonction acide carboxylique (-COOH), qui est la partie polaire et hydrophile, et d'un radical R, qui est une longue chaîne carbonée aliphatique et hydrophobe. | | Acide gras saturé | Acide gras dont la chaîne carbonée ne contient aucune double liaison carbone-carbone ; elle est entièrement saturée en hydrogène. Ces acides gras ont une structure linéaire et sont généralement solides à température ambiante. | | Acide gras insaturé | Acide gras qui possède au moins une double liaison carbone-carbone dans sa chaîne carbonée. La présence de ces doubles liaisons rend la chaîne coudée et diminue le point de fusion, les rendant liquides à température ambiante. | | Acide gras mono-insaturé (AGMI) | Acide gras insaturé ne possédant qu'une seule double liaison carbone-carbone dans sa chaîne. La double liaison se situe fréquemment entre les carbones 9 et 10. | | Acide gras poly-insaturé (AGPI) | Acide gras insaturé comportant plusieurs doubles liaisons carbone-carbone dans sa chaîne. Ces doubles liaisons sont séparées par un ou plusieurs groupements méthylène (-CH₂-). | | Configuration cis | Configuration d'une double liaison carbone-carbone où les deux atomes d'hydrogène attachés aux carbones de la double liaison sont du même côté. Cette configuration induit un coudage dans la chaîne de l'acide gras. | | Configuration trans | Configuration d'une double liaison carbone-carbone où les deux atomes d'hydrogène attachés aux carbones de la double liaison sont de part et d'autre. Cette configuration rend la chaîne plus linéaire, ressemblant à celle des acides gras saturés. | | Hydrophilie | Affinité pour l'eau. La partie hydrophile d'une molécule, comme le groupement carboxyle (-COOH) d'un acide gras, est polaire et peut interagir favorablement avec les molécules d'eau. | | Hydrophobie | Répulsion de l'eau. La partie hydrophobe d'une molécule, comme la chaîne carbonée R d'un acide gras, est apolaire et tend à s'associer avec d'autres chaînes hydrophobes. | | Point de fusion | Température à laquelle une substance passe de l'état solide à l'état liquide. Pour les acides gras, il est influencé par la longueur de la chaîne carbonée et le degré d'insaturation. | | Savon | Sel alcalin d'un acide gras, formé par la réaction d'un acide gras avec une base forte comme le NaOH ou le KOH. Les savons sont amphiphiles, ayant une tête hydrophile et une queue hydrophobe, ce qui leur permet de nettoyer. | | Estérification | Réaction chimique entre un acide gras et un alcool, formant un ester et de l'eau. Les triglycérides, principaux constituants des graisses, sont formés par l'estérification du glycérol avec trois acides gras. | | Hydrogénation | Réaction chimique au cours de laquelle de l'hydrogène (H₂) est ajouté sur les doubles liaisons d'un acide gras insaturé, le transformant en acide gras saturé. Cette réaction est utilisée pour solidifier les huiles végétales. | | Glycéride | Esters formés par la réaction entre le glycérol, un triol contenant trois groupes hydroxyles (-OH), et un ou plusieurs acides gras. Il existe sous forme de monoglycérides, diglycérides et triglycérides. | | Monoglycéride | Glycéride résultant de l'estérification d'un seul acide gras avec le glycérol. Ce sont des intermédiaires digestifs et métaboliques, présentant une nature amphipathique. | | Diglycéride | Glycéride résultant de l'estérification de deux acides gras avec le glycérol. Similaire aux monoglycérides, ils sont considérés comme des intermédiaires métaboliques et sont amphipathiques. | | Triglycéride | Glycéride formé par l'estérification des trois groupes hydroxyles du glycérol avec des acides gras. Ils constituent la principale forme de stockage d'énergie sous forme de graisses et huiles, et sont typiquement très hydrophobes. | | Hydrolyse | Réaction chimique qui rompt une liaison par l'addition d'une molécule d'eau. Dans le contexte des glycérides, elle permet de séparer le glycérol des acides gras, que ce soit par hydrolyse acide, enzymatique (digestion) ou alcaline (saponification). | | Saponification | Hydrolyse alcaline d'un ester, typiquement d'un triglycéride, qui produit un sel d'acide gras (savon) et du glycérol. C'est une réaction utilisée industriellement pour la fabrication de savons. | | Lipolyse | Processus métabolique par lequel les triglycérides stockés dans les adipocytes sont dégradés en acides gras et glycérol pour fournir de l'énergie à l'organisme. Ce processus est catalysé par des lipases spécifiques. | | Stérides | Lipides simples formés par l'estérification d'un stérol (comme le cholestérol) avec un acide gras. Ils sont moins polaires que les stérols libres et sont généralement stockés dans des gouttelettes lipidiques. | | Stérol | Lipide complexe caractérisé par une structure d'anneau caractéristique appelée noyau stérane. Le cholestérol est un exemple important de stérol, essentiel à la structure membranaire et précurseur de nombreuses molécules bioactives. | | Noyau stérane | Structure chimique fondamentale des stéroïdes, composée de quatre cycles fusionnés : trois cycles hexagonaux (A, B, C) et un cycle pentagonal (D). Cette structure rigide est caractéristique de toute la famille des stéroïdes. | | Cholestérol | Stérol majeur présent chez les animaux, dont la formule est `$C_{27}H_{46}$`. Il est un constituant essentiel des membranes cellulaires, contribuant à leur stabilité et fluidité, et sert de précurseur aux acides biliaires, à la vitamine D et aux hormones stéroïdes. | | Membrane cellulaire | Barrière biologique qui délimite la cellule, régulant le passage des substances. Le cholestérol est un composant lipidique important qui stabilise et module la fluidité de la membrane plasmique chez les eucaryotes. | | Acides biliaires | Molécules synthétisées dans le foie à partir du cholestérol, stockées dans la vésicule biliaire. Leur rôle principal est d'émulsifier les graisses dans l'intestin, facilitant ainsi leur digestion. On distingue les acides biliaires primaires, fabriqués directement par le foie (acide cholique, acide chénodésoxycholique), et les secondaires, transformés par la flore intestinale (acide désoxycholique, acide lithocholique). | | Vitamine D | Molécule synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l'action des rayons ultraviolets. La forme la plus courante est la vitamine D3 (cholécalciférol). Elle joue un rôle essentiel dans la minéralisation osseuse en favorisant l'absorption du calcium et du phosphore par l'organisme. | | Hormone | Molécule chimique produite par une glande endocrine et libérée dans la circulation sanguine pour agir à distance sur des organes cibles spécifiques. Elle agit comme un messager chimique, régulant diverses fonctions physiologiques, telles que la croissance, le métabolisme ou la reproduction. | | Hormone stéroïdienne | Hormone dont la structure moléculaire est dérivée du cholestérol. Elle possède un noyau stérane, composé de quatre cycles accolés et rigides, qui confère sa spécificité à la molécule. Ces hormones sont produites par des glandes spécifiques et jouent des rôles variés dans l'organisme. | | Glucocorticoïdes | Famille d'hormones stéroïdiennes produites par la glande corticosurrénale. L'exemple le plus connu est le cortisol, qui régule le métabolisme du glucose, possède des propriétés anti-inflammatoires et immunomodulatrices, aidant le corps à mobiliser de l'énergie en situation de stress. | | Minéralocorticoïdes | Famille d'hormones stéroïdiennes, telles que l'aldostérone, produites par la corticosurrénale. Elles contrôlent la concentration de sodium ($Na^+$) et de potassium ($K^+$) dans le sang et régulent la pression artérielle en influençant la rétention d'eau par les reins. | | Androgènes | Groupe d'hormones stéroïdiennes, souvent appelées hormones mâles, dont la testostérone est l'exemple principal. Produites par les testicules chez l'homme, elles stimulent la spermatogenèse, favorisent la croissance musculaire et osseuse, et sont responsables des caractères sexuels secondaires masculins. | | Œstrogènes | Famille d'hormones stéroïdiennes, telles que l'œstradiol, principalement produites par les ovaires chez la femme. Elles jouent un rôle crucial dans le développement des caractères sexuels secondaires féminins, la préparation de l'endomètre à la nidation et la régulation du cycle menstruel. | | Progestatifs | Classe d'hormones stéroïdiennes, dont la progestérone est l'exemple type. Elles sont produites par le corps jaune de l'ovaire après l'ovulation et sont essentielles pour préparer l'utérus à l'implantation d'un embryon et maintenir la grossesse en inhibant l'ovulation. | | Acide phosphatidique | Molécule formée d'un squelette de glycérol sur lequel sont fixés deux acides gras (en C1 et C2) et un groupement phosphate (en C3), précurseur des glycérophospholipides. | | Amphiphile | Qualité d'une molécule possédant à la fois une partie hydrophile (qui attire l'eau) et une partie hydrophobe (qui repousse l'eau), caractéristique des glycérophospholipides qui forment la bicouche lipidique. | | Bicouche lipidique | Organisation spontanée des glycérophospholipides en milieu aqueux, où les têtes hydrophiles sont orientées vers l'eau et les queues hydrophobes se regroupent au centre, formant ainsi la structure fondamentale des membranes cellulaires. | | Sphingosine | Amino-dialcool à 18 carbones qui constitue le squelette des sphingolipides, caractérisé par une double liaison trans, une fonction amine et deux fonctions alcool. | | Céramide | Molécule résultant de la liaison d'un acide gras à la fonction amine de la sphingosine par une liaison amide, constituant de base des sphingolipides. | | Sphingophospholipides (Sphingomyélines) | Sphingolipides composés d'un céramide auquel sont liés un groupement phosphate et un alcool (comme la choline), présents dans les membranes plasmiques et les gaines de myéline. | | Sphingoglycolipides | Sphingolipides formés d'un céramide lié à un ou plusieurs sucres au niveau du carbone 1, dépourvus de phosphate. Ils se subdivisent en cérébrosides et gangliosides. | | Cérébrosides | Sphingoglycolipides contenant un seul sucre (ose) lié au céramide, principalement trouvés dans le tissu nerveux. | | Gangliosides | Sphingoglycolipides contenant plusieurs sucres (oses), dont souvent un acide sialique, liés au céramide. Ils jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire et sont abondants dans les neurones. | | Acide aminé (AA) | Unité de base constituante des protéines, caractérisé par une chaîne latérale spécifique qui lui confère ses propriétés. Les protéines sont formées de longues chaînes d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. | | Anticorps | Protéines produites par les lymphocytes B, qui jouent un rôle essentiel dans la défense immunitaire en reconnaissant et en neutralisant les agents pathogènes ou les substances étrangères. Ils sont également appelés immunoglobulines. | | Caractère amphotère | Propriété d'une molécule, comme les protéines, de pouvoir se comporter à la fois comme un acide (donneur de proton H⁺) et comme une base (accepteur de proton H⁺), en raison de la présence de groupes chimiques ionisables dans sa structure. | | Catalyse enzymatique | Activité de certaines protéines, appelées enzymes, qui accélèrent spécifiquement les réactions biochimiques dans les organismes vivants sans être consommées elles-mêmes. Elles sont cruciales pour le métabolisme cellulaire. | | Cellule | Unité fondamentale de la vie, les protéines étant des macromolécules biologiques essentielles présentes dans toutes les formes de vie et constituant une part importante du poids sec cellulaire. | | Chaîne peptidique | Longue chaîne formée par l'enchaînement d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. C'est la structure de base qui constitue les peptides et les protéines. | | Chromoprotéines | Hétéroprotéines dont la partie non protéique (groupement prosthétique) est un pigment coloré, conférant ainsi une couleur spécifique à la molécule. Elles jouent des rôles variés, notamment dans le transport de l'oxygène (hémoglobine). | | Conformation | Structure tridimensionnelle spécifique et bien définie qu'adopte une protéine dans l'espace. Cette conformation est indispensable à son activité biologique et dépend des interactions entre ses acides aminés. | | Cristallisation | Processus par lequel les molécules de protéines s'organisent de manière ordonnée pour former une structure cristalline. Ce phénomène peut être favorisé en ajustant le pH, la concentration saline et en utilisant des solvants organiques. | | Électrophorèse | Technique d'analyse utilisée pour séparer les molécules chargées, comme les protéines, en fonction de leur mobilité dans un champ électrique. La vitesse de migration dépend de la charge et de la taille de la protéine. | | Enzyme | Protéine qui agit comme un catalyseur biologique, accélérant ainsi les réactions chimiques nécessaires à la vie. Elles sont hautement spécifiques de leurs substrats. | | Hélice α | Structure secondaire courante des protéines, où la chaîne polypeptidique s'enroule en une structure hélicoïdale stable grâce à des liaisons hydrogènes internes entre les groupements amide et carbonyle du squelette peptidique. | | Hémoglobine | Protéine globulaire présente dans les globules rouges du sang, dont la fonction principale est le transport de l'oxygène des poumons vers les tissus et du dioxyde de carbone des tissus vers les poumons. Elle est composée de quatre sous-unités. | | Hétéroprotéines | Protéines complexes composées d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique appelée groupement prosthétique. Les groupements prosthétiques peuvent être variés (lipides, glucides, groupements phosphoriques, etc.). | | Holoprotéines | Protéines simples entièrement constituées d'acides aminés, sans aucune autre composante chimique. Elles peuvent être globulaires ou fibreuses. | | Liaison hydrogène | Liaison faible mais importante qui se forme entre un atome d'hydrogène lié à un atome électronégatif (comme l'oxygène ou l'azote) et un autre atome électronégatif à proximité. Ces liaisons stabilisent les structures secondaires des protéines (hélice α, feuillet β). | | Liaison peptidique | Liaison covalente formée entre le groupement carboxyle (-COOH) d'un acide aminé et le groupement amine (-NH₂) d'un autre acide aminé, avec élimination d'une molécule d'eau. C'est le lien fondamental qui unit les acides aminés dans une protéine. | | Lipoprotéines | Complexes formés par des protéines et des lipides, qui sont essentiels pour le transport des lipides insolubles dans le plasma sanguin et leur distribution aux différents tissus de l'organisme. Elles sont classées selon leur densité. | | Macromolécule | Très grande molécule, souvent un polymère, composée de nombreuses unités répétitives plus petites. Les protéines, les glucides, les lipides et les acides nucléiques sont des exemples de macromolécules biologiques. | | Masse moléculaire (MM) | Poids caractéristique d'une protéine, généralement exprimé en Daltons (Da). Les protéines ont une masse moléculaire qui doit être supérieure à 6000 Da. | | Nucléoprotéines | Hétéroprotéines constituées d'une protéine spécifique (apoprotéine) liée à un acide nucléique (ADN ou ARN). Elles jouent des rôles cruciaux dans la régulation génétique et la maintenance des chromosomes. | | Poids moléculaire | Terme souvent utilisé de manière interchangeable avec masse moléculaire, représentant la masse d'une molécule exprimée en Daltons (Da). | | Polymère | Grande molécule constituée par la répétition de sous-unités plus petites, appelées monomères, reliées par des liaisons chimiques. Les protéines sont des polymères d'acides aminés. | | Pression oncotique | Pression osmotique exercée par les protéines plasmatiques, principalement l'albumine, dans le sang. Elle contribue à maintenir l'équilibre hydrique entre le sang et les tissus en retenant l'eau dans les vaisseaux sanguins. | | Protéine | Macromolécule biologique complexe et fonctionnelle, essentielle à la vie, constituée d'une ou plusieurs chaînes d'acides aminés liées par des liaisons peptidiques. Les protéines remplissent une multitude de fonctions dans les organismes vivants. | | Protéines fibreuses | Catégorie de protéines insolubles dans l'eau, caractérisées par des structures allongées et résistantes. Elles jouent souvent des rôles structuraux importants, comme le collagène dans les tissus conjonctifs ou la kératine dans les cheveux et les ongles. | | Protéines globulaires | Protéines généralement solubles dans l'eau, ayant une forme sphéroïde ou compacte. Les chaînes latérales hydrophobes sont dirigées vers l'intérieur, tandis que les chaînes latérales hydrophiles sont exposées à l'extérieur, favorisant leur solubilité. | | Séquence d'acides aminés | L'ordre spécifique des acides aminés dans une chaîne polypeptidique. Cette séquence, déterminée génétiquement, est appelée structure primaire et est fondamentale pour la structure tridimensionnelle et la fonction de la protéine. | | Structure primaire | Correspond à la séquence linéaire des acides aminés dans une protéine, reliés par des liaisons peptidiques. Elle est déterminée par le code génétique et commence au niveau du groupement amine N-terminal. | | Structure quaternaire | Organisation spatiale résultant de l'assemblage de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine active et fonctionnelle. Ces sous-unités peuvent être identiques (homopolymères) ou différentes (hétéropolymères). | | Structure secondaire | Repliements locaux réguliers de la chaîne polypeptidique, stabilisés par des liaisons hydrogènes. Les formes les plus courantes sont l'hélice α et le feuillet β. | | Structure tertiaire | Conformation tridimensionnelle complète d'une seule chaîne polypeptidique, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés. Cette structure englobe les hélices α, les feuillets β et les régions non structurées, et est essentielle à la fonction protéique. | | Sous-unité | Une des chaînes polypeptidiques individuelles qui composent une protéine possédant une structure quaternaire. Les sous-unités peuvent être identiques ou différentes. | | Télomère | Extrémité des chromosomes linéaires qui protège le matériel génétique lors de la division cellulaire. La télomérase est une enzyme (nucléoprotéine) qui assure l'élongation des télomères. | | Triplet de nucléotides | Séquence de trois bases azotées dans une molécule d'ADN ou d'ARN qui code pour un acide aminé spécifique lors de la synthèse des protéines (traduction). Il est également appelé codon. | | VLDL (Very Low Density Lipoprotein) | Type de lipoprotéine de très basse densité, principalement impliqué dans le transport des triglycérides du foie vers les tissus périphériques. | | Vitesse de migration | La rapidité à laquelle une protéine se déplace dans un champ électrique lors d'une électrophorèse. Elle est influencée par la charge nette de la protéine, sa taille et la viscosité du milieu. | | Zone ionique | La partie de la molécule d'une protéine qui porte une charge électrique due à l'ionisation de ses groupes fonctionnels. L'ensemble des zones ioniques confère à la protéine une charge globale qui varie avec le pH. | | Acide aminé | Molécule organique fondamentale constituant les protéines, caractérisée par la présence simultanée d'une fonction amine (–NH₂) et d'une fonction acide carboxylique (–COOH) liées à un atome de carbone central (carbone α). | | Carbone α (alpha) | Le carbone central d'un acide aminé, auquel sont liés le groupe amine, le groupe carboxyle, un atome d'hydrogène et la chaîne latérale (R), sauf dans le cas de la glycine. | | Chaîne latérale (R) | Le groupement variable attaché au carbone α d'un acide aminé, déterminant ses propriétés spécifiques et différenciant un acide aminé d'un autre. | | Chirali té | Propriété d'une molécule, comme la plupart des acides aminés (sauf la glycine), d'exister sous deux formes images dans un miroir (énantiomères L et D) qui ne sont pas superposables. | | Proté inogène (standard) | Un des 20 acides aminés utilisés par l'organisme humain pour synthétiser des protéines, et dont l'information est codée dans l'ADN. | | Acides aminés essentiels | Acides aminés que l'organisme ne peut pas synthétiser et qui doivent donc être apportés par l'alimentation pour permettre la synthèse protéique. | | Acides aminés non essentiels | Acides aminés que l'organisme est capable de synthétiser lui-même à partir d'autres composés métaboliques. | | Acides aminés polaires | Acides aminés dont la chaîne latérale possède des groupements capables de former des liaisons hydrogène avec l'eau, les rendant hydrophiles. Ils peuvent être ionisables ou non ionisables. | | Acides aminés non polaires | Acides aminés dont la chaîne latérale est principalement constituée de carbone et d'hydrogène, les rendant hydrophobes et tendant à se regrouper à l'intérieur des protéines. | | Pont disulfure | Liaison covalente formée entre les atomes de soufre de deux résidus de cystéine dans une protéine, contribuant à stabiliser sa structure tridimensionnelle. | | Zwitterion | Une molécule, telle qu'un acide aminé en milieu neutre, qui porte à la fois une charge positive et une charge négative mais dont la charge globale est neutre. | | Amphotérie | Propriété d'une substance, comme les acides aminés, de pouvoir agir à la fois comme un acide (donneur de protons) et comme une base (accepteur de protons) selon le pH du milieu. | | Point isoélectrique (pHi) | Le pH auquel un acide aminé possède une charge nette nulle, est majoritairement sous forme zwitterionique et ne migre pas dans un champ électrique. | | Pouvoir rotatoire | Capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée, propriété liée à la chiralité de la molécule. La déviation peut être vers la droite (+) ou vers la gauche (–). | | Décarboxylation | Réaction chimique catalysée par une enzyme (décarboxylase) qui entraîne la perte d'un groupe carboxyle sous forme de dioxyde de carbone (CO₂), transformant un acide aminé en amine. | | Transamination | Réaction chimique où un groupe amine (–NH₂) est transféré d'un acide aminé à un acide cétonique, catalysée par des transaminases, permettant de synthétiser de nouveaux acides aminés. | | Peptide | Une petite molécule constituée de plusieurs acides aminés reliés bout à bout par des liaisons peptidiques. Il possède une extrémité N-terminale avec un groupe amine libre et une extrémité C-terminale avec un groupe carboxyle libre. | | Radical R | La chaîne latérale d'un acide aminé, qui varie d'un acide aminé à l'autre et qui confère ses propriétés spécifiques à chaque acide aminé. | | Extrémité N-terminale | L'extrémité d'un peptide qui porte un groupement amine libre (–NH₂) appartenant au premier acide aminé de la chaîne. | | Extrémité C-terminale | L'extrémité d'un peptide qui porte un groupement carboxyle libre (–COOH) appartenant au dernier acide aminé de la chaîne. | | Dipeptide | Peptide formé par la liaison de deux acides aminés via une liaison peptidique. | | Oligopeptide | Peptide composé d'un petit nombre d'acides aminés, généralement moins de 10. | | Polypeptide | Chaîne de peptides formée par la liaison de nombreux acides aminés entre eux par des liaisons peptidiques, généralement plus de 10. | | Hydrolyse acide | Réaction chimique utilisant un acide fort et de l'eau pour rompre les liaisons peptidiques d'un peptide, libérant ainsi les acides aminés constitutifs. | | Hydrolyse alcaline | Réaction chimique utilisant une base forte et de l'eau pour rompre les liaisons peptidiques d'un peptide, souvent utilisée pour préserver des acides aminés sensibles comme le tryptophane. | | Chromatographie d'échange d'ions | Technique de séparation qui utilise la différence de charge électrique des acides aminés à différents pH pour les séparer et les identifier dans une colonne d'échange d'ions. | | Réaction à la ninhydrine | Réaction chimique entre la ninhydrine et le groupe amine libre des acides aminés, produisant une couleur violette (ou jaune pour la proline) permettant leur visualisation et leur dosage. | | Méthode de Sanger | Méthode chimique permettant d'identifier le premier acide aminé N-terminal d'un peptide en le marquant avec le 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB) avant hydrolyse. | | DNFB (1-fluoro-2,4-dinitrobenzène) | Réactif utilisé dans la méthode de Sanger pour marquer spécifiquement le groupe amine libre de l'acide aminé N-terminal d'un peptide, lui conférant une couleur jaune. | | Chlorure de dansyl (DANS-Cl) | Réactif utilisé dans la méthode de Dansyl pour marquer le groupe amine libre de l'acide aminé N-terminal d'un peptide. Le composé résultant (DANS-AA) est fluorescent sous UV. | | Méthode de Dansyl (ou méthode de Gray) | Méthode sensible et fluorescente pour identifier l'acide aminé N-terminal d'un peptide, impliquant le marquage avec le chlorure de dansyl suivi d'une hydrolyse acide et d'une séparation chromatographique. | | Méthode d'Edman | Méthode chimique séquentielle permettant de déterminer la séquence d'acides aminés d'un peptide, en clivant et identifiant un par un les acides aminés à partir de l'extrémité N-terminale. | | PITC (Phénylthioisocyanate) | Réactif utilisé dans la méthode d'Edman pour réagir avec le groupe amine libre du premier acide aminé N-terminal, formant un dérivé (PTH-AA) après clivage doux. | | PTH-AA (Phénylthiohydantoïne de l'acide aminé) | Dérivé cyclique d'un acide aminé libéré lors de la méthode d'Edman, stable et facilement identifiable, indiquant la nature de l'acide aminé N-terminal à chaque cycle. | | Exopeptidase | Enzyme qui hydrolyse les liaisons peptidiques à partir des extrémités d'un peptide. Les aminopeptidases agissent sur l'extrémité N-terminale, et les carboxypeptidases sur l'extrémité C-terminale. | | Aminopeptidase | Exopeptidase qui coupe progressivement les acides aminés à partir de l'extrémité N-terminale d'un peptide. | | Carboxypeptidase | Exopeptidase qui coupe les acides aminés à partir de l'extrémité C-terminale d'un peptide. Il existe différents types (A et B) ciblant spécifiquement certains acides aminés. | | Hydrazinolyse | Réaction chimique utilisant l'hydrazine (NH₂-NH₂) pour rompre toutes les liaisons peptidiques d'un peptide, transformant la plupart des acides aminés en hydrazides, sauf l'acide aminé C-terminal qui reste libre. | | Endopeptidase | Enzyme qui hydrolyse les liaisons peptidiques à l'intérieur de la chaîne d'un peptide ou d'une protéine, plutôt qu'aux extrémités. | | Fragmentation enzymatique | Processus qui utilise des enzymes spécifiques (endopeptidases) pour couper un peptide en fragments plus petits, facilitant ainsi l'analyse de sa séquence. | | Fragmentation chimique | Processus qui utilise des réactifs chimiques spécifiques (comme le bromure de cyanogène) pour couper un peptide en fragments, souvent en ciblant des acides aminés particuliers comme la méthionine. | | Bromure de cyanogène (BrCN) | Réactif chimique utilisé pour la fragmentation des peptides, coupant spécifiquement la liaison peptidique située après la méthionine. |

# La filiation et la structure des oses Cette section explore les mécanismes d'allongement et de raccourcissement des chaînes carbonées des oses, ainsi que leur représentation sous forme cyclique en solution [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.1 Filiation des aldoses La filiation des aldoses décrit les réactions permettant de relier les oses entre eux selon leur nombre d'atomes de carbone, permettant ainsi d'allonger ou de raccourcir une chaîne carbonée. Elle établit une relation "généalogique" entre les différents types d'oses (trioses, tétroses, pentoses, hexoses, etc.) [1](#page=1). #### 1.1.1 Synthèse de Kiliani-Fischer La synthèse de Kiliani-Fischer est une méthode d'élongation de la chaîne carbonée d'un aldose. Elle se déroule en trois étapes principales : 1. **Addition de cyanure d'hydrogène (HCN)**: Le groupe aldéhyde (-CHO) de l'ose réagit avec le HCN. Le carbone du carbonyle devient asymétrique, portant désormais quatre groupes différents: -OH, -CN, -H, et le reste de la chaîne carbonée. Cette étape génère deux diastéréoisomères en raison de la stéréochimie possible du nouveau carbone asymétrique [1](#page=1). 2. **Hydrolyse du nitrile**: Le groupe nitrile (-CN) est hydrolysé en groupe acide carboxylique (-COOH) par addition d'eau et d'acide. L'azote est libéré sous forme d'ammoniac (NH₃). On obtient ainsi un acide aldonic [1](#page=1). 3. **Réduction de l'acide carboxylique**: L'acide carboxylique est réduit pour former un groupe aldéhyde (-CHO), allongeant ainsi la chaîne carbonée de l'ose d'un carbone. Le résultat est un nouvel aldose avec un carbone de plus [1](#page=1). > **Tip:** La synthèse de Kiliani-Fischer permet de passer d'un aldose de $n$ carbones à un aldose de $n+1$ carbones, produisant systématiquement un mélange racémique (deux énantiomères) à chaque élongation [1](#page=1). Le même mécanisme d'élongation s'applique aux cétoses, en commençant par des céto-trioses ou le dihydroxyacétone [1](#page=1). #### 1.1.2 Nombre d'isomères Le nombre d'isomères d'un aldose est calculé selon la formule $2^{n-2}$, où $n$ représente le nombre total d'atomes de carbone dans la molécule. Pour un aldose, $n-2$ est le nombre de carbones asymétriques (stéréocentres) [2](#page=2). * **Exemple pour un aldose**: Le glucose, un aldose à 6 carbones ($n=6$), possède $2^{6-2} = 2^4 = 16$ isomères (8 formes D et 8 formes L) [2](#page=2). Le nombre d'isomères d'un cétose est calculé selon la formule $2^{n-3}$, où $n$ représente le nombre total d'atomes de carbone. Pour un cétose, $n-3$ est le nombre de carbones asymétriques [2](#page=2). * **Exemple pour un cétose**: Le fructose, un cétose à 6 carbones ($n=6$), possède $2^{6-3} = 2^3 = 8$ isomères (4 formes D et 4 formes L) [2](#page=2). ### 1.2 Structure cyclique des oses En solution aqueuse, les oses contenant plus de quatre atomes de carbone adoptent préférentiellement une structure cyclique plutôt que linéaire. Cette cyclisation se produit par la formation d'un hémiacétal entre le groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) et un groupe hydroxyle (-OH) présent sur la même molécule [2](#page=2). #### 1.2.1 Formation de l'hémiacétal Le processus de cyclisation, également connu sous le nom de cyclisation selon Tollens, implique les étapes suivantes : 1. **Attaque nucléophile**: Le groupe hydroxyle (-OH) d'un carbone (souvent C5 pour les aldoses, ou C4 pour certains cétoses) attaque le carbone du groupe carbonyle (C1 pour un aldose, C2 pour un cétose) [2](#page=2). 2. **Fermeture du cycle**: Cette attaque conduit à la formation d'une liaison C-O, fermant ainsi le cycle. Le carbone du carbonyle, initialement impliqué dans une double liaison C=O, devient un carbone avec quatre groupes différents (hémiacétal) [2](#page=2). 3. **Carbone anomérique**: Le carbone qui était initialement le groupe carbonyle devient un nouveau centre stéréogène, appelé carbone anomérique [2](#page=2). > **Tip:** La formation de l'hémiacétal crée un nouveau centre chiral (le carbone anomérique), ce qui entraîne l'existence de deux isomères, appelés anomères $\alpha$ et $\beta$. #### 1.2.2 Types de cycles La taille du cycle formé dépend du groupe -OH qui participe à l'attaque : * **Cycle à 6 chaînons (pyranose)**: Si le groupe hydroxyle du carbone 5 (-OH en C5) attaque le groupe carbonyle, il se forme un cycle à 6 atomes (5 carbones et 1 oxygène). Ce type de cycle est appelé pyranose. Par exemple, le D-glucopyranose [2](#page=2). * **Cycle à 5 chaînons (furanose)**: Si le groupe hydroxyle du carbone 4 (-OH en C4) attaque le groupe carbonyle, il se forme un cycle à 5 atomes (4 carbones et 1 oxygène). Ce type de cycle est appelé furanose. Par exemple, le D-fructofuranose [2](#page=2). Le mécanisme est similaire pour les cétoses, où le groupe hydroxyle en position C5 ou C4 peut attaquer le carbonyle en C2, formant ainsi des cycles pyranose ou furanose respectivement [2](#page=2). --- # Représentation et propriétés des oses Cette section détaille la représentation cyclique des sucres par la projection de Haworth, la notion de carbone anomérique, ainsi que les propriétés physicochimiques des oses, incluant les réactions d'oxydation et de réduction. ### 2.1 Représentation des oses cycliques : la projection de Haworth La projection de Haworth est une méthode simplifiée pour représenter la structure tridimensionnelle des sucres cycliques. Elle permet de visualiser la disposition spatiale des groupes hydroxyles par rapport au cycle [3](#page=3). #### 2.1.1 Construction de la projection de Haworth Pour dessiner une projection de Haworth, on représente le cycle (pyranose, un cycle à 6 atomes) comme un anneau presque plat, avec l'atome d'oxygène du cycle souvent placé en haut à droite ou en haut à gauche. Les carbones sont numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre, en partant du carbone anomérique (C1) [3](#page=3). **Règles de conversion de la projection de Fischer à la projection de Haworth :** * Les groupes hydroxyle (–OH) situés à droite dans la projection de Fischer sont placés en bas du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). * Les groupes hydroxyles (–OH) situés à gauche dans la projection de Fischer sont placés en haut du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). #### 2.1.2 Le carbone anomérique Après la cyclisation, le carbone C1 (dans les aldoses) devient le centre anomérique. Ce carbone peut exister sous deux formes, distinguées par la position du groupe –OH [3](#page=3): * **Forme α (alpha)**: Le –OH du carbone anomérique est orienté vers le bas [3](#page=3). * **Forme β (bêta)**: Le –OH du carbone anomérique est orienté vers le haut [3](#page=3). #### 2.1.3 Conformation spatiale des oses Dans les solutions, les oses adoptent principalement deux conformations: chaise et bateau. La forme chaise est la plus stable, et c'est sous cette forme que se présentent la majorité des oses naturels [3](#page=3). ### 2.2 Propriétés physicochimiques des oses Les oses possèdent des propriétés physiques et chimiques distinctes. #### 2.2.1 Propriétés physiques * **Solubilité**: Les oses sont très solubles dans l'eau en raison de la présence de nombreux groupements hydroxyles [4](#page=4). * **Pouvoir rotatoire spécifique**: En solution, les oses présentent un pouvoir rotatoire spécifique qui permet leur identification et leur dosage [4](#page=4). * **Thermodégradation**: Sous l'effet de la chaleur, les oses subissent une caramélisation [4](#page=4). #### 2.2.2 Propriétés chimiques Les propriétés chimiques des oses découlent principalement de la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) et des fonctions alcools, ainsi que de la fonction hémiacétalique dans les formes cycliques [4](#page=4). ##### 2.2.2.1 Propriétés dues à la fonction carbonyle (groupement réducteur) La présence d'une fonction aldéhyde ou cétone rend les oses réactifs. Ces propriétés sont notamment exploitées dans les réactions d'oxydation et de réduction. ###### 2.2.2.1.1 Oxydation L'oxydation des oses peut être réalisée chimiquement ou enzymatiquement. * **Oxydation enzymatique**: Un exemple est l'oxydation enzymatique du glucose par la glucose oxydase (GOD). Cette enzyme utilise le dioxygène (O₂) pour oxyder le D-glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) [4](#page=4): $$ \text{Glucose} + \text{O}_2 \xrightarrow{[\text{glucose oxydase}]} \text{Acide gluconique} + \text{H}_2\text{O}_2 $$ Dans cette réaction, le groupe aldéhyde (–CHO) du C1 du glucose est transformé en groupe acide carboxylique (–COOH) [4](#page=4). * **Oxydation chimique douce**: Elle consiste à oxyder spécifiquement le groupement aldéhyde (–CHO) du C1 en groupe acide carboxylique (–COOH), sans affecter les autres fonctions hydroxyles [4](#page=4). * **Réaction générale** : $$ \text{Aldose} \xrightarrow{\text{Oxydant doux}} \text{Acide aldonoïque} $$ * **Exemple**: L'oxydation du D-glucose conduit à l'acide D-gluconique [4](#page=4). * **Réactifs utilisés**: L'eau de brome (Br₂/H₂O) est un réactif couramment utilisé pour cette oxydation douce [5](#page=5). * **Oxydation chimique forte**: Réalisée avec des oxydants puissants comme l'acide nitrique (HNO₃), elle oxyde à la fois le groupement aldéhyde (–CHO) en C1 et l'alcool primaire (–CH₂OH) en C6 en groupes acides carboxyliques (–COOH). Le produit obtenu est un acide aldarique, possédant deux fonctions acide carboxylique [5](#page=5). * **Réaction générale** : $$ \text{HOCH}_2-(\text{CHOH})_n-\text{CHO} \xrightarrow{\text{HNO}_3, \Delta} \text{HOOC}-(\text{CHOH})_n-\text{COOH} $$ * **Exemple**: L'oxydation forte du D-glucose par l'acide nitrique conduit à l'acide D-glucarique (acide saccharique) [5](#page=5). * **Cas des cétoses**: L'oxydation forte des cétoses, qui possèdent une fonction cétone (–CO–) au lieu d'une fonction aldéhyde, provoque une coupure de la chaîne carbonée au niveau du carbone cétone, conduisant à la formation de deux acides plus courts. Par exemple, l'oxydation du D-fructose par HNO₃ peut donner de l'acide glycolique et de l'acide tartarique [6](#page=6). * **Oxydation par les sels de métaux lourds**: Des réactifs comme la liqueur de Fehling ou la solution de Tollens utilisent des ions métalliques (Cu²⁺ ou Ag⁺) capables d'oxyder les oses en milieu basique et chauffé. Les ions métalliques sont réduits pendant cette réaction (réaction d'oxydo-réduction) [6](#page=6). * **Oses réducteurs**: Les aldoses (glucose, mannose, galactose) sont dits réducteurs car ils possèdent une fonction aldéhyde ou peuvent la régénérer en milieu basique (même à partir de la forme cyclique). Ils réduisent donc les ions Cu²⁺ en Cu⁺ et Ag⁺ en Ag [6](#page=6). * **Cétoses réducteurs indirectement**: Les cétoses, comme le fructose, ne possèdent pas de fonction aldéhyde. Cependant, en milieu basique, ils peuvent s'isomériser en aldoses (glucose ou mannose) et sont donc également capables de réduire indirectement ces sels [6](#page=6). ###### 2.2.2.1.2 Réduction Les oses peuvent être réduits, généralement par des agents réducteurs forts comme le borohydrure de sodium (NaBH₄) ou le borohydrure de lithium (LiBH₄) [7](#page=7). * **Réduction des aldoses**: L'ion hydrure (H⁻) attaque le carbone du groupe carbonyle (–CHO). La double liaison C=O se transforme en C–OH, et un H est ajouté, formant un alcool primaire (–CH₂OH). Le produit final est un polyol (un alcool avec plusieurs fonctions –OH) [7](#page=7). * **Structure générale d'un aldose** : R–CHO * **Produit final** : R–CH₂OH (alcool primaire) * **Réduction des cétoses**: L'ion hydrure attaque le carbone du groupe cétone (–CO–). La double liaison C=O devient C–OH, et un H est ajouté, formant un alcool secondaire (–CHOH–). Le produit final est également un polyol, transformant le cétose en polyol [7](#page=7). * **Structure générale d'un cétose** : R₁–CO–R₂ * **Produit final** : R₁–CH(OH)–R₂ (alcool secondaire) > **Tip :** La compréhension de la représentation de Haworth est fondamentale pour visualiser la stéréochimie des sucres et prédire leurs réactions. La distinction entre les formes alpha et bêta du carbone anomérique est cruciale, notamment pour les réactions de polymérisation (formation de liaisons glycosidiques). > **Tip :** Les réactions d'oxydation et de réduction des oses sont très importantes en biochimie et en chimie organique. Elles permettent de modifier les fonctions des sucres et sont à la base de nombreuses voies métaboliques et de tests d'identification. Retenez bien la différence entre oxydation douce, forte, et celle utilisant les sels métalliques. --- # Réactions des oses et classification des osides Voici une synthèse détaillée et complète sur les réactions des oses et la classification des osides, conçue pour être un guide d'étude prêt pour un examen. ## 3. Réactions des oses et classification des osides Ce thème explore les réactions de condensation formant des liaisons glycosidiques, la classification des osides en holosides et hétérosides, ainsi que les réactions spécifiques dues aux fonctions alcools des oses comme l'estérification et la déshydratation. ### 3.1 Réactions de condensation des oses La condensation des oses permet la formation de liaisons glycosidiques, essentielles à la création de molécules glucidiques plus complexes comme les holosides et les hétérosides [8](#page=8). #### 3.1.1 Le principe général de la condensation La fonction hydroxyle (–OH) d'un ose peut réagir avec le groupe –H d'un autre groupement (–OH, –NH₂, ou –H) pour former une liaison covalente, avec élimination d'une molécule d'eau (H₂O). Cette réaction est une déshydratation [8](#page=8). La liaison formée est appelée : * **Liaison glycosidique** si elle relie deux oses [8](#page=8). * **Hétéroside** si le partenaire de la condensation n'est pas un ose [8](#page=8). #### 3.1.2 Différents types de condensation * **Condensation avec un autre ose : formation d'un holoside** Lorsque le groupement R–OH est un autre sucre, la condensation conduit à la formation d'un disaccharide ou d'un polysaccharide [8](#page=8). * **Exemple:** Glucose + Glucose → Maltose (liaison α-1,4-glycosidique) + H₂O [8](#page=8). * **Produit:** Holoside (entièrement composé de sucres) [8](#page=8). * **Lien:** O-glycosidique, impliquant le carbone anomérique [8](#page=8). * **Condensation avec une molécule non sucrée : formation d'un hétéroside** Si le groupement R–H n'est pas un sucre, on obtient un O-hétéroside [8](#page=8). * **Exemple:** Un sucre réagit avec un alcool ou un phénol [8](#page=8). Glucose + R–H → O-hétéroside + H₂O [8](#page=8). * **Condensation avec une amine : formation d'un N-hétéroside** La condensation peut également se produire avec un groupement –NH₂ [8](#page=8). * **Exemple:** Sucre + Base azotée → N-glycoside [8](#page=8). * **Importance biochimique:** L'ADN et l'ARN contiennent des N-hétérosides, où le sucre (ribose ou désoxyribose) est lié à une base azotée [8](#page=8). ### 3.2 Réactions dues aux fonctions alcool des oses Les fonctions hydroxyles (–OH) des oses, caractéristiques des alcools, peuvent subir diverses réactions chimiques. #### 3.2.1 Estérification L'estérification est une réaction clé en biochimie, notamment dans le métabolisme énergétique. Elle consiste à faire réagir une fonction hydroxyle (–OH) d'un ose avec un acide (H–X) pour former un ester (R–O–X), avec élimination d'eau [9](#page=9). * **Principe général:** R–OH + H–X → R–O–X + H₂O [9](#page=9). * **Acides typiques impliqués avec les oses:** Acide phosphorique (H₃PO₄), acide sulfurique, acides carboxyliques [9](#page=9). * **Exemple concret : Formation du glucose 6-phosphate** * Réaction: Glucose + H₃PO₄ → Glucose 6-phosphate + H₂O [9](#page=9). * Explication: Le groupe –OH en position C6 du glucose réagit avec l'acide phosphorique. La réaction est la première étape de la glycolyse [9](#page=9). * **Observation:** L'estérification libère de l'eau, confirmant sa nature de réaction de condensation [9](#page=9). #### 3.2.2 Déshydratation en milieu acide La déshydratation des oses en milieu acide et à chaud est une réaction classique en chimie des sucres, conduisant à la formation de produits cycliques et aromatiques [10](#page=10). * **Principe général:** Sous l'action d'un acide fort et de la chaleur, une molécule d'ose perd des molécules d'eau (H₂O) [10](#page=10). * **Résultats :** * Cyclisation de l'ose [10](#page=10). * Formation d'un produit aromatique: furfural (à partir de pentoses) ou hydroxyméthylfurfural (HMF, à partir d'hexoses) [10](#page=10). * **Réactions schématiques :** * Ose → (acide fort + chaleur) Furfural / HMF + H₂O [10](#page=10). * **Types d'oses et produits formés :** * **Pentose (C5):** Donne du furfural. Exemple: Ribose → Furfural + 3 H₂O [10](#page=10). * **Hexose (C6):** Donne de l'hydroxyméthylfurfural (HMF). Exemple: Glucose → HMF + 3 H₂O [10](#page=10). ### 3.3 Classification des osides Un oside est une molécule glucidique complexe qui, par hydrolyse, libère soit plusieurs oses (identiques ou différents), soit des oses et une autre molécule non glucidique [11](#page=11). #### 3.3.1 Définition et classification générale | Type d'oside | Produits d'hydrolyse | Exemple | Composition | | :------------- | :---------------------------------------- | :------------------------------------------ | :-------------------------------- | | Holoside | Uniquement des oses | Maltose, Saccharose, Lactose | Ose + Ose | | Hétéroside | Ose(s) + aglycone (partie non sucrée) | ADN, glycoprotéines, glycolipides | Ose + molécule non osidique | #### 3.3.2 Les holosides Les holosides sont formés exclusivement d'oses unis par une liaison osidique [11](#page=11). ##### 3.3.2.1 La liaison osidique La liaison osidique est une liaison covalente formée entre le carbone anomérique (généralement C1) d'un ose et un groupement hydroxyle (–OH) d'un autre ose. La formation de cette liaison implique trois éléments clés [11](#page=11): 1. **Nature des oses liés :** Identité des sucres impliqués (ex: glucose + galactose). 2. **Forme cyclique des oses :** Cycle pyrane (6 atomes) ou furane (5 atomes). 3. **Configuration anomérique :** * $\alpha$ (alpha) : si le groupe –OH anomérique est en bas du plan. * $\beta$ (bêta) : si le groupe –OH anomérique est en haut du plan. ##### 3.3.2.2 Classification des holosides : oligosides et polyosides | Type | Description | Exemple | | :---------- | :---------------------------------------- | :------------------------------------------------------------------- | | Oligosides | 2 à 10 oses | Maltose, Saccharose, Lactose | | Polyosides | >10 oses (Polysaccharides) | Amidon, Glycogène, Cellulose | Ces molécules servent souvent de réserve énergétique (amidon, glycogène) ou de structure (cellulose) [11](#page=11). ##### 3.3.2.3 Diholosides réducteurs Un diholoside est dit réducteur si son carbone anomérique d'un des deux oses n'est pas engagé dans la liaison osidique. Ce carbone anomérique libre permet au diholoside de réduire les sels métalliques (comme la liqueur de Fehling). Ces diholosides peuvent exister sous forme $\alpha$ ou $\beta$ en raison de cet anomère libre [11](#page=11). #### 3.3.3 Nomenclature générale des osides La nomenclature des osides reflète la présence ou l'absence d'une fonction hémiacétalique libre sur le carbone anomérique [12](#page=12). * **-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 du diholoside) [12](#page=12). * **-oside:** La fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée (sucre non réducteur) [12](#page=12). ##### 3.3.3.1 Exemple 1 : Lactose (Diholoside réducteur) * **Composition:** 1 D-galactose + 1 D-glucose [12](#page=12). * **Liaison osidique:** $\beta$(1 → 4). Le C1 du galactose se lie au C4 du glucose [12](#page=12). * **Nom chimique:** D-galactopyranosyl ($\beta$ → 4)D-glucopyranose [12](#page=12). * **Caractère réducteur:** Le glucose conserve son C1 libre, donc le lactose est réducteur. Il peut être sous forme $\alpha$ ou $\beta$ [12](#page=12). ##### 3.3.3.2 Exemple 2 : Saccharose (Diholoside non réducteur) * **Composition:** 1 glucose + 1 fructose [12](#page=12). * **Liaison osidique:** $\alpha$(1 → $\beta$ 2). Le C1 du glucose ($\alpha$) est lié au C2 du fructose ($\beta$) [12](#page=12). * **Nom chimique:** D-glucopyranosyl ($\alpha$ → $\beta$ 2)D-fructofuranoside [12](#page=12). * **Caractère non réducteur:** Les carbones anomériques C1 du glucose et C2 du fructose sont engagés; aucun n'est libre. C'est un sucre non réducteur. C'est le sucre de table [12](#page=12) [13](#page=13). ##### 3.3.3.3 Exemple 3 : Maltose (Diholoside réducteur) * **Composition:** 2 molécules de D-glucose [13](#page=13). * **Liaison osidique:** $\alpha$(1 → 4). Le C1 du premier glucose se lie au C4 du second glucose [13](#page=13). * **Nom chimique:** D-glucopyranosyl ($\alpha$ → 4)D-glucopyranose [13](#page=13). * **Caractère réducteur:** Le second glucose conserve son C1 libre, donc le maltose est réducteur. Il peut former des anomères $\alpha$ ou $\beta$. C'est un produit de la digestion de l'amidon ou du glycogène [13](#page=13). #### 3.3.4 Les polyosides (ou polysaccharides) Les polyosides sont de grands glucides complexes formés par la condensation de très nombreuses molécules d'oses (plusieurs centaines à milliers) via des liaisons O-glycosidiques. Ils jouent trois rôles principaux: réserve énergétique (amidon, glycogène), structural (cellulose, chitine), ou biologique spécifique (acide hyaluronique, héparine) [14](#page=14). ##### 3.3.4.1 Caractérisation des polyosides Les polyosides se distinguent par : 1. Le type d'oses constitutifs (identiques ou différents) [14](#page=14). 2. Le type de liaison osidique (position des carbones, $\alpha$ ou $\beta$) [14](#page=14). 3. La structure de la chaîne (linéaire ou ramifiée) [14](#page=14). ##### 3.3.4.2 Grandes familles de polyosides * **A. Les Homopolysides:** Formés d'un seul type d'ose [14](#page=14). | Exemple | Oses constitutifs | Type de liaison | Structure | Rôle | | :-------- | :---------------- | :-------------- | :-------------------------------------- | :---------------------------- | | Amidon | Glucose | $\alpha$(1→4) et $\alpha$(1→6) | Ramifiée (amylopectine) / Linéaire (amylose) | Réserve énergétique végétale | | Glycogène | Glucose | $\alpha$(1→4) et $\alpha$(1→6) | Fortement ramifiée | Réserve énergétique animale | | Cellulose | Glucose | $\beta$(1→4) | Linéaire | Rôle structural (paroi végétale) | **Remarque sur la notation des liaisons :** * $\alpha \rightarrow$ indique la configuration anomérique du premier ose (carbone 1 en position $\alpha$) [15](#page=15). * 1→4 indique que la liaison se fait entre le carbone 1 (C1) du premier ose et le carbone 4 (C4) du deuxième ose [15](#page=15). #### 3.3.5 Les hétérosides Un hétéroside est une molécule composée de deux parties: une partie glucidique (un ou plusieurs oses) et une partie non glucidique appelée aglycone. Ces deux parties sont liées par une liaison osidique [15](#page=15). * **Structure générale:** Hétéroside = (Ose(s)) + Aglycone [15](#page=15). * **Formation de la liaison:** L'hydroxyle du carbone anomérique du sucre se lie à un atome de la partie aglycone [15](#page=15). ##### 3.3.5.1 Types d'hétérosides selon l'atome lié à l'aglycone | Type d'hétéroside | Liaison | Exemple typique | Où trouve-t-on ? | | :---------------- | :------------------------------------ | :------------------------------------ | :--------------------------------------------- | | O-hétéroside | Ose lié à un O (hydroxyle alcoolique) | Liaison ose–sérine (protéine) | Glycoprotéines | | N-hétéroside | Ose lié à un N (amine/base azotée) | Nucléosides (ex: adénosine) | ADN, ARN | | C-hétéroside | Ose lié à un C de l'aglycone | Certains pigments végétaux | Plantes médicinales | | S-hétéroside | Ose lié à un S (thiol -SH) | Composés soufrés (rares) | Plantes alliacées (ail, oignons) | ##### 3.3.5.2 La nature de l'aglycone Les aglycones sont des groupements non glucidiques associés aux sucres [15](#page=15). | Type d'aglycone | Exemple | Rôle / Description | | :------------------- | :---------------------------------------------- | :--------------------------------------------------------------------------------- | | Lipide + ose | Glycolipide | Composent la membrane cellulaire, reconnaissance entre cellules | | Protéine + ose | Protéoglycane (PG), Glycoprotéine (GP), Peptidoglycane | Structure, lubrification, reconnaissance, rôle hormonal, immunitaire, enzymatique | | Peptide + polysaccharide | Peptidoglycane | Paroi bactérienne (rigidité) | | Protéine + quelques oses | Glycoprotéine (GP) | Rôles hormonaux, immunitaires, enzymatiques | | Fixation non enzymatique | Protéine glycosylée (ex: HbA1c) | Marqueurs biologiques (ex: glycémie à long terme) | ##### 3.3.5.3 Hétérosides et leurs rôles biologiques Les hétérosides contiennent une partie glucidique et une partie aglycone [16](#page=16). | Liaison | Type d'hétéroside | Exemple | Rôles dans la cellule | | :------------------ | :---------------- | :------------------------------------------ | :-------------------------------------------------------------------------------------- | | Ose + Protéine | Glycoprotéine | Récepteurs membranaires, hormones | Identification cellulaire, communication, stockage et transmission d'information génétique | | Ose + Lipide | Glycolipide | Membrane cellulaire (ex: globules rouges) | Identification cellulaire, communication, stockage et transmission d'information génétique | | Ose + Base azotée | Nucléoside | Adénosine (base + ribose) | Identification cellulaire, communication, stockage et transmission d'information génétique | Ces liaisons jouent des rôles cruciaux: identification cellulaire (glycolipides), communication (glycoprotéines), et stockage/transmission de l'information génétique (nucléosides → ADN/ARN) [16](#page=16). --- # Lipides : définition, propriétés et classification This section introduces the fundamental nature of lipids, their diverse structures, and how they are categorized based on their chemical composition and properties. ### 4.1 Définition et propriétés générales des lipides Les lipides sont des composés organiques constitués principalement de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Leur caractéristique définissante est leur insolubilité dans l'eau, un solvant polaire, mais leur solubilité dans les solvants organiques non polaires tels que le chloroforme, l'éther ou le benzène. Cette propriété découle de leur nature hydrophobe, signifiant qu'ils n'interagissent pas bien avec les molécules d'eau. La plupart des lipides sont formés par la combinaison d'acides gras et d'alcools, le glycérol étant un alcool fréquemment rencontré. La liaison entre un acide gras et un alcool forme un ester, qui est la base chimique de nombreux lipides comme les graisses et les huiles [17](#page=17). Outre les lipides contenant des acides gras, certains composés apparentés, tels que les stéroïdes (ex. cholestérol) et les vitamines liposolubles (vitamines A, D, E, K), sont également considérés comme des lipides en raison de leur caractère hydrophobe [17](#page=17). Les rôles principaux des lipides incluent : * **Isolement et protection des organes**: Ils forment une réserve de graisse dans le tissu adipeux, agissant comme une barrière isolante pour maintenir la température corporelle et comme un amortisseur mécanique pour protéger les organes vitaux [17](#page=17). ### 4.2 Classification des lipides Les lipides sont classés en deux grandes catégories principales: les lipides simples et les lipides complexes [19](#page=19). #### 4.2.1 Lipides simples (homolipides) Ces lipides sont composés uniquement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils résultent généralement de la réaction d'estérification entre des acides gras et un alcool [19](#page=19) [29](#page=29). * **Glycérides (ou acylglycérols)**: L'alcool est le glycérol (propane-1,2,3-triol). Ils peuvent être mono-, di- ou triacylglycérols, selon le nombre d'acides gras liés au glycérol (#page=19, 30). Les triglycérides sont les graisses et huiles alimentaires et corporelles, servant principalement de réserve d'énergie (#page=19, 31) [19](#page=19) [30](#page=30) [31](#page=31). * **Cérides**: L'alcool est un alcool à longue chaîne (16 à 30 carbones). Ils forment les cires, qui protègent et imperméabilisent la peau, les feuilles ou les plumes (#page=19, 37) [19](#page=19) [37](#page=37). * **Stérides**: L'alcool est un stérol, comme le cholestérol. Ils forment des esters de cholestérol, jouant un rôle dans le stockage et le transport du cholestérol (#page=19, 32) [19](#page=19) [32](#page=32). #### 4.2.2 Lipides complexes (hétérolipides) Ces lipides contiennent, en plus du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, des éléments tels que le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont des constituants majeurs des membranes cellulaires [19](#page=19) [38](#page=38). * **Glycérophospholipides**: Ils contiennent du glycérol, deux acides gras, un groupe phosphate, et souvent un autre groupe alcool (#page=19, 38). Ils sont cruciaux pour la structure des membranes cellulaires [19](#page=19) [38](#page=38). * **Sphingolipides**: Ils sont constitués d'une base appelée sphingosine, d'un acide gras, et parfois d'un groupement phosphate. Ils sont particulièrement présents dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline (#page=19, 44) [19](#page=19) [44](#page=44). * **Glycolipides**: Formés d'un lipide lié à un glucide (sucre). Ils sont situés à la surface des membranes cellulaires et jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire (#page=19, 47) [19](#page=19) [47](#page=47). ### 4.3 Les acides gras #### 4.3.1 Définition et structure Les acides gras sont des acides monocarboxyliques possédant une fonction acide carboxylique (–COOH), qui est polaire et hydrophile, et un radical R, qui est une longue chaîne hydrocarbonée apolaire et hydrophobe. Ils peuvent être représentés par la formule générale R–COOH [20](#page=20). > **Tip** : La double nature (hydrophile/hydrophobe) des acides gras leur permet de former des structures comme les micelles ou les membranes biologiques. Caractéristiques communes des acides gras : * Chaîne carbonée linéaire et non ramifiée dans la majorité des cas [20](#page=20). * Nombre pair de carbones, généralement entre 14 et 24 dans les acides gras naturels, car ils sont synthétisés à partir d'unités de 2 carbones [20](#page=20). * Degré d'insaturation: ils peuvent être saturés (aucune double liaison) ou insaturés (une ou plusieurs doubles liaisons) [20](#page=20). * Ils peuvent exister sous différentes formes, notamment linéaires, ramifiées ou cycliques [20](#page=20). * Ils ne sont pas hydrolysables en sous-unités plus petites par hydrolyse simple, contrairement aux lipides complexes [20](#page=20). Dans l'eau à pH physiologique (~7,4), le groupement carboxyle ionise en carboxylate (–COO⁻), devenant chargé négativement et augmentant l'hydrophilie de cette partie de la molécule [20](#page=20). #### 4.3.2 Classification des acides gras Les acides gras peuvent être classés selon la présence ou l'absence de doubles liaisons et selon leur nombre de carbones [21](#page=21). ##### 4.3.2.1 Acides gras saturés Ce sont des acides gras dont la chaîne carbonée est entièrement saturée en hydrogène, sans double liaison C=C. Leur formule générale est CₙH₂ₙ₊₁COOH ou CₙH₂ₙO₂. Ils sont souvent linéaires avec un nombre pair de carbones et abondants dans les graisses animales [21](#page=21). * **Acides gras saturés représentatifs** : * Acide palmitique (C16:0): 16 carbones, présent dans les graisses animales et l'huile de palme [21](#page=21). * Acide stéarique (C18:0): 18 carbones, présent dans les graisses animales et le chocolat [21](#page=21). * Acide butyrique (C4:0): 4 carbones, dans le beurre et le métabolisme bactérien [21](#page=21). * Acide lignocérique (C24:0): 24 carbones, dans les lipides du tissu nerveux [21](#page=21). La numérotation de la chaîne carbonée commence à partir du carbone du groupement carboxyle (C1) [21](#page=21). ##### 4.3.2.2 Acides gras insaturés Ces acides gras possèdent au moins une double liaison entre les carbones de leur chaîne. Leur formule générale est CₙH₂ₙ₋₂ₓO₂, où x est le nombre de doubles liaisons. La première double liaison se situe généralement entre C9 et C10, et elles sont souvent séparées par des groupements méthylènes (–CH₂–) [22](#page=22). * **Acides gras mono-insaturés (AGMI)**: Possèdent une seule double liaison, fréquemment entre C9 et C10. L'acide oléique (C18:1Δ9) en est un exemple, présent dans l'huile d'olive (#page=22, 23) [22](#page=22) [23](#page=23). * **Acides gras poly-insaturés (AGPI)**: Possèdent plusieurs doubles liaisons, séparées par des groupements méthylènes. Les acides linoléique (C18:2Δ9,12) et alpha-linolénique (C18:3Δ9,12,15) sont des exemples essentiels qui doivent être apportés par l'alimentation. Ils jouent un rôle dans la fluidité membranaire et la production de médiateurs chimiques [23](#page=23). La nomenclature $\Delta$ (delta) indique la position de la double liaison à partir du groupe carboxyle, tandis que la nomenclature $\omega$ (oméga) l'indique à partir du groupe méthyle terminal (CH₃) [23](#page=23). #### 4.3.3 Configurations des doubles liaisons La présence d'une double liaison C=C induit une rigidité dans la chaîne carbonée. * **Configuration Cis**: Les deux atomes d'hydrogène sont du même côté de la double liaison. Cela crée un coude ou un pli dans la chaîne, empêchant un empaquetage serré et rendant les acides gras liquides [24](#page=24). * **Configuration Trans**: Les deux atomes d'hydrogène sont de part et d'autre de la double liaison. La chaîne est presque linéaire, ressemblant à celle des acides gras saturés, ce qui rend les acides gras solides [24](#page=24). #### 4.3.4 Propriétés physico-chimiques des acides gras Les propriétés des acides gras dépendent de la longueur de leur chaîne carbonée et de leur degré d'insaturation [26](#page=26). * **Solubilité dans l'eau** : * La partie hydrophile (–COOH) aime l'eau, tandis que la partie hydrophobe (chaîne hydrocarbonée) la repousse (#page=20, 26) [20](#page=20) [26](#page=26). * Plus la chaîne hydrocarbonée est longue, plus la partie hydrophobe domine, et moins l'acide gras est soluble [26](#page=26). * Les acides gras à chaîne courte (C4-C6) sont solubles dans l'eau, tandis que ceux à chaîne longue (> C10) sont pratiquement insolubles [26](#page=26). * La présence de doubles liaisons augmente légèrement la solubilité car elle gêne l'empilement des molécules [26](#page=26). * **Masse volumique**: Les acides gras ont une masse volumique inférieure à celle de l'eau (environ 0,8 à 0,95 g/cm³), ce qui explique pourquoi les huiles flottent à la surface de l'eau [26](#page=26). * **Point de fusion** : * **Longueur de la chaîne carbonée**: Plus la chaîne est longue, plus les molécules s'attachent fortement entre elles, nécessitant plus de chaleur pour fondre, donc le point de fusion augmente. Les chaînes courtes sont liquides à température ambiante, les chaînes longues sont solides [27](#page=27). * **Degré d'insaturation**: Chaque double liaison crée une "cassure" dans la chaîne, empêchant l'emboîtement serré des molécules. Moins les molécules peuvent s'emboîter, plus elles fondent facilement, donc plus il y a de doubles liaisons, plus le point de fusion est bas [27](#page=27). #### 4.3.5 Propriétés chimiques des acides gras Les réactions chimiques des acides gras sont dues soit à la fonction acide carboxylique, soit à la présence de doubles liaisons [27](#page=27). * **Réactions dues à la fonction acide (–COOH)** : * **Formation de sels alcalins (savons)**: La réaction d'un acide gras avec une base forte (NaOH ou KOH) produit un sel d'acide gras (savon) et de l'eau [27](#page=27). $$ \text{R–COOH + NaOH} \longrightarrow \text{R–COO⁻Na⁺ + H₂O} $$ La partie R–COO⁻ est hydrophobe, tandis que Na⁺ est hydrophile, conférant au savon 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 formation des glycérides, par exemple, où trois acides gras estérifient un glycérol (#page=28, 29) [28](#page=28) [29](#page=29). $$ \text{R–COOH + R'–OH} \longrightarrow \text{R–COO–R' + H₂O} $$ * **Réactions dues à la présence de doubles liaisons (C=C)**: Ces réactions concernent uniquement les acides gras insaturés [28](#page=28). * **Hydrogénation**: L'ajout d'hydrogène (H₂) sur les doubles liaisons supprime ces dernières, transformant un acide gras insaturé en acide gras saturé. C'est ainsi que les huiles végétales liquides peuvent être transformées en graisses solides (margarine) [28](#page=28). $$ \text{CH₂=CH–CH=CH–CH} + \text{H₂} \longrightarrow \text{CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂} $$ * **Oxydation**: L'oxydation d'un acide gras insaturé (par exemple, avec KMn₄) rompt la double liaison et conduit à la formation de deux acides carboxyliques. Cette réaction explique le rancissement des graisses [28](#page=28). $$ \text{R–CH=CH–R'–COOH + KMnO₄} \longrightarrow \text{R–COOH + HOOC–R'–COOH} $$ ### 4.4 Les lipides simples Les lipides simples, ou homolipides, sont des molécules composées exclusivement de C, H et O, formées par réaction d'estérification entre un alcool et un ou plusieurs acides gras [29](#page=29). #### 4.4.1 Glycérides (Acylglycérols) Ce sont des esters formés entre le glycérol et des acides gras. Le glycérol est un triol, capable de réagir avec 1, 2 ou 3 acides gras pour former respectivement des mono-, di-, ou triglycérides [30](#page=30). * **Types de glycérides** : * **Monoglycérides**: 1 acide gras + 1 glycérol. Intermédiaires digestifs, amphipathiques [30](#page=30). * **Diglycérides**: 2 acides gras + 1 glycérol. Intermédiaires métaboliques, amphipathiques [30](#page=30). * **Triglycérides**: 3 acides gras + 1 glycérol. Graisses et huiles, très hydrophobes [30](#page=30). Les glycérides peuvent être **simples** (tous les acides gras identiques) ou **mixtes** (acides gras différents) [30](#page=30). * **Propriétés physiques** : * Les mono- et diglycérides sont amphipathiques [30](#page=30). * Les triglycérides sont totalement hydrophobes, insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques [30](#page=30). * Le point de fusion des triglycérides dépend des acides gras: les acides gras saturés mènent à des solides (graisses), tandis que les insaturés mènent à des liquides (huiles) [31](#page=31). * **Propriétés chimiques** : * **Hydrolyse acide ou enzymatique**: Les triglycérides sont hydrolysés en glycérol et 3 acides gras, processus essentiel à la digestion par les lipases [31](#page=31). * **Hydrolyse alcaline (saponification)**: Réaction utilisée pour fabriquer des savons [31](#page=31). * **Rôles des triglycérides** : * **Rôle énergétique**: Principale forme de stockage d'énergie (environ 9 kcal/g), plus dense que le glycogène [31](#page=31). * **Isolation thermique**: Le tissu adipeux sous-cutané protège contre le froid [31](#page=31). * **Protection mécanique**: Le tissu adipeux entoure les organes vitaux [31](#page=31). * **Rôle physiopathologique**: Un excès peut conduire à l'obésité, au diabète et aux maladies cardiovasculaires [32](#page=32). #### 4.4.2 Cérides (Cires) Les cérides sont formés par l'estérification d'un acide gras avec un alcool gras à longue chaîne. Ils possèdent une longue chaîne hydrocarbonée hydrophobe et une liaison ester [37](#page=37). * **Exemple**: Le palmitate de cétyle, formé par la réaction de l'acide palmitique avec l'alcool cétylique, est une cire naturelle [37](#page=37). * **Propriétés physiques** : * Solides à température ambiante en raison de l'empilement de leurs longues chaînes carbonées, entraînant un point de fusion élevé [37](#page=37). * Très hydrophobes et insolubles dans l'eau [37](#page=37). * **Rôle**: Protection et imperméabilisation contre l'eau et les agents extérieurs (#page=19, 37) [19](#page=19) [37](#page=37). #### 4.4.3 Stérides Les stérides sont des esters formés entre un stérol (comme le cholestérol) et un acide gras (#page=32, 29) [29](#page=29) [32](#page=32). * **Structure générale**: R–COO–Cholestérol [32](#page=32). * **Rôle**: Forme de stockage et de transport du cholestérol dans l'organisme [29](#page=29). ### 4.5 Les stéroïdes et stérols La famille des stéroïdes est caractérisée par la présence du noyau stérane, composé de quatre cycles accolés (trois cycles hexagonaux et un cycle pentagonal). Cette structure rigide est commune à de nombreux composés biologiques importants [33](#page=33). #### 4.5.1 Le cholestérol Le cholestérol est un stérol (C₂₇H₄₆) possédant une fonction alcool (–OH). Il est un constituant majeur des membranes cellulaires, stabilisant leur fluidité et leur perméabilité. Il sert également de précurseur pour la synthèse d'autres composés essentiels [33](#page=33). * **Rôles du cholestérol** : * Précurseur de: acides biliaires, vitamine D, hormones stéroïdiennes [33](#page=33). * Forme de stockage et de transport (sous forme d'ester de cholestérol) [33](#page=33). #### 4.5.2 Dérivés du cholestérol * **Acides biliaires**: Synthétisés dans le foie à partir du cholestérol, ils sont stockés dans la vésicule biliaire et ont pour fonction d'émulsifier les graisses dans l'intestin pour faciliter leur digestion. Il existe des acides biliaires primaires (fabriqués par le foie) et secondaires (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, elle est essentielle à la minéralisation osseuse en favorisant l'absorption du calcium et du phosphore [34](#page=34). * **Hormones stéroïdiennes**: Hormones produites à partir du cholestérol, possédant le noyau stérane. Elles sont fabriquées par différentes glandes et exercent des fonctions variées [35](#page=35). * **Glucocorticoïdes** (ex. cortisol): Régulent le métabolisme du glucose, anti-inflammatoires et immunomodulateurs [35](#page=35). * **Minéralocorticoïdes** (ex. aldostérone): Contrôlent la quantité de sodium (Na⁺) et d'eau dans le sang, régulant ainsi la pression artérielle [36](#page=36). * **Androgènes** (ex. testostérone): Hormones mâles, stimulent la spermatogenèse, la croissance musculaire et osseuse, et le développement des caractères sexuels secondaires [36](#page=36). * **Œstrogènes** (ex. estradiol): Hormones féminines, développent les organes génitaux externes, stimulent l'endomètre, et déterminent les caractères sexuels secondaires féminins [36](#page=36). * **Progestatifs** (ex. progestérone): Préparent l'utérus à la nidation et maintiennent la grossesse [36](#page=36). ### 4.6 Les lipides complexes Les lipides complexes sont des molécules composées d'acides gras et d'autres groupes chimiques tels que le phosphate ou des sucres. Ils sont les principaux constituants des membranes biologiques. Il existe trois grandes familles: les glycérophospholipides, les sphingolipides et les glycérogluco-lipides [38](#page=38). #### 4.6.1 Glycérophospholipides Ce sont les lipides complexes les plus importants chez l'homme. Leur structure de base est l'acide phosphatidique, formé de glycérol, deux acides gras (souvent un saturé et un insaturé), et un acide phosphorique fixé sur le carbone C3 du glycérol [38](#page=38). * **Structure**: L'ajout d'un alcool (HO–X) sur le phosphate forme un glycérophospholipide. Ils possèdent une tête polaire (glycérophosphate + alcool) hydrophile et deux queues apolaires (acides gras) hydrophobes (#page=39, 40, 43) [39](#page=39) [40](#page=40) [43](#page=43). * **Amphiphilie**: Leur nature amphiphile leur permet de former la bicouche lipidique des membranes cellulaires, avec les têtes hydrophiles vers l'extérieur et les queues hydrophobes au centre (#page=40, 43, 44) [40](#page=40) [43](#page=43) [44](#page=44). * **Variété**: Les propriétés des glycérophospholipides dépendent de la nature de l'alcool fixé au phosphate, donnant lieu à différentes classes comme la phosphatidylcholine, la phosphœthanolamine, la phosphatidylsérine et le phosphatidylinositol. La cardiolipine, constituée de deux acides phosphatidiques liés par du glycérol, est un exemple spécifique trouvable dans la membrane interne des mitochondries [40](#page=40). #### 4.6.2 Sphingolipides Contrairement aux glycérophospholipides, les sphingolipides n'ont pas de glycérol dans leur squelette. Ce dernier est formé par une molécule appelée sphingosine. La sphingosine est un amino-dialcool à 18 carbones avec une double liaison trans, une fonction amine (–NH₂) et deux fonctions alcool (–OH) [44](#page=44). * **Formation du céramide**: La fonction amine de la sphingosine se lie à un acide gras par une liaison amide, formant le céramide, la base des sphingolipides. Cette liaison amide est forte et stable [45](#page=45). * **Familles de sphingolipides** : * **Sphingophospholipides (ou sphingomyélines)**: Le céramide est lié à un acide phosphorique et à un alcool (comme la choline ou l'éthanolamine) par une liaison ester phosphorique. Ils sont présents dans les membranes plasmiques, surtout dans les cellules nerveuses, et abondants dans la gaine de myéline. Une enzyme, la sphingomyélinase, hydrolyse la sphingomyéline; sa défaillance cause des maladies lysosomales comme la maladie de Niemann-Pick [46](#page=46). * **Sphingoglycolipides**: Le céramide est lié à un ou plusieurs sucres au niveau du carbone 1, et ils sont sans phosphate [47](#page=47). * **Cérébrosides**: Liés à un seul ose, trouvés dans le tissu nerveux et les membranes [47](#page=47). * **Gangliosides (ou Oligosylcéramides)**: Liés à plusieurs oses, y compris souvent un acide sialique. Ils sont abondants dans les neurones du cerveau et jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire et l'interaction avec certaines toxines ou virus. Le ganglioside GM1, par exemple, est impliqué dans la reconnaissance neuronale et sert de point d'entrée à la toxine cholérique [47](#page=47). --- # Structure, propriétés et classification des acides aminés Voici une synthèse sur la structure, les propriétés et la classification des acides aminés, destinée à servir de guide d'étude complet pour les examens. ## 5. Structure, propriétés et classification des acides aminés Ce chapitre explore la nature fondamentale des acides aminés, leurs caractéristiques structurelles, la manière dont ils sont classifiés, leurs propriétés physicochimiques distinctives et leurs diverses fonctions au sein des organismes vivants. ### 5.1 Définition et structure générale des acides aminés Les acides aminés (AA) sont les briques élémentaires constituant les protéines. Une protéine est une longue chaîne d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques. Il existe plus de 300 acides aminés connus, mais seulement 20 sont standard et utilisés par l'organisme pour la synthèse protéique; ils sont appelés acides aminés protéinogènes ou standards. Les autres sont qualifiés de non protéinogènes [48](#page=48) [49](#page=49). La structure de base d'un acide aminé est la suivante : ``` H | NH₂ —C —COOH | R ``` Les éléments clés sont : * **Groupe amine (NH₂)**: C'est une fonction basique, capable de capter un proton (H⁺). Il est aussi appelé extrémité N-terminale [49](#page=49). * **Groupe carboxylique (COOH)**: C'est une fonction acide, capable de libérer un proton (H⁺). Il est aussi appelé extrémité C-terminale [49](#page=49). * **Atome d'hydrogène (H)**: Il est lié au carbone central [49](#page=49). * **Radical (R) ou chaîne latérale**: Il varie d'un acide aminé à l'autre et détermine l'identité de l'acide aminé [49](#page=49). * **Carbone central (Cα)**: Il est aussi appelé carbone alpha. Il est lié aux quatre éléments mentionnés ci-dessus [49](#page=49). #### 5.1.1 Chiralité et stéréoisomérie Le carbone alpha (Cα) est généralement asymétrique (lié à quatre groupes différents), ce qui rend la plupart des acides aminés chiraux, sauf la glycine où R=H. Les acides aminés chiraux existent sous deux formes images miroir, non superposables, appelées énantiomères: la forme L (lévogyre) et la forme D (dextrogyre). Dans les protéines humaines, seuls les acides aminés de la série L sont utilisés [49](#page=49) [71](#page=71). ### 5.2 Classification des acides aminés #### 5.2.1 Essentiels et non essentiels Les acides aminés sont classifiés selon leur capacité à être synthétisés par l'organisme : * **Acides aminés essentiels (ou indispensables)**: L'organisme ne peut pas les fabriquer et ils doivent être apportés par l'alimentation. Leur manque bloque la synthèse protéique [50](#page=50). * Les 8 acides aminés essentiels chez l'homme sont: Arginine*, Histidine*, Isoleucine, Leucine, Lysine, Méthionine, Phénylalanine, Thréonine, Tryptophane, Valine [50](#page=50). * L'Arginine et l'Histidine sont dites semi-essentielles, particulièrement importantes chez l'enfant en croissance [50](#page=50). * **Acides aminés non essentiels (ou dispensables)**: L'organisme peut les synthétiser lui-même à partir d'autres composés métaboliques (glucose, acides gras, etc.) [50](#page=50). * Les acides aminés non essentiels sont: Alanine, Asparagine, Acide aspartique, Cystéine, Acide glutamique, Glutamine, Glycine, Proline, Sérine, Tyrosine [50](#page=50). * L'Arginine et l'Histidine peuvent également être considérés comme non essentiels selon le contexte physiologique [50](#page=50). #### 5.2.2 Fonctions diverses des acides aminés Au-delà de leur rôle structural dans les protéines, les acides aminés remplissent diverses fonctions métaboliques : * **Structural**: Composants des protéines [51](#page=51). * **Énergétique**: Peuvent être dégradés pour fournir de l'énergie ou former du glucose (néoglucogenèse) [51](#page=51). * **Métabolique / Précurseur**: Servent à former d'autres molécules métaboliques importantes. Par exemple, la tyrosine est un précurseur des hormones thyroïdiennes et de la dopamine [51](#page=51). * **Signalisation / Récepteur**: Certains agissent comme neurotransmetteurs (ex: glutamate) [51](#page=51). #### 5.2.3 Classification selon la structure de la chaîne latérale (R) Cette classification est la plus détaillée et permet de comprendre les propriétés physicochimiques des acides aminés. **5.2.3.1 Acides aminés aliphatiques** Ce groupe regroupe des acides aminés dont la chaîne latérale R est composée d'atomes de carbone et d'hydrogène, sans cycles aromatiques ou polaires. Ils sont généralement hydrophobes [51](#page=51). * **Acides aminés aliphatiques simples** : * **Glycine (Gly, G)**: La chaîne latérale R est un simple atome d'hydrogène (R=H). C'est le plus simple des acides aminés. Son Cα n'est pas asymétrique, donc elle n'est pas chirale. Sa petite taille confère une grande flexibilité aux protéines [51](#page=51). * **Alanine (Ala, A)**: La chaîne latérale R est un groupe méthyle (R=CH₃). Elle est petite et hydrophobe [51](#page=51). * **Acides aminés aliphatiques ramifiés**: Leur chaîne carbonée R est divisée en plusieurs branches, les rendant volumineux et très hydrophobes [52](#page=52). * **Valine (Val, V)**: R = –CH(CH₃)₂ (forme de "V") [52](#page=52). * **Leucine (Leu, L)**: R = –CH₂–CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Isoleucine (Ile, I)**: R = –CH(CH₃)–CH₂–CH₃. Isomère de la leucine [52](#page=52). **5.2.3.2 Acides aminés hydroxylés** Leur chaîne latérale R contient un groupe hydroxyle (–OH), ce qui les rend polaires et hydrophiles [53](#page=53). * **Sérine (Ser, S)**: R = –CH₂–OH. Le groupe –OH est porté par un carbone primaire. Elle est hydrophile, peut former des liaisons hydrogène et peut être phosphorylée (ajout d'un groupe phosphate). La phosphorylation est un mécanisme de régulation important. La sérine est impliquée dans la réponse aux dommages de l'ADN, souvent en tant que site de phosphorylation par des kinases comme ATM [53](#page=53) [54](#page=54). * **Thréonine (Thr, T)**: Similaire à la sérine, avec un groupe –OH dans sa chaîne latérale [53](#page=53). **5.2.3.3 Acides aminés soufrés** Leur chaîne latérale contient un atome de soufre (S) [55](#page=55). * **Cystéine (Cys, C)**: R = –CH₂–SH. Contient un groupe thiol (–SH). Le groupe thiol est très réactif et peut former des ponts disulfure (–S–S–) entre deux cystéines (formant la cystine), stabilisant la structure tridimensionnelle des protéines. Les cheveux et les ongles en contiennent beaucoup [55](#page=55). * **Méthionine (Met, M)**: Contient un groupe thioéther (–S–CH₃). Moins réactif que le thiol de la cystéine. Elle est le premier acide aminé de toute protéine et est essentielle pour la synthèse protéique. Elle peut être transformée en S-adénosylméthionine (SAM), une forme activée agissant comme donneur de groupe méthyle (–CH₃) dans de nombreuses réactions, notamment la méthylation de l'ADN. La méthylation de l'ADN est un mécanisme épigénétique qui régule l'expression des gènes [56](#page=56). **5.2.3.4 Acides aminés acides et amides** Ce groupe possède un groupe carboxyle (-COOH) ou un amide (-C NH₂) dans leur chaîne latérale [57](#page=57). * **Acides aminés acides** : Contiennent un groupe carboxyle supplémentaire dans R, les rendant acides. * **Acide aspartique (Asp, D)**: R = –CH₂–COOH. Il possède deux groupes carboxyles. Il est impliqué dans la synthèse de l'urée et sert de précurseur dans la transamination. Il est essentiel au cycle de l'urée pour éliminer l'ammoniac toxique [57](#page=57) [59](#page=59). * **Acide glutamique (Glu, E)**: R = –CH₂–CH₂–COOH. Similaire à l'acide aspartique [57](#page=57). * **Amides dérivés** : Dérivés des acides aspartique et glutamique, où le groupe –COOH de la chaîne latérale est remplacé par –C NH₂. * **Asparagine (Asn, N)**: Dérive de l'aspartate [60](#page=60). * **Glutamine (Gln, Q)**: Dérive du glutamate. Les amides sont solubles et servent au transport de l'azote sous forme non toxique dans l'organisme [60](#page=60). **5.2.3.5 Acides aminés basiques (dibeaux)** Ils possèdent deux fonctions basiques dans leur structure, leur conférant une charge positive à pH physiologique [61](#page=61). * **Lysine (Lys, K)**: R contient un groupe ε-amino (–NH₂). Elle participe aux protéines structurales comme le collagène. Elle peut subir une hydroxylation post-traductionnelle pour former la 5-hydroxylysine, importante pour la stabilité du collagène [61](#page=61) [62](#page=62). * **Arginine (Arg, R)**: R contient un groupement guanidyle, plus basique que celui de la lysine. Elle est un précurseur de l'urée dans le cycle de l'urée. Elle est aussi transformée en oxyde nitrique (NO), un important messager cellulaire impliqué dans la vasodilatation [63](#page=63). * **Histidine (His, H)**: R contient un groupement imidazole. Ce groupement a un pKa proche du pH physiologique, ce qui permet à l'histidine d'agir comme tampon biologique, stabilisant le pH dans les protéines comme l'hémoglobine. L'histidine est indispensable pendant la croissance. Elle est souvent impliquée dans les sites actifs des enzymes [62](#page=62). **5.2.3.6 Acides aminés aromatiques** Leur chaîne latérale contient un cycle benzénique ou des cycles aromatiques. Ces cycles les rendent stables, capables d'absorber les UV et généralement hydrophobes. Ils sont précurseurs de molécules essentielles [64](#page=64). * **Phénylalanine (Phe, F)**: R est un groupe phényle (cycle benzénique). Elle est indispensable et très hydrophobe. Elle peut être hydroxylée en tyrosine [64](#page=64). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: R est un groupe phénol (cycle benzénique avec un –OH). Elle est semi-essentielle. C'est un précurseur des hormones thyroïdiennes, des neurotransmetteurs (adrénaline, dopamine) et de la mélanine [50](#page=50) [65](#page=65). * **Tryptophane (Trp, W)**: R est un groupe indole (double cycle aromatique avec un azote). Il est indispensable [50](#page=50) [65](#page=65). **5.2.3.7 Acides imino** * **Proline (Pro, P)**: La proline est unique car son groupe amine n'est pas primaire mais secondaire, étant intégré dans un cycle avec sa chaîne latérale. Ceci lui confère une structure rigide et joue un rôle essentiel dans la structure des protéines, notamment le collagène. Elle peut subir une hydroxylation post-traductionnelle, nécessitant de la vitamine C [66](#page=66). ### 5.3 Propriétés physicochimiques des acides aminés #### 5.3.1 Polarité et solubilité La polarité d'une molécule dépend de la répartition des charges électriques. Une molécule polaire interagit avec l'eau (hydrophile), tandis qu'une molécule non polaire est hydrophobe [67](#page=67). Les acides aminés sont classifiés selon la polarité de leur chaîne latérale R : * **Non polaire (hydrophobe)**: Insensible à l'eau, tend à se rassembler au centre des protéines. Exemples: Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp, Gly [67](#page=67) [68](#page=68). * **Polaire non ionisable (hydrophile)**: Polaire mais sans charge nette à pH physiologique. Soluble dans l'eau, peut former des liaisons hydrogène. Exemples: Ser, Thr, Tyr, Cys, Asn, Gln [67](#page=67) [69](#page=69). * **Polaire ionisable**: Charge nette positive ou négative selon le pH. Très soluble [70](#page=70). * **Acides** (chargés négativement à pH physiologique): Asp, Glu [70](#page=70). * **Basiques** (chargés positivement à pH physiologique): Lys, Arg, His [70](#page=70). #### 5.3.2 Chiralité et pouvoir rotatoire Comme mentionné précédemment, la plupart des acides aminés sont chiraux et existent sous forme d'énantiomères L et D. Le pouvoir rotatoire est la capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée. Les énantiomères L et D ont les mêmes propriétés chimiques ordinaires mais des propriétés biologiques différentes car les systèmes biologiques (enzymes, récepteurs) sont chiraux. Les organismes vivants utilisent principalement les acides aminés de la série L. La notation D/L indique la configuration spatiale (par rapport au glycéryldéhyde), tandis que +/- indique le sens de rotation de la lumière polarisée [71](#page=71) [72](#page=72) [73](#page=73). #### 5.3.3 Absorption UV Certains acides aminés, notamment ceux possédant un noyau aromatique (Phénylalanine, Tyrosine, Tryptophane), absorbent la lumière UV (entre 260 et 280 nm). L'intensité de l'absorption est proportionnelle à leur concentration (ou celle des protéines qui les contiennent), permettant leur dosage par spectrophotométrie UV [72](#page=72) [73](#page=73). #### 5.3.4 Comportement en fonction du pH Les acides aminés sont **amphotères**: ils peuvent agir comme un acide (donneur de H⁺) et comme une base (accepteur de H⁺) grâce à leurs groupes –COOH et –NH₂ ionisables [74](#page=74). * **En milieu acide (pH faible)**: Le groupe amine capte un H⁺ (devient –NH₃⁺) et le groupe carboxyle reste –COOH. La molécule a une charge globale positive [74](#page=74). * **En milieu neutre (pH ≈ 7)**: Le groupe carboxyle perd un H⁺ (devient –COO⁻) et le groupe amine reste –NH₃⁺. La molécule est un **zwitterion**, portant des charges opposées mais une charge globale nulle [74](#page=74). * **En milieu basique (pH élevé)**: Le groupe amine perd un H⁺ (devient –NH₂) et le groupe carboxyle reste –COO⁻. La molécule a une charge globale négative [74](#page=74). Chaque fonction ionisable possède un pKa. Le **pHi** (point isoélectrique) est le pH auquel la molécule existe majoritairement sous forme zwitterionique, avec une charge nette nulle. Le pHi peut être calculé à partir des pKa des groupes ionisables du groupement R, du groupe carboxyle (pK₁) et du groupe amine (pK₂) [75](#page=75). Cette propriété permet de séparer les acides aminés par électrophorèse : * Si pH < pHi, l'AA est positif et migre vers la cathode (pôle négatif). * Si pH > pHi, l'AA est négatif et migre vers l'anode (pôle positif). * Si pH = pHi, l'AA ne migre pas. ### 5.4 Réactions chimiques des acides aminés Les acides aminés peuvent subir diverses réactions : * **Décarboxylation**: Perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de CO₂, catalysée par des décarboxylases. Elle produit des amines biologiquement actives. Par exemple, l'histidine est décarboxylée en histamine [76](#page=76). * **Amidation**: Réaction entre un groupe carboxyle et un groupe amine pour former un amide et de l'eau. C'est la base de la formation des liaisons peptidiques [76](#page=76). * **Estérification**: Réaction d'un acide carboxylique avec un alcool pour former un ester. Utilisée pour protéger temporairement les groupes COOH en synthèse [77](#page=77). * **Déamination oxydative**: Perte du groupe amine (–NH₂) sous forme d'ammoniac (NH₃), catalysée par des déshydrogénases. Elle transforme un acide aminé en acide α-cétonique. Les acides α-cétoniques peuvent entrer dans le cycle de Krebs pour produire de l'énergie ou servir de précurseurs biosynthétiques [77](#page=77) [78](#page=78). * **Transamination**: Transfert réversible d'un groupe amine d'un acide aminé vers un acide α-cétonique, catalysé par des transaminases (ou aminotransférases) avec le phosphate de pyridoxal (PLP) comme coenzyme. Cela permet la synthèse et la dégradation des acides aminés sans perte d'azote [78](#page=78). --- # Réactions et identification des acides aminés et peptides Ce thème explore les réactions chimiques spécifiques des acides aminés et les méthodes utilisées pour leur identification et leur quantification, ainsi que la structure, la nomenclature et les techniques de détermination de la séquence des peptides. ### 6.1 Réactions des acides aminés Les acides aminés subissent diverses réactions chimiques, soit au niveau de leur squelette commun (groupe amine, groupe carboxyle, carbone α), soit au niveau de leurs chaînes latérales R. #### 6.1.1 Décarboxylation La décarboxylation est la perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de dioxyde de carbone (CO₂), catalysée par des enzymes appelées décarboxylases. Cette réaction conduit à la formation d'une amine. Exemple physiologique: la décarboxylation de l'histidine conduit à la formation de l'histamine, un médiateur important dans les réponses allergiques et l'inflammation [76](#page=76). > **Tip:** Les amines physiologiquement actives formées par décarboxylation peuvent agir comme neurotransmetteurs ou messagers chimiques. #### 6.1.2 Amidation L'amidation consiste à remplacer un groupe carboxyle (–COOH) par un groupe amide. Cette réaction est fondamentale pour la formation des liaisons peptidiques entre deux acides aminés, où le groupe carboxyle d'un acide aminé réagit avec le groupe amine d'un autre, avec élimination d'eau: –COOH + –NH₂ → –CONH– + H₂O [76](#page=76). #### 6.1.3 Réactions avec les aldéhydes Les aldéhydes aromatiques, tels que le benzaldéhyde, peuvent réagir avec un groupe amine pour former une base de Schiff (–N=CH–) par élimination d'eau. Les bases de Schiff sont souvent des intermédiaires enzymatiques importants, par exemple, le phosphate de pyridoxal (PLP) forme une base de Schiff avec le carbone α de l'acide aminé lors des réactions de transamination [79](#page=79). #### 6.1.4 Réaction avec la ninhydrine La ninhydrine (C₉H₆O₄) est un agent oxydant puissant utilisé pour la détection des acides aminés. Elle réagit avec les acides aminés, les oxydant et conduisant à leur dégradation : 1. Le groupe amine (–NH₂) est libéré sous forme d'ammoniac (NH₃). 2. Le groupe carboxyle (–COOH) est perdu sous forme de CO₂. 3. Le carbone α devient un aldéhyde (R–CHO). L'ammoniac libéré réagit ensuite avec une autre molécule de ninhydrine pour former un complexe coloré appelé pourpre de Ruhemann, qui donne une couleur violet intense. Les acides aminés secondaires comme la proline et l'hydroxyproline forment un complexe de couleur bleue car leur amine est secondaire et moins réactive [79](#page=79) [80](#page=80). > **Tip:** La réaction à la ninhydrine est essentielle pour la détection qualitative et le dosage quantitatif des acides aminés, avec des applications en biochimie, médecine et criminalistique. #### 6.1.5 Réactions dépendant des chaînes latérales R Les chaînes latérales R des acides aminés peuvent participer à des réactions spécifiques. ##### 6.1.5.1 Groupement carboxyle de la chaîne latérale R Les acides aspartique et glutamique possèdent un second groupe carboxyle dans leur chaîne latérale, ce qui leur confère des propriétés acides. Ces groupes peuvent être amidés pour former de l'asparagine et de la glutamine respectivement [80](#page=80). * **Aspartate → Asparagine:** HOOC–CH(CH₂–COOH)–NH₂ + NH₃ → HOOC–CH(CH₂–C(O)NH₂)–NH₂ [80](#page=80). * **Glutamate → Glutamine:** HOOC–CH(CH₂–CH₂–COOH)–NH₂ + NH₃ → HOOC–CH(CH₂–CH₂–C(O)NH₂)–NH₂ [80](#page=80). ##### 6.1.5.2 Groupement amine de la chaîne latérale R Les acides aminés basiques comme la lysine et l'arginine possèdent un groupe amine supplémentaire dans leur chaîne latérale, ce qui leur confère une charge positive à pH physiologique. L'arginine, en particulier, est un précurseur de la créatine. ##### 6.1.5.3 Groupement hydroxyle de la chaîne latérale R La sérine, la thréonine et la tyrosine possèdent un groupe hydroxyle (–OH) dans leur chaîne latérale. Ces groupes peuvent être phosphorylés. La tyrosine peut également être iodée pour former des iodotyrosines, précurseurs des hormones thyroïdiennes T₃ et T₄ [89](#page=89). ##### 6.1.5.4 Groupement thiol de la chaîne latérale R La cystéine possède un groupe thiol (–SH) dans sa chaîne latérale. Deux groupes thiols peuvent former un pont disulfure (–S–S–) par oxydation, une réaction importante pour la stabilisation de la structure tridimensionnelle des protéines [100](#page=100). ##### 6.1.5.5 Groupement imidazole de la chaîne latérale R L'histidine possède un cycle imidazole dans sa chaîne latérale, qui peut être protoné ou déprotoné selon le pH, lui conférant un rôle tampon important. ##### 6.1.5.6 Groupement indole de la chaîne latérale R Le tryptophane possède un cycle indole dans sa chaîne latérale, qui le rend sensible à la dégradation par les acides forts. ##### 6.1.5.7 Groupement phénol de la chaîne latérale R La tyrosine possède un cycle phénol dans sa chaîne latérale, qui peut être iodé. Ce cycle est également responsable de l'absorption des UV. #### 6.1.6 Dérivés d'acides aminés Certains composés importants sont dérivés d'acides aminés : * **Créatine:** Dérivée de la glycine et de l'arginine, elle est un réservoir d'énergie dans les cellules musculaires sous forme de phosphocréatine. Sa production implique la SAM comme donneur de groupe méthyle [83](#page=83) [89](#page=89). * **Catécholamines (dopamine, noradrénaline, adrénaline):** Dérivées de la phénylalanine et de la tyrosine, elles sont des hormones et des neurotransmetteurs importants [85](#page=85). * **Tyramine:** Analogue des catécholamines, dérivé de la tyrosine par décarboxylation. On la trouve dans les aliments fermentés comme les fromages et le vin rouge [86](#page=86). * **Tryptamine:** Analogue des catécholamines, dérivé du tryptophane par décarboxylation. Elle est un vasoconstricteur puissant [87](#page=87). * **Sérotonine (5-hydroxytryptamine):** Dérivée du tryptophane par hydroxylation puis décarboxylation. C'est un neurotransmetteur essentiel régulant le sommeil, l'humeur et l'appétit [87](#page=87). * **S-Adénosyl-Méthionine (SAM):** Dérivée de la méthionine et de l'ATP, c'est un donneur universel de groupes méthyle pour de nombreuses réactions de méthylation, y compris la synthèse de créatine (#page=88, 89) [88](#page=88) [89](#page=89). * **Iodotyrosines:** Dérivées iodées de la tyrosine, précurseurs des hormones thyroïdiennes T₃ et T₄ [89](#page=89). * **Urée:** Principal déchet azoté du métabolisme des protéines chez les mammifères, formée lors du cycle de l'urée . * **Créatinine:** Déchet métabolique de la créatine, utilisée comme marqueur de la fonction rénale [85](#page=85). ### 6.2 Méthodes d'identification et de quantification des acides aminés Ces méthodes permettent de déterminer la présence (identification) et la quantité (quantification) d'acides aminés dans un échantillon. #### 6.2.1 Méthodes d'identification (qualitatives) ##### 6.2.1.1 Électrophorèse L'électrophorèse sépare les acides aminés en fonction de leur charge électrique à un pH donné, en les faisant migrer dans un champ électrique appliqué à travers un support poreux (tampon). Les acides aminés chargés positivement migrent vers la cathode (négative) et ceux chargés négativement migrent vers l'anode (positive). Les acides aminés neutres ne migrent pas. La position de migration dépend de la charge nette de l'acide aminé à ce pH [90](#page=90). ##### 6.2.1.2 Chromatographie La chromatographie est une technique de séparation basée sur la distribution différentielle des composants d'un mélange entre deux phases: une phase stationnaire (fixe) et une phase mobile (en mouvement) [90](#page=90). * **Principe général :** Les acides aminés sont déposés sur la phase stationnaire et entraînés par la phase mobile. Leur vitesse de migration dépend de leur affinité pour la phase stationnaire et de leur solubilité dans la phase mobile. * **Phases :** * **Phase stationnaire :** Support solide (papier, silice, alumine, résine) qui retient plus ou moins les acides aminés selon leurs propriétés (charge, polarité, taille). * **Phase mobile :** Solvant qui transporte les acides aminés à travers la phase stationnaire. * **Types de chromatographie utilisés pour les acides aminés :** * **Chromatographie sur couche mince (CCM):** Méthode rapide et simple utilisant une plaque recouverte de silice ou d'alumine. La migration est due à la capillarité. La révélation se fait généralement avec de la ninhydrine. Le rapport frontal (Rf) est utilisé pour identifier les acides aminés [92](#page=92). * **Chromatographie ionique :** Sépare les acides aminés en fonction de leur charge électrique. Elle utilise des résines chargées : * **Échangeuse de cations (résine chargée négativement) :** Retient les acides aminés chargés positivement (basiques). * **Échangeuse d'anions (résine chargée positivement):** Retient les acides aminés chargés négativement (acides) [93](#page=93). Le pH du milieu est crucial car il détermine la charge globale de l'acide aminé par rapport à son point isoélectrique (pHi). Les acides aminés sont élués en modifiant le pH ou la force ionique du solvant. > **Tip:** Le rapport frontal (Rf) est défini comme la distance parcourue par la tache d'un acide aminé divisée par la distance parcourue par le front du solvant. Chaque acide aminé possède un Rf caractéristique dans des conditions données [92](#page=92). #### 6.2.2 Méthodes d'identification et de quantification (quantitatives) ##### 6.2.2.1 Méthodes photométriques Ces méthodes exploitent l'absorption de la lumière ultraviolette (UV) par certaines molécules. Elles sont particulièrement utiles pour les acides aminés aromatiques (tryptophane, tyrosine, phénylalanine) qui absorbent la lumière autour de 280 nm en raison de leurs cycles aromatiques. L'intensité de l'absorbance est directement proportionnelle à la concentration de ces acides aminés [94](#page=94). ##### 6.2.2.2 Méthodes colorimétriques Ces méthodes utilisent des réactifs qui réagissent avec les acides aminés pour former des composés colorés. L'intensité de la couleur, mesurée par un spectrophotomètre, est proportionnelle à la concentration des acides aminés [95](#page=95). * **Ninhydrine :** Comme mentionné précédemment, la réaction avec la ninhydrine produit le pourpre de Ruhemann, une couleur violette intense (jaune pour la proline). L'intensité de cette couleur est mesurée à 570 nm. ### 6.3 Structure, nomenclature et détermination de la séquence des peptides #### 6.3.1 Qu'est-ce qu'un peptide ? Un peptide est une petite chaîne constituée de plusieurs acides aminés (AA) liés entre eux par des liaisons peptidiques [96](#page=96). #### 6.3.2 La liaison peptidique La liaison peptidique se forme par condensation entre le groupe carboxyle (–COOH) d'un acide aminé et le groupe amine (–NH₂) d'un autre acide aminé, avec élimination d'une molécule d'eau. C'est une liaison covalente forte, planaire et rigide due à un phénomène de résonance entre le groupe carbonyle (C=O) et l'azote (N) [96](#page=96). #### 6.3.3 Directionnalité et nomenclature * **Directionnalité :** Les peptides ont une directionnalité définie par leurs extrémités : * **Extrémité N-terminale :** Porte le groupe amine libre (–NH₂) du premier acide aminé. * **Extrémité C-terminale :** Porte le groupe carboxyle libre (–COOH) du dernier acide aminé. La séquence d'un peptide est toujours écrite de l'extrémité N-terminale vers l'extrémité C-terminale [96](#page=96). * **Nomenclature :** * Deux acides aminés : Dipeptide * Trois acides aminés : Tripeptide * Moins de 10 acides aminés : Oligopeptide * 10 à 100 acides aminés : Polypeptide * Plus de 100 acides aminés : Protéine Pour nommer un peptide, on utilise le suffixe "–yl" pour les acides aminés engagés dans la chaîne, sauf pour le dernier acide aminé C-terminal qui conserve son nom entier. Exemple: Alanine + Glycine + Tyrosine → Alanyl–Glycyl–Tyrosine [99](#page=99). #### 6.3.4 Rôle des chaînes latérales R Les chaînes latérales R des acides aminés, orientées alternativement de part et d'autre du squelette peptidique rigide, influencent la structure tridimensionnelle du peptide ou de la protéine [97](#page=97). #### 6.3.5 Détermination de la composition et de la séquence des acides aminés ##### 6.3.5.1 Détermination de la composition en acides aminés Ce processus implique la rupture complète des liaisons peptidiques pour libérer les acides aminés individuels, suivie de leur identification et de leur quantification. * **Hydrolyse acide:** Traitement du peptide avec de l'acide chlorhydrique (HCl) concentré à haute température (110 °C pendant 24 h) pour rompre les liaisons peptidiques. Cette méthode dégrade le tryptophane [100](#page=100). * **Hydrolyse alcaline:** Traitement avec de la soude (NaOH) à 100 °C pendant 4 à 8 heures. Cette méthode est utilisée pour préserver le tryptophane, qui est détruit par hydrolyse acide . * **Bris des ponts disulfure:** Les ponts disulfure (–S–S–) doivent être réduits (par exemple, avec du β-mercaptoéthanol) ou oxydés (par exemple, avec de l'acide performique) avant l'hydrolyse pour assurer une fragmentation complète du peptide [100](#page=100). * **Séparation et dosage:** Les acides aminés libérés sont ensuite séparés par chromatographie ionique et quantifiés par réaction à la ninhydrine . ##### 6.3.5.2 Détermination de la séquence des acides aminés Ces méthodes visent à déterminer l'ordre précis des acides aminés dans un peptide. * **Méthode de Sanger :** * **Principe:** Marque le groupe amine libre du premier acide aminé (N-terminal) avec du 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB, réactif de Sanger). Après hydrolyse acide, l'acide aminé marqué (jaune) est identifié par chromatographie . * **Limitation :** Ne permet d'identifier que le premier acide aminé. * **Méthode au chlorure de Dansyl (méthode de Gray) :** * **Principe:** Similaire à la méthode de Sanger, mais utilise le chlorure de Dansyl (DNS–Cl) qui réagit avec le groupe amine N-terminal pour former un dérivé fluorescent (DANSYL–AA). Après hydrolyse acide, le DANSYL–AA est détecté par fluorescence sous UV et identifié par chromatographie . * **Avantages :** Plus sensible que la méthode de Sanger et le produit final est fluorescent. * **Méthode d'Edman :** * **Principe:** Permet de déterminer la séquence d'acides aminés un par un, du N-terminal vers le C-terminal, sans détruire le reste de la chaîne. Le peptide est traité avec du phénylthioisocyanate (PITC) qui réagit avec le groupe amine N-terminal. Une réaction acide douce libère le premier acide aminé sous forme de dérivé stable (PTH–AA), laissant le reste du peptide intact mais raccourci d'un acide aminé. Le processus peut être répété pour élucider la séquence complète (#page=105, 106) . * **Produit :** Le dérivé phénylthiohydantoïne (PTH–AA) est identifiable par chromatographie ou spectrométrie. * **Méthodes enzymatiques aux aminopeptidases :** * **Principe:** Les exopeptidases, comme les aminopeptidases, coupent les liaisons peptidiques spécifiquement à l'extrémité du peptide. Les aminopeptidases agissent sur l'extrémité N-terminale, libérant les acides aminés un par un de manière séquentielle. Les carboxypeptidases agissent sur l'extrémité C-terminale . * **Détermination des acides aminés C-terminaux :** * **Carboxypeptidases:** Enzymes qui hydrolysent les liaisons peptidiques à l'extrémité C-terminale. La carboxypeptidase A libère la plupart des AA, sauf Cys, Arg, Lys. La carboxypeptidase B libère les AA basiques (Arg, Lys) . * **Hydrazinolyse:** Réaction du peptide avec de l'hydrazine (NH₂–NH₂) qui rompt toutes les liaisons peptidiques. Les acides aminés sont transformés en hydrazides, sauf le C-terminal qui conserve son groupe carboxyle libre et peut être identifié (#page=108, 109) . * **Fragmentation par endopeptidases :** Pour les peptides ou protéines trop longs, des endopeptidases spécifiques sont utilisées pour les couper en fragments plus petits. Ces enzymes coupent à des endroits précis : * **Trypsine :** Coupe après Arg et Lys (sauf si Proline suit). * **Chymotrypsine :** Coupe après Tyr, Trp, Phe. * **Pepsine :** Coupe après les AA aromatiques et hydrophobes à pH acide. * **Thermolyse :** Coupe avant les AA hydrophobes. Ces fragments sont ensuite séquencés individuellement (#page=109, 110) . * **Fragmentation chimique:** Le bromure de cyanogène (BrCN) est un réactif chimique qui coupe spécifiquement les liaisons peptidiques après la méthionine (Met) (#page=110, 111). Il réagit avec le soufre de la méthionine, entraînant la coupure de la liaison peptidique immédiatement après cet acide aminé . ### 6.4 Exemples de peptides biologiquement actifs * **Peptides hormonaux :** * **Hormones du système nerveux central:** Oxytocine (9 AA) et Vasopressine (9 AA), impliquées dans la contraction utérine, la lactation et la réabsorption d'eau . * **Hormones pancréatiques:** Insuline (51 AA, 2 chaînes) et Glucagon (29 AA), régulant la glycémie . * **Peptides à activités antibiotiques:** Produits par des bactéries ou champignons (ex: Bacitracine, Gramicidine D) . --- # Structure, propriétés et classification des protéines Les protéines sont des macromolécules essentielles à la vie, caractérisées par leur structure complexe et leurs fonctions diversifiées. Cette section explore leur composition, leurs niveaux d'organisation structurale, leurs propriétés physiques et chimiques, ainsi que leur classification . ### 7.1 Définition et composition des protéines Les protéines sont des macromolécules formées par l'assemblage d'acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques. L'ordre spécifique de ces acides aminés, appelé séquence primaire, est déterminé génétiquement. Cette séquence détermine la conformation tridimensionnelle de la protéine, indispensable à son activité biologique . Les protéines sont principalement constituées des éléments carbone (C), hydrogène (H), oxygène (O), azote (N), et souvent du soufre (S). Les 20 acides aminés standards sont les briques élémentaires de la majorité des protéines naturelles. Certaines protéines subissent des modifications post-traductionnelles, conduisant à la formation d'acides aminés dérivés comme l'hydroxyproline et l'hydroxylysine, particulièrement abondants dans le collagène pour la stabilisation des fibres . ### 7.2 Niveaux de structure protéique Les protéines présentent quatre niveaux d'organisation structurale : #### 7.2.1 Structure primaire La structure primaire correspond à la séquence linéaire des acides aminés dans la chaîne polypeptidique, incluant les ponts disulfure. Elle est codée par les gènes et résultante de la traduction de l'ARNm. La lecture de la séquence commence à l'extrémité N-terminale . #### 7.2.2 Structure secondaire La structure secondaire décrit le repliement local de la chaîne polypeptidique, stabilisé par des liaisons hydrogène 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. Les liaisons hydrogène se forment entre l'oxygène d'un groupement carboxyle et l'hydrogène d'un groupement aminé au sein de la même chaîne . * **Feuillet β:** Formé par l'association d'au moins deux brins β, maintenus par des liaisons hydrogène entre les groupements carbonyle (-CO) et amine (-NH) de peptides adjacents. Les brins β peuvent être antiparallèles ou parallèles . #### 7.2.3 Structure tertiaire La structure tertiaire représente la conformation tridimensionnelle complète de la protéine. Les régions riches en hélice α ou feuillet β, ou des combinaisons des deux, contribuent à cette structure. Elle est cruciale pour la fonctionnalité de la protéine, notamment pour la formation du site actif des enzymes. Les chaînes latérales hydrophiles sont orientées vers l'extérieur, tandis que les chaînes latérales hydrophobes forment un cœur hydrophobe à l'intérieur. Cette structure est stabilisée par divers types de liaisons : * **Liaisons covalentes:** Ponts disulfure entre résidus cystéine . * **Liaisons non covalentes:** Liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes et ioniques . #### 7.2.4 Structure quaternaire La structure quaternaire concerne l'association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine active. On distingue : * **Homopolymères:** Sous-unités identiques . * **Hétéropolymères:** Sous-unités différentes . Un exemple est l'hémoglobine A, un hétérotétramère composé de deux sous-unités α et deux sous-unités β . ### 7.3 Propriétés physiques des protéines #### 7.3.1 La solubilité La majorité des protéines sont solubles dans l'eau, ce sont les protéines globulaires. Les protéines insolubles dans l'eau sont des scléroprotéines, aussi appelées protéines fibreuses . #### 7.3.2 La cristallisation Les protéines peuvent être cristallisées en manipulant le pH, la concentration saline (force ionique) et l'utilisation de solvants organiques qui réduisent leur solubilité dans l'eau, favorisant l'agrégation ordonnée . #### 7.3.3 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 permet de détecter la présence de protéines en formant un complexe coloré violet avec les ions cuivriques en milieu alcalin, avec un maximum d'absorption à 540 nm, propriété utilisée pour le dosage des protéines sanguines . #### 7.3.4 Masse moléculaire (MM) Chaque protéine possède une masse moléculaire caractéristique, supérieure à 6000 Daltons (Da). La détermination de la MM peut être réalisée par chromatographie par gel-filtration, où les protéines sont séparées selon leur taille sur des gels de dextranes . ### 7.4 Propriétés chimiques des protéines #### 7.4.1 Élément constitutifs et réactivité Les protéines contiennent les éléments C, H, O, N et souvent S. Leur réactivité est déterminée par les propriétés des acides aminés qui les composent. Une protéine majoritairement composée d'acides aminés basiques aura une tendance basique, tandis qu'une protéine majoritairement composée d'acides aminés acides aura une tendance acide . #### 7.4.2 Caractère amphotère Les protéines sont amphotères, c'est-à-dire qu'elles peuvent agir comme un acide (donneur de proton H⁺) ou comme une base (accepteur de proton H⁺). Cette propriété provient de la présence de groupes ionisables : * **Extrémités de la chaîne peptidique:** Groupement carboxyle terminal (-COOH / COO⁻) et groupement amine terminal (-NH₂ / NH₃⁺) . * **Chaînes latérales des acides aminés:** Groupements acides (-COOH d'Asp, Glu), groupements basiques (-NH₂ de Lys, Arg, His), et autres groupements polaires (-OH de Tyr, Ser, -SH de Cys) . La charge globale de la protéine varie en fonction du pH du milieu . #### 7.4.3 Le point isoélectrique (pI) Le point isoélectrique (pI) est le pH auquel les charges positives et négatives de la protéine sont équilibrées, résultant en une charge nette nulle. Au pI : * La protéine ne migre pas dans un champ électrique (électrophorèse) . * Elle est souvent moins soluble, ce qui peut entraîner sa précipitation . > **Tip:** Après une électrophorèse, les protéines sont généralement révélées par une coloration au bleu de Coomassie . ### 7.5 Propriétés biologiques des protéines Les protéines présentent diverses propriétés biologiques, notamment : * **Propriétés antigéniques:** Les protéines peuvent induire la synthèse d'anticorps . * **Activités biologiques spécifiques :** * Catalyse enzymatique . * Fonction hormonale (ex: hormone de croissance - GH, érythropoïétine - EPO) . * Activité toxique (ex: exotoxines bactériennes) . * Activité antibiotique (ex: VanX, une protéine hydrolase) . ### 7.6 Classification des protéines Les protéines sont classées en deux grandes catégories : les holoprotéines et les hétéroprotéines. #### 7.6.1 Les holoprotéines Les holoprotéines sont entièrement constituées d'acides aminés. On les divise en fonction de leur forme : * **Holoprotéines globulaires solubles:** Ces protéines ont une forme sphéroïde et sont solubles dans l'eau grâce à l'orientation des chaînes latérales hydrophobes à l'intérieur de la molécule. Elles incluent la majorité des protéines fonctionnelles comme les enzymes, les hormones et les anticorps . * **Albumines:** Représentent environ 60 % des protéines sériques, jouant un rôle clé dans le maintien de la pression oncotique et le transport de diverses substances. La pression oncotique maintient l'équilibre hydrique dans le sang et prévient la formation d'œdèmes . * **Globulines:** Représentent environ 40 % des protéines sériques et jouent des rôles dans le transport de molécules, la défense immunitaire, la coagulation et la réponse inflammatoire. Elles sont classées selon leur mobilité électrophorétique : * **α-globulines:** Inhibent des enzymes, transportent hormones et lipides . * **α₂-globulines:** Transportent le fer et le cuivre, défendent contre les protéases . * **β-globulines:** Transportent le fer, participent à la réponse immunitaire . * **γ-globulines (Immunoglobulines):** Anticorps impliqués dans la défense immunitaire spécifique, forment la fraction la moins mobile en électrophorèse . > **Example:** L'électrophorèse des protéines sériques sur gel d'agarose est une méthode diagnostique permettant de séparer et visualiser les différentes fractions protéiques du sérum en fonction de leur charge et de leur taille . #### 7.6.2 Les hétéroprotéines Les hétéroprotéines sont composées d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique appelée groupement prosthétique. Le groupement prosthétique peut être : * **Groupement phosphorique:** Phosphoprotéines (ex: caséine du lait) . * **Acide nucléique:** Nucléoprotéines (ex: télomérase) . * **Sucre:** Glycoprotéines. La glycosylation peut être N-liée (sur l'azote d'un résidu d'asparagine) ou O-liée (sur l'hydroxyle d'un résidu de sérine ou thréonine). Elles sont impliquées dans la protection des épithéliums (mucines), la défense immunitaire (immunoglobulines) et la détermination des groupes sanguins . * **Lipide:** Lipoprotéines. Ces complexes assurent le transport des lipides dans le plasma sanguin. Elles sont classées en cinq classes selon leur densité: chylomicrons, VLDL, IDL, LDL et HDL . * **Pigment coloré:** Chromoprotéines . --- ## 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 | |------|------------| | Filiation des aldoses | La filiation des aldoses est un ensemble de réactions chimiques qui permettent de relier les oses entre eux selon leur nombre d’atomes de carbone, permettant d’allonger ou de raccourcir une chaîne carbonée et d’établir une relation généalogique entre les différents oses. | | Synthèse de Kiliani-Fischer | Une méthode chimique qui permet d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose en ajoutant un atome de carbone, entraînant la formation d'un nouveau carbone asymétrique et potentiellement deux sucres différents (épimères) en solution. | | Aldose | Un monosaccharide qui possède un groupe aldéhyde (–CHO) et qui peut être oxydé pour former un acide carboxylique, un acide aldarique ou un aldono-lactone. | | Cétose | Un monosaccharide qui possède un groupe cétone (–CO–) dans sa structure carbonée, typiquement en position 2, et qui peut être oxydé en position cétone pour former un acide polyhydroxylé. | | Hémiactéal | Une molécule formée par la réaction d'un groupe hydroxyle (alcool) avec un groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) au sein de la même molécule, créant un cycle et un nouveau centre chiral. | | Projection de Fischer | Représentation bidimensionnelle des molécules en 3D, où les chaînes carbonées sont verticales et les substituants horizontaux, utilisée pour visualiser la stéréochimie des sucres. | | Projection de Haworth | Représentation tridimensionnelle simplifiée des cycles des sucres, montrant l'anneau du cycle, la position des substituants (groupes OH, etc.) et le carbone anomérique. | | Carbone anomérique | Le carbone du groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) qui devient un centre chiral après la cyclisation de l'ose, pouvant exister sous forme alpha (α) ou bêta (β) selon la position du groupe hydroxyle. | | Pyranose | Cycle de sucre à six atomes, formé par la cyclisation d'un ose impliquant le groupe hydroxyle du carbone 5, comparable à la structure du pyrane. | | Furanose | Cycle de sucre à cinq atomes, formé par la cyclisation d'un ose impliquant le groupe hydroxyle du carbone 4, comparable à la structure du furane. | | Holoside | Un oside composé uniquement de sucres (oses ou leurs dérivés), formé par la liaison glycosidique entre plusieurs molécules de sucres, comme les oligosides et les polyosides. | | Hétéroside | Une molécule complexe formée d'une partie glucidique (ose ou oside) et d'une partie non glucidique (aglycone), liée par une liaison osidique ou glycosidique. | | Liaison glycosidique | Liaison covalente formée entre le carbone anomérique d'un ose et un groupe hydroxyle (–OH) ou amine (–NH₂) d'une autre molécule, typique des osides et des hétérosides. | | Oligoside | Un oside composé de 2 à 10 unités d'oses reliées par des liaisons glycosidiques, comme le maltose, le saccharose ou le lactose. | | Polyside (Polysaccharide) | Un glucide complexe formé par la condensation de nombreuses molécules d'oses (plus de 10), jouant des rôles de réserve énergétique (amidon, glycogène) ou structuraux (cellulose, chitine). | | Lipides | Composés organiques principalement formés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, caractérisés par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires. | | Acide gras | Molécule organique constituée d'une longue chaîne carbonée (hydrophobe) terminée par un groupe acide carboxylique (–COOH) (hydrophile), formant la base de nombreux lipides. | | Triglycéride | Ester formé par la réaction entre le glycérol et trois molécules d'acides gras, constituant la principale forme de stockage d'énergie dans l'organisme. | | Phospholipide | Lipide complexe contenant une molécule de glycérol, deux acides gras, un groupe phosphate et souvent un alcool, formant la bicouche lipidique des membranes cellulaires. | | Sphingolipide | Lipide complexe dont le squelette est formé par la sphingosine (un amino-alcool) au lieu du glycérol, souvent présent dans le système nerveux. | | Stéride | Lipide simple formé par l'estérification d'un stérol (comme le cholestérol) avec un acide gras, jouant un rôle dans le stockage et le transport du cholestérol. | | Acide aminé | Molécule organique possédant à la fois une fonction amine (–NH₂) et une fonction acide carboxylique (–COOH), constituant la base des protéines. | | Liaison peptidique | Liaison covalente formée entre le groupe carboxyle d'un acide aminé et le groupe amine d'un autre acide aminé, avec élimination d'une molécule d'eau, reliant les acides aminés dans les peptides et les protéines. | | Peptide | Molécule courte constituée de plusieurs acides aminés reliés par des liaisons peptidiques (de 2 à moins de 50 acides aminés). | | Protéine | Macromolécule complexe formée d'une longue chaîne d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, adoptant une structure tridimensionnelle spécifique essentielle à sa fonction biologique. | | Structure primaire | Séquence linéaire des acides aminés dans une chaîne polypeptidique, déterminée génétiquement et stabilisée par des ponts disulfure dans certains cas. | | Structure secondaire | Repliement local d'une chaîne polypeptidique en structures régulières comme l'hélice α ou le feuillet β, stabilisé par des liaisons hydrogène. | | Structure tertiaire | Conformation tridimensionnelle complète d'une chaîne polypeptidique, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés, essentielle à la fonction de la protéine. | | Structure quaternaire | Association de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine fonctionnelle, stabilisée par diverses interactions non covalentes et parfois des ponts disulfure. | | Zwitterion | Molécule possédant à la fois une charge positive et une charge négative, résultant de la dissociation des groupes acide et basique d'un acide aminé ou d'une protéine, conduisant à une charge globale neutre. | | Point isoélectrique (pHi) | Le pH auquel un acide aminé ou une protéine possède une charge globale nette nulle, se trouvant sous forme zwitterionique majoritaire et ayant une mobilité électrophorétique nulle. | | Électrophorèse | Technique de séparation des molécules chargées (comme les acides aminés et les protéines) basée sur leur migration dans un champ électrique, dépendant de leur charge, de leur taille et de la composition du milieu. | | Chromatographie | Technique de séparation des mélanges basée sur la distribution différentielle des composants entre une phase stationnaire (fixe) et une phase mobile (en mouvement). | | Ninhydrine | Réactif chimique utilisé pour la détection et le dosage des acides aminés et des peptides par réaction avec le groupe amine, produisant une coloration violette ou bleue caractéristique. | | Pont disulfure | Liaison covalente forte (S–S) formée entre deux groupes thiol (–SH) de deux résidus cystéine, stabilisant la structure tridimensionnelle des protéines. | | Décarboxylation | Réaction chimique entraînant la perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de dioxyde de carbone (CO₂), souvent catalysée par des enzymes décarboxylases. | | Amidation | Réaction chimique transformant un groupe carboxyle (–COOH) en groupe amide (–CONH₂) ou une amine (–NH₂) en un groupe amide (–CONH–), essentielle à la formation des liaisons peptidiques. | | Estérification | Réaction entre un acide carboxylique et un alcool en présence d'un catalyseur acide fort pour former un ester et de l'eau, utilisée dans la synthèse de nombreux lipides et la protection de groupes fonctionnels. | | Déshydroxylation | Perte d'un groupe hydroxyle (–OH) d'une molécule, souvent catalysée par des enzymes déshydrogénases. | | Transamination | Réaction chimique de transfert d'un groupe amine (–NH₂) d'un acide aminé à un acide cétonique, catalysée par des transaminases (ou aminotransférases), essentielle au métabolisme des acides aminés. | | Cycle de l'urée | Voie métabolique hépatique qui transforme l'ammoniac (NH₃), toxique, en urée, non toxique, pour son élimination par les reins. | | Acides aminés dibasiques | Acides aminés possédant deux fonctions basiques capables de capter des protons (H⁺), soit deux groupes amine ou un groupe amine et un groupe guanidinium, comme la lysine, l'arginine et l'histidine. | | Acides aminés aromatiques | Acides aminés dont la chaîne latérale R contient un cycle benzénique ou un cycle similaire, comme la phénylalanine, la tyrosine et le tryptophane, capables d'absorber la lumière UV. | | Acide imino | Acide aminé particulier (proline) où le groupe amine primaire est intégré dans un cycle avec la chaîne latérale, formant une fonction amine secondaire. | | Hydroxylation post-traductionnelle | Modification chimique d'une protéine après sa synthèse, impliquant l'ajout d'un groupe hydroxyle (–OH) à certains résidus d'acides aminés, comme la proline et la lysine, stabilisant des structures comme le collagène. | | Phosphorylation | Ajout d'un groupe phosphate (–PO₄²⁻) à une molécule, souvent sur des résidus sérine, thréonine ou tyrosine de protéines, un mécanisme clé de régulation de l'activité enzymatique et de la signalisation cellulaire. | | O-glycosylation | Modification post-traductionnelle impliquant l'ajout d'une chaîne de sucres (glycosyle) à un groupe hydroxyle (–OH) d'un résidu sérine ou thréonine d'une protéine. | | Pont disulfure | Liaison covalente S–S formée entre deux résidus cystéine, stabilisant la structure tridimensionnelle des protéines. | | Créatine | Petite molécule azotée synthétisée à partir de la glycine, de l'arginine et de la méthionine, servant de réservoir d'énergie rapide dans les cellules musculaires sous forme de phosphocréatine. | | Créatinine | Déchet métabolique cyclique dérivé de la créatine et de la phosphocréatine, éliminé par les reins, dont le taux sanguin est un indicateur de la fonction rénale. | | Catécholamines | Molécules dérivées d'acides aminés aromatiques (phénylalanine, tyrosine), contenant un cycle catéchol et une fonction amine, agissant comme hormones et neurotransmetteurs (adrénaline, noradrénaline, dopamine). | | Tyramine | Analogue des catécholamines dérivé de la tyrosine par décarboxylation, agissant comme un sympathomimétique indirect, provoquant vasoconstriction et augmentation de la pression artérielle. | | Tryptamine | Analogue des catécholamines dérivé du tryptophane par décarboxylation, agissant comme un vasoconstricteur puissant et mimant les effets des catécholamines. | | Sérotonine (5-hydroxytryptamine) | Neurotransmetteur et hormone dérivé du tryptophane, jouant un rôle dans la régulation du sommeil, de l'humeur, de l'appétit et de la coagulation sanguine. | | S-Adénosyl-méthionine (SAM) | Coenzyme dérivé de la méthionine et de l'ATP, agissant comme donneur de groupe méthyle (–CH₃) dans de nombreuses réactions de méthylation, essentielles à la régulation de l'expression génique. | | Holoprotéines | Protéines composées uniquement d'acides aminés, sans partie non protéique, pouvant être globulaires (solubles) ou fibreuses (insolubles). | | Hétéroprotéines | Protéines formées d'une partie protéique (apoprotéine) liée à une partie non protéique (groupement prosthétique), comme les phosphoprotéines, nucléoprotéines, glycoprotéines, lipoprotéines et chromoprotéines. | | Albumine | Protéine globulaire soluble la plus abondante du plasma sanguin, jouant un rôle majeur dans le maintien de la pression oncotique et le transport de diverses substances. | | Globulines | Protéines globulaires solubles présentes dans le sérum sanguin, classées en fractions (alpha, bêta, gamma) selon leur mobilité électrophorétique, impliquées dans le transport, la défense immunitaire, la coagulation et l'inflammation. | | Immunoglobulines (anticorps) | Protéines de la fraction gamma-globuline, produites par les lymphocytes B, essentielles à la défense immunitaire spécifique en reconnaissant et neutralisant les agents pathogènes. | | Électrophorèse sur gel d'agarose | Technique de diagnostic biochimique pour séparer les protéines du sérum en fonction de leur charge, leur taille et leur mobilité électrophorétique. | | Glycoprotéines | Hétéroprotéines formées par une liaison covalente entre une protéine et une séquence glucidique, présentes dans les membranes cellulaires, le plasma et les tissus conjonctifs, jouant des rôles dans la reconnaissance cellulaire, la défense immunitaire et le groupe sanguin. | | Lipoprotéines | Complexes protéine-lipide qui transportent les lipides insolubles dans le plasma sanguin, classées en 5 classes (chylomicrons, VLDL, IDL, LDL, HDL) selon leur composition et densité. |

# Structure et propriétés des oses La filiation des oses décrit les relations entre les monosaccharides basées sur leur taille de chaîne carbonée et les réactions permettant de modifier cette chaîne, tandis que leurs structures cycliques et leurs représentations en projection de Haworth sont essentielles pour comprendre leur comportement en solution [1](#page=1) [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.1 Filiation des aldoses et synthèse de Kiliani-Fischer La filiation des aldoses établit des liens entre les oses en permettant d'allonger ou de raccourcir leur chaîne carbonée, créant ainsi une relation "généalogique" entre les différentes classes de sucres (trioses, tétroses, pentoses, hexoses, etc.) [1](#page=1). La synthèse de Kiliani-Fischer est une méthode clé pour allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un atome de carbone. Le processus se déroule en plusieurs étapes [1](#page=1): 1. **Addition de cyanure d'hydrogène (HCN)**: Le groupe aldéhyde (−CHO) réagit avec le HCN. Le carbone du carbonyle devient un centre asymétrique, car il est maintenant lié à quatre groupes différents: le groupe hydroxyle (−OH) issu de la transformation du carbonyle, le groupe cyano (−CN) du HCN, l'hydrogène (−H) initial de l'aldéhyde, et le reste de la chaîne carbonée du sucre [1](#page=1). 2. **Hydrolyse et acidification**: L'ajout d'eau et d'acide transforme le groupe cyano (−CN) en un groupe acide carboxylique (−COOH), formant un acide aldonic. L'azote s'échappe sous forme d'ammoniac (NH₃) [1](#page=1). 3. **Réduction**: Une légère réduction du groupe acide carboxylique (−COOH) le transforme en un groupe aldéhyde (−CHO). L'atome de carbone qui portait initialement le groupe carbonyle devient un centre de carbone déshyodraté, et le sucre gagne un atome de carbone [1](#page=1). Le résultat de cette synthèse est l'obtention d'un nouvel aldose avec un carbone de plus que le sucre de départ. Une conséquence importante de l'addition de HCN est la création d'un nouveau centre chiral, entraînant la formation de deux sucres différents: des épimères. Ces épimères se différencient par la configuration stéréochimique du nouveau carbone formé, où le groupe H peut être placé à droite ou à gauche. Ce mécanisme est également applicable à l'élongation des chaînes des cétoses [1](#page=1). ### 1.2 Calcul du nombre d'isomères Le nombre d'isomères d'un ose dépend du nombre de carbones asymétriques dans sa structure. * **Aldoses**: Le nombre d'isomères pour les aldoses est donné par la formule $2^{n-2}$, où $n$ représente le nombre total d'atomes de carbone. Ce calcul prend en compte les deux formes possibles (D et L) pour chaque ensemble de centres chiraux. Par exemple, le glucose, qui possède 4 carbones asymétriques (les carbones 2, 3, 4 et 5), aura $2^{6-2} = 2^4 = 16$ isomères, soit 8 isomères de la série D et 8 de la série L [2](#page=2). * **Cétoses**: Pour les cétoses, la formule est $2^{n-3}$, où $n$ est le nombre total d'atomes de carbone. Par exemple, le fructose, qui possède 3 carbones asymétriques (les carbones 3, 4 et 5), aura $2^{6-3} = 2^3 = 8$ isomères, soit 4 isomères de la série D et 4 de la série L [2](#page=2). ### 1.3 Représentation des structures cycliques En solution aqueuse ou dans les milieux biologiques, les oses comportant plus de quatre atomes de carbone adoptent préférentiellement une structure cyclique plutôt que linéaire. Cette cyclisation résulte de la réaction intramoléculaire entre un groupe aldéhyde ou cétone et un groupe hydroxyle sur la même molécule, formant un hémiacétal (pour les aldoses) ou un hémiacétal (pour les cétoses) [2](#page=2). #### 1.3.1 Formation du cycle 1. **Attaque nucléophile**: Le groupe hydroxyle (−OH) d'un carbone interne (souvent le C5 pour les aldoses, ou C4 pour les cétoses) attaque le carbone du groupe carbonyle (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses) [2](#page=2). 2. **Fermeture du cycle**: Cette attaque forme une liaison carbone-oxygène, aboutissant à la fermeture du cycle. L'atome de carbone du carbonyle, initialement doublement lié à l'oxygène (C=O), devient alors un carbone tétraédrique [2](#page=2). 3. **Carbone anomérique**: Le carbone du carbonyle initial devient un nouveau centre chiral et est appelé carbone anomérique. Ce carbone porte désormais deux groupes hydroxyle distincts après la réaction, créant potentiellement de nouveaux isomères [2](#page=2). #### 1.3.2 Types de cycles La taille du cycle formé dépend du groupe hydroxyle qui participe à l'attaque : * **Pyranose**: Lorsque le groupe −OH du carbone 5 attaque le carbonyle (dans le cas des aldoses), un cycle à six chaînons (cinq carbones et un atome d'oxygène) est formé. Cette structure est appelée pyranose. L'exemple typique est le D-glucopyranose [2](#page=2). * **Furanose**: Lorsque le groupe −OH du carbone 4 attaque le carbonyle (par exemple, dans le cas des cétoses comme le fructose), un cycle à cinq chaînons (quatre carbones et un atome d'oxygène) est formé. Cette structure est appelée furanose. Un exemple est le D-fructofuranose [2](#page=2). ### 1.4 Représentation en projection de Haworth La projection de Haworth est une méthode simplifiée pour représenter la structure tridimensionnelle des cycles des sucres [3](#page=3). #### 1.4.1 Caractéristiques de la projection de Haworth * Le cycle est représenté comme un anneau presque plat. * L'oxygène du cycle est généralement placé en haut à droite (ou parfois en haut à gauche). * Les carbones 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 de Fischer à Haworth Lors de la conversion d'une représentation linéaire (projection de Fischer) à une représentation cyclique (projection de Haworth) : * Les groupes hydroxyle (−OH) qui sont situés à droite dans la projection de Fischer sont positionnés en **bas** du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). * Les groupes hydroxyle (−OH) qui sont situés à gauche dans la projection de Fischer sont positionnés en **haut** du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). Cette convention permet de visualiser facilement la stéréochimie des différents groupes hydroxyles autour du cycle [3](#page=3). #### 1.4.3 Le carbone anomérique Le carbone anomérique (C1 pour les aldoses) est le carbone qui était le groupe carbonyle dans la forme linéaire. Après cyclisation, il porte un nouveau groupe hydroxyle qui peut exister sous deux formes stéréoisomères : * **Forme α (alpha)**: Le groupe −OH du carbone anomérique est orienté vers le **bas** du cycle [3](#page=3). * **Forme β (bêta)**: Le groupe −OH du carbone anomérique est orienté vers le **haut** du cycle [3](#page=3). La relation entre ces deux formes est celle d'épimères, car elles diffèrent par la configuration au niveau du carbone anomérique. #### 1.4.4 Conformation spatiale des oses Dans les solutions, les cycles des oses peuvent adopter différentes conformations spatiales. Les deux principales conformations sont la forme "bateau" et la forme "chaise" [3](#page=3). * La forme chaise est généralement la plus stable [3](#page=3). * Les oses naturels se retrouvent majoritairement sous la forme chaise en solution, car elle permet une meilleure minimisation des répulsions stériques [3](#page=3). --- # Réactions chimiques des oses Les oses présentent des propriétés physico-chimiques uniques dues à leurs fonctions aldéhyde ou cétone et à leurs multiples fonctions alcool, leur conférant une réactivité variée, notamment en oxydation, réduction et condensation [4](#page=4). ### 2.1 Propriétés physiques des oses Les oses sont très solubles dans l'eau en raison de leur richesse en groupements hydroxyles. Ils possèdent un pouvoir rotatoire spécifique en solution, utile pour leur identification et dosage. Leur structure 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 la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) et des fonctions alcools. Ces fonctions sont le siège de réactions d'oxydation, de réduction et de condensation [4](#page=4). #### 2.2.1 Réactions dues à la fonction carbonyle (groupement réducteur) La fonction carbonyle, qu'elle soit aldéhyde ou cétone, confère aux oses un caractère réducteur [4](#page=4). ##### 2.2.1.1 Oxydation des oses L'oxydation des oses peut être douce, forte ou enzymatique. **2.2.1.1.1 Oxydation enzymatique** L'oxydation enzymatique par la glucose oxydase (GOD) est une réaction biochimique clé, utilisée notamment dans les tests de glycémie. L'enzyme glucose oxydase agit spécifiquement sur le D-glucose, le transformant en acide gluconique et produisant du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) [4](#page=4). * **Réaction générale :** $$ \text{Glucose} + \text{O}_2 \xrightarrow{[\text{glucose oxydase}]} \text{Acide gluconique} + \text{H}_2\text{O}_2 $$ * **Explication:** Le groupement aldéhyde (–CHO) du glucose en C1 est oxydé en fonction acide carboxylique (–COOH), formant l'acide gluconique (C₆H₁₂O₇). L'oxygène (O₂) est réduit en peroxyde d'hydrogène [4](#page=4). **2.2.1.1.2 Oxydation chimique douce** L'oxydation chimique douce d'un aldose vise à transformer la fonction aldéhyde (–CHO) du carbone 1 en une fonction acide carboxylique (–COOH), sans altérer les autres fonctions hydroxyles [4](#page=4). * **Réaction générale :** $$ \text{Aldéhyde} \rightarrow \text{Acide monocarboxylique} $$ * **Exemple:** Le D-glucose est oxydé en acide D-gluconique. Cette réaction est réalisable avec divers réactifs tels que l'eau bromée (Br₂/H₂O) [4](#page=4) [5](#page=5). **2.2.1.1.3 Oxydation chimique forte** L'oxydation forte utilise des oxydants puissants, comme l'acide nitrique (HNO₃), pour oxyder simultanément plusieurs fonctions de la molécule d'ose [5](#page=5). * **Principe général:** Chez les aldoses, l'oxydant puissant oxyde le carbone 1 (aldéhyde) en acide carboxylique (–COOH) et le carbone terminal porteur d'une fonction alcool primaire (–CH₂OH) en acide carboxylique (–COOH). Le produit obtenu est un acide dicarboxylique, appelé acide aldarique [5](#page=5). * **Réaction générale chez les aldoses :** $$ \text{HOCH}_2\text{–(CHOH)}_n\text{–CHO} \xrightarrow{\text{HNO}_3} \text{HOOC–(CHOH)}_n\text{–COOH} $$ * **Exemple:** L'oxydation du D-glucose par l'acide nitrique concentré donne l'acide D-glucarique (ou acide saccharique) [5](#page=5). * **Cas des cétoses:** Chez les cétoses, la fonction cétone, notamment en C2, n'est pas directement oxydée. L'acide nitrique provoque une coupure de la chaîne carbonée au niveau de la fonction cétone, suivie d'une oxydation des extrémités des fragments obtenus [6](#page=6). * **Exemple:** Le D-fructose, chauffé avec de l'acide nitrique, subit une coupure entre C2 et C3, conduisant à la formation de deux acides plus courts: l'acide glycolique (HOCH₂–COOH) et l'acide tartrique (HOOC–CHOH–CHOH–COOH) [6](#page=6). **2.2.1.1.4 Oxydation par les sels de métaux lourds (réduction)** Certains réactifs, comme la liqueur de Fehling ou la solution de Tollens, utilisent des ions métalliques (Cu²⁺, Ag⁺) qui peuvent oxyder les oses en milieu basique et chaud, tout en étant eux-mêmes réduits. Il s'agit d'une réaction d'oxydo-réduction [6](#page=6). * **Principe général :** $$ \text{Ose (réducteur)} + \text{Sel métallique (oxydant)} \rightarrow \text{Acide} + \text{Métal réduit} $$ * **Aldoses:** Les aldoses, possédant une fonction aldéhyde ou pouvant la régénérer en milieu basique, sont des sucres réducteurs. Ils réduisent les ions Cu²⁺ en Cu⁺ (précipité rouge brique de Cu₂O avec la liqueur de Fehling) ou les ions Ag⁺ en Ag (réaction de Tollens, dépôt d'argent) [6](#page=6). * **Cétoses:** Les cétoses ne possèdent pas de fonction aldéhyde. Cependant, en milieu basique, certains cétoses, comme le fructose, peuvent s'isomériser en aldoses (glucose ou mannose). Ils deviennent 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 des aldoses:** La réduction d'un aldose par un agent réducteur comme le borohydrure de sodium (NaBH₄) ou le borohydrure (BH₄⁻) transforme le groupe aldéhyde (–CHO) en alcool primaire (–CH₂OH). Le produit final est un polyol (un alcool comportant plusieurs fonctions alcool) [7](#page=7). * **Structure générale d'un aldose :** R–CH₂OH–(CHOH)n–CHO * **Produit de réduction :** R–CH₂OH–(CHOH)n–CH₂OH (un polyol) * **Réduction des cétoses:** La réduction d'un cétose transforme le groupe cétone (–CO–) en alcool secondaire (–CHOH–). Le produit final est également un polyol [7](#page=7). * **Structure générale d'un cétose :** R1–CO–R2 * **Produit de réduction :** R1–CHOH–R2 (un polyol) #### 2.2.2 Réactions de condensation des oses Les réactions de condensation permettent la formation de liaisons glycosidiques et, par extension, d'hétérosides et d'holosides [8](#page=8). * **Principe général:** La fonction hydroxyle (–OH) d'un ose peut réagir avec un groupement –OH ou –NH₂ d'un autre partenaire pour former une liaison covalente, avec élimination d'une molécule d'eau (H₂O). La liaison formée est appelée liaison glycosidique ou hétérosidique [8](#page=8). $$ \text{C–OH (ose)} + \text{R–OH} \rightarrow \text{C–O–R} + \text{H}_2\text{O} $$ * **Types de condensation :** * **Avec un autre ose (holoside):** Si le partenaire (R–OH) est un autre sucre, la condensation forme un disaccharide ou un polysaccharide. La liaison est de type O-glycosidique, formée au niveau du carbone anomérique de l'ose [8](#page=8). * **Exemple:** Glucose + Glucose → Maltose (liaison α-1,4-glycosidique) + H₂O. Le produit est un holoside [8](#page=8). * **Avec un alcool ou un phénol (O-hétéroside):** Si le partenaire R–OH n'est pas un sucre, on obtient un O-hétéroside [8](#page=8). * **Exemple:** Sucre + Alcool → O-hétéroside + H₂O [8](#page=8). * **Avec une amine (N-hétéroside):** La condensation peut également se faire avec un groupement –NH₂ pour former un N-hétéroside [8](#page=8). * **Exemple:** Sucre + Base azotée → N-glycoside. C'est une réaction très importante en biochimie, fondamentale pour la structure de l'ADN et de l'ARN [8](#page=8). --- # Les osides : holosides et hétérosides Les osides sont des molécules glucidiques complexes qui, par hydrolyse, libèrent des oses ou des oses et une molécule non glucidique. Ils se divisent en holosides (composés uniquement d'oses) et en hétérosides (composés d'oses et d'une partie non sucrée, l'aglycone) [11](#page=11). ### 3.1 Les holosides Les holosides sont exclusivement formés d'oses liés entre eux par une liaison osidique. Cette liaison covalente se crée entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle d'un autre ose [11](#page=11). #### 3.1.1 La liaison osidique La nature de la liaison osidique dépend de plusieurs facteurs : 1. **Nature des oses liés**: Ils peuvent être identiques ou différents (ex: glucose + galactose) [11](#page=11). 2. **Forme cyclique des oses**: Les cycles peuvent être pyranes (à 6 atomes) ou furanes (à 5 atomes) [11](#page=11). 3. **Configuration anomérique** : * $\alpha$ (alpha): si le groupement -OH anomérique est en bas du plan [11](#page=11). * $\beta$ (bêta): si le groupement -OH anomérique est en haut du plan [11](#page=11). #### 3.1.2 Classification des holosides Les holosides sont classés en deux grandes catégories selon le nombre d'unités osidiques : * **Oligosides**: Composés de 2 à 10 oses. Les exemples incluent le maltose (glucose + glucose), le saccharose (glucose + fructose), et le lactose (glucose + galactose) [11](#page=11). * **Polyosides (polysaccharides)**: Composés de plus de 10 oses. Les exemples majeurs sont l'amidon, le glycogène et la cellulose [11](#page=11). Ces molécules jouent des rôles essentiels dans le stockage d'énergie (amidon, glycogène) et la structure (cellulose) [11](#page=11). ##### 3.1.2.1 Diholosides réducteurs et non réducteurs Un diholoside est dit **réducteur** si son carbone anomérique libre ne participe pas à la liaison osidique. Cela signifie qu'il possède encore une fonction hémiacétalique libre, lui permettant de réduire les sels métalliques (comme la liqueur de Fehling). Les diholosides réducteurs peuvent exister sous forme $\alpha$ ou $\beta$ car un des carbones anomériques reste libre [11](#page=11). Un diholoside est dit **non réducteur** si les deux carbones anomériques de ses oses constitutifs sont engagés dans la liaison osidique, ne laissant aucune fonction hémiacétalique libre [12](#page=12). > **Tip:** La nomenclature des osides reflète cette réductibilité. Un terme se terminant par "-ose" indique une fonction hémiacétalique libre, tandis que "-oside" suggère que la fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée [12](#page=12). #### 3.1.3 Nomenclature des osides La nomenclature générale des osides suit des règles précises indiquant la nature des oses, la configuration anomérique, les positions des carbones impliqués dans la liaison, et la réductibilité du composé [12](#page=12). * Le terme "-ose" désigne un ose libre [12](#page=12). * Le terme "-osyl" désigne un ose dont la fonction hémiacétalique est engagée dans une liaison osidique, il s'agit alors du premier ose d'un disaccharide [12](#page=12). * Le terme "-oside" indique que la fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée, le sucre résultant peut alors être non réducteur [12](#page=12). **Exemples de nomenclature :** * **Lactose**: Diholoside réducteur composé de D-galactose et D-glucose, liés par une liaison $\beta$(1$\rightarrow$4). Nom chimique: D-galactopyranosyl ($\beta__MATH_BLOCK_0__\beta$2). Nom chimique: D-glucopyranosyl ($\alpha__MATH_BLOCK_1__\beta$)D-fructofuranoside ou $\alpha$-D-glucopyranosyl (1$\rightarrow$2)-$\beta$-D-fructofuranoside. Les deux carbones anomériques (C1 du glucose et C2 du fructose) sont engagés, le rendant non réducteur. C'est le sucre de table [12](#page=12). * **Maltose**: Diholoside réducteur composé de deux molécules de D-glucose, liées par une liaison $\alpha$(1$\rightarrow$4). Nom chimique: D-glucopyranosyl (USD\alphaUSDUSD\rightarrow$4)D-glucopyranose ou D-glucopyranosyl (1$\rightarrow$4)D-glucopyranose. Le premier glucose est engagé (-glucosyl), tandis que le second garde son C1 libre, le rendant réducteur. Il peut être $\alpha$ ou $\betaUSD selon l'anomère libre. Il est produit lors de la digestion de l'amidon ou du glycogène par les amylases [13](#page=13). #### 3.1.4 Les polyosides (polysaccharides) Les polyosides sont de grands glucides formés par la condensation de nombreuses unités d'oses, souvent des centaines ou des milliers, reliées par des liaisons O-glycosidiques. Ils jouent trois rôles principaux [14](#page=14): * Réserve énergétique (ex: amidon, glycogène) [14](#page=14). * Structural (ex: cellulose, chitine) [14](#page=14). * Biologique spécifique (ex: acide hyaluronique, héparine) [14](#page=14). Les polyosides se distinguent par : 1. Le type d'oses constitutifs (identiques ou différents) [14](#page=14). 2. Le type de liaison osidique ($\alpha$ ou $\beta$, et les positions des carbones impliqués, ex: 1$\rightarrow$4) [14](#page=14). 3. La structure de la chaîne (linéaire ou ramifiée) [14](#page=14). ##### 3.1.4.1 Homopolysides Les homopolysides sont constitués d'un seul type d'ose [14](#page=14). | Exemple | Oses constitutifs | Type de liaison | Structure | Rôle | | :-------- | :---------------- | :------------------ | :----------------------------------------- | :---------------------------------- | | Amidon | Glucose | $\alpha$(1$\rightarrow$4) et $\alpha$(1$\rightarrow$6) | Ramifiée (amylopectine) et linéaire (amylose) | Réserve énergétique végétale | | Glycogène | Glucose | $\alpha$(1$\rightarrow$4) et $\alpha$(1$\rightarrow$6) | Fortement ramifiée | Réserve énergétique animale (foie, muscle) | | Cellulose | Glucose | $\beta$(1$\rightarrow$4) | Linéaire | Rôle structural (paroi végétale) | > **Tip:** La notation $\alpha$(1$\rightarrow$4) indique que le carbone 1 du premier ose, en configuration $\alpha$, est lié au carbone 4 du deuxième ose [15](#page=15). ### 3.2 Les hétérosides Un hétéroside est une molécule complexe composée de deux parties distinctes : 1. Une partie glucidique: un ose ou un holoside [15](#page=15). 2. Une partie non glucidique: appelée aglycone ou génine [15](#page=15). Ces deux parties sont liées par une liaison osidique, impliquant l'hydroxyle du carbone anomérique du sucre et un atome de la partie aglycone [15](#page=15). #### 3.2.1 Types d'hétérosides Les hétérosides sont classés selon l'atome de l'aglycone participant à la liaison : * **O-hétéroside**: Liaison entre un ose et un atome d'oxygène (hydroxyle alcoolique) de l'aglycone. Exemple: liaison ose-sérine dans une glycoprotéine [15](#page=15). * **N-hétéroside**: Liaison entre un ose et un atome d'azote (amine ou base azotée) de l'aglycone. Exemple: nucléosides (adénosine: ribose + adénine) dans l'ADN et l'ARN [15](#page=15). * **C-hétéroside**: Liaison directe entre un carbone de l'ose et un carbone de l'aglycone. Exemple: certains pigments végétaux [15](#page=15). * **S-hétéroside**: Liaison entre un ose et un atome de soufre (groupe thiol -SH) de l'aglycone. Exemple: composés soufrés rares dans les plantes alliacées [15](#page=15). #### 3.2.2 Nature de l'aglycone L'aglycone peut être de différents types : * **Lipide**: Donne des **glycolipides**, présents dans les membranes cellulaires et impliqués dans la reconnaissance intercellulaire [15](#page=15). * **Protéine**: Forme des **protéoglycanes** (PG) ou des **glycoprotéines** (GP). Les PG, avec de longues chaînes glucidiques (GAG), se trouvent dans les tissus conjonctifs pour la structure et la lubrification. Les GP ont quelques oses attachés et jouent des rôles hormonaux, immunitaires ou enzymatiques [15](#page=15). * **Peptides et polysaccharides**: Forme des **peptidoglycanes**, constituant la paroi bactérienne pour assurer la rigidité [15](#page=15). * **Molécule non-osidique spécifique**: Par exemple, la fixation non enzymatique d'un glucose sur une protéine donne une **protéine glyquée**, utilisée comme marqueur biologique (ex: HbA1c pour la glycémie à long terme) [15](#page=15). #### 3.2.3 Rôles des hétérosides Dans les cellules, les liaisons des hétérosides sont cruciales pour : * L'identification des cellules (glycolipides) [16](#page=16). * La communication cellulaire (glycoprotéines) [16](#page=16). * Le stockage et la transmission de l'information génétique (nucléosides constituant l'ADN/ARN) [16](#page=16). | Liaison | Type d'hétéroside | Exemple | Présence / Rôle | | :---------------- | :---------------- | :------------------------ | :--------------------------------------------------------------------------- | | Ose + Protéine | Glycoprotéine | Récepteurs membranaires, hormones | | | Ose + Lipide | Glycolipide | Membrane cellulaire (globules rouges) | Composent la membrane cellulaire, servent à la reconnaissance entre cellules | | Ose + Base azotée | Nucléoside | Adénosine (base + ribose) | Constituent l'ADN et l'ARN | --- # Acides gras : structure, classification et propriétés Ce chapitre détaille la définition, les caractéristiques structurelles, la classification et les propriétés physico-chimiques fondamentales des acides gras [20](#page=20). ### 4.1 Définition des acides gras Un acide gras est un acide monocarboxylique possédant une fonction acide carboxylique (–COOH), qui est polaire et hydrophile, et un radical R, une chaîne hydrocarbonée (–CH₂–) de longueur variable, qui est non polaire et hydrophobe. La formule générale d'un acide gras est R–COOH. Cette dualité structurelle (tête hydrophile et queue hydrophobe) confère aux acides gras des propriétés amphipathiques, leur permettant de former des structures comme les micelles ou les membranes biologiques [20](#page=20). #### 4.1.1 Caractéristiques générales des acides gras Les acides gras partagent plusieurs caractéristiques communes : * **Chaîne carbonée non ramifiée**: Dans la majorité des cas, les carbones sont reliés linéairement [20](#page=20). * **Nombre pair de carbones**: Ils sont synthétisés à partir d'unités de deux carbones (acétyl-CoA) [20](#page=20). * **Longueur de chaîne variable**: Les acides gras naturels comportent généralement entre 14 et 24 atomes de carbone [20](#page=20). * **Degré d'insaturation**: Ils peuvent être saturés (aucune double liaison) ou insaturés (une ou plusieurs doubles liaisons) [20](#page=20). * **Formes possibles**: La chaîne carbonée peut être linéaire, ramifiée ou cyclique [20](#page=20). * **Non hydrolysables**: Contrairement aux lipides complexes, les acides gras ne peuvent pas être dégradés en sous-unités plus petites par hydrolyse [20](#page=20). #### 4.1.2 Ionisation du groupement carboxyle Dans un environnement aqueux à pH physiologique (environ 7,4), le groupement carboxyle (–COOH) peut perdre un proton (H⁺) pour former un groupement carboxylate (–COO⁻). Cette ionisation rend cette partie de la molécule hydrophile, tout en maintenant la chaîne hydrocarbonée hydrophobe insoluble dans l'eau. La réaction est: $–COOH \longrightarrow –COO^- + H^+$ [20](#page=20). ### 4.2 Classification des acides gras Les acides gras peuvent être classés selon plusieurs critères, notamment la présence ou l'absence de liaisons doubles et le nombre de carbones [21](#page=21). #### 4.2.1 Acides gras saturés Les acides gras saturés ne possèdent pas de double liaison carbone-carbone dans leur chaîne hydrocarbonée. Leur formule générale est $CH_3–(CH_2)_n–COOH$ ou plus généralement $C_nH_{2n+1}COOH$ (où $n$ varie, et si l'on considère la formule brute du squelette hydrocarboné, c'est $C_nH_{2n}$). Ils sont généralement linéaires, possèdent un nombre pair de carbones et sont abondants dans les graisses animales et certaines huiles végétales [21](#page=21). ##### 4.2.1.1 Acides gras saturés représentatifs | Acide gras | Notation | Nombre de carbones | Source principale | | :--------------- | :------- | :----------------- | :---------------------------------------------- | | Acide palmitique | C16:0 | 16 | Graisses animales, huile de palme | | Acide stéarique | C18:0 | 18 | Graisses animales, chocolat | | Acide butyrique | C4:0 | 4 | Beurre, métabolisme bactérien | | Acide lignocérique | C24:0 | 24 | Lipides du tissu nerveux | ##### 4.2.1.2 Numérotation et nomenclature des acides gras saturés La numérotation de la chaîne carbonée commence à partir du carbone du groupement carboxyle (C1). Par exemple, pour l'acide palmitique (C16:0), la formule est $CH_3–(CH_2)_{14}–COOH$. Le symbole "C16:0" indique 16 carbones et 0 double liaison. Le préfixe "n-" dans le nom systématique (ex: acide n-hexadécanoïque) signifie que la chaîne est normale, c'est-à-dire linéaire et non ramifiée [21](#page=21) [22](#page=22). * **Acide palmitique**: Nom systématique acide n-hexadécanoïque, formule brute $C_{16}H_{32}O_2$, formule développée $CH_3–(CH_2)_{14}–COOH$ [22](#page=22). * **Acide stéarique**: Nom systématique acide n-octadécanoïque, formule brute $C_{18}H_{36}O_2$, formule développée $CH_3–(CH_2)_{16}–COOH$ [22](#page=22). #### 4.2.2 Acides gras insaturés Les acides gras insaturés possèdent au moins une double liaison carbone-carbone dans leur chaîne. Leur formule générale est $C_nH_{2n-2x}O_2$, où $x$ représente le nombre de doubles liaisons. Ils comportent généralement entre 16 et 20 carbones. Les doubles liaisons sont typiquement séparées par un groupe méthylène (–CH₂–), une caractéristique dite *cis* [22](#page=22). > **Tip:** La première double liaison se situe généralement entre les carbones C9 et C10 [22](#page=22). ##### 4.2.2.1 Classification selon le nombre de doubles liaisons * **Acides gras mono-insaturés (AGMI)**: Ils possèdent une seule double liaison, fréquemment située en C9–C10. L'acide oléique (C18:1Δ9 ou ω9) est un exemple typique, avec la formule développée $CH_3–(CH_2)_7–CH=CH–(CH_2)_7–COOH$. Ils sont abondants dans les huiles végétales et la graisse d'olive [23](#page=23). * **Acides gras poly-insaturés (AGPI)**: Ils comportent plusieurs doubles liaisons, toujours séparées par au moins un groupe méthylène (–CH₂–). Ils sont essentiels et doivent être apportés par l'alimentation [23](#page=23). | Acide gras | Symbole | Localisation des doubles liaisons | Famille | | :---------------- | :---------- | :-------------------------------- | :------ | | Acide linoléique | C18:2Δ9,12 | Δ9, Δ12 | ω6 | | Acide α-linolénique | C18:3Δ9,12,15 | Δ9, Δ12, Δ15 | ω3 | Ces acides gras jouent un rôle crucial dans la structure des membranes cellulaires, la synthèse d'eicosanoïdes et le fonctionnement cardiovasculaire [23](#page=23). ##### 4.2.2.2 Nomenclature des acides gras insaturés Deux systèmes de nomenclature sont utilisés pour indiquer la position des doubles liaisons : * **Nomenclature Δ (Delta)**: La numérotation commence à partir du groupement carboxyle (C1). La notation indique la position du premier carbone de la double liaison. Par exemple, C18:1Δ9 signifie que la double liaison se situe entre le carbone 9 et le carbone 10 [23](#page=23). * **Nomenclature ω (Oméga)**: La numérotation commence à partir du carbone méthyle terminal (CH₃), appelé carbone ω (ou carbone n). La notation indique la position de la double liaison par rapport à ce carbone terminal. Par exemple, C18:1ω9 signifie que la première double liaison est sur le 9ème carbone en partant du groupe CH₃ [23](#page=23). #### 4.2.3 Configurations des doubles liaisons La double liaison $C=C$ dans les acides gras insaturés introduit une rigidité qui limite la rotation. Il existe deux configurations possibles pour les atomes d'hydrogène attachés aux carbones de la double liaison [24](#page=24): * **Cis**: Les deux atomes d'hydrogène sont du même côté de la double liaison. Cela crée un coude ou un pli dans la chaîne, empêchant un empilement serré des molécules et rendant l'acide gras liquide à température ambiante [24](#page=24). * **Trans**: Les deux atomes d'hydrogène sont de part et d'autre de la double liaison. La chaîne est plus linéaire, ressemblant à celle des acides gras saturés, ce qui favorise un empilement serré et rend l'acide gras solide à température ambiante [24](#page=24). ### 4.3 Propriétés physico-chimiques des acides gras Les propriétés physiques des acides gras sont déterminées par la longueur de leur chaîne carbonée et leur degré d'insaturation [26](#page=26). #### 4.3.1 Solubilité dans l'eau La présence d'une tête hydrophile (–COOH) et d'une queue hydrophobe (chaîne hydrocarbonée) rend les acides gras amphipathiques. Plus la chaîne hydrocarbonée est longue, plus la partie hydrophobe domine, diminuant ainsi la solubilité dans l'eau [26](#page=26). * Les chaînes courtes (C4-C6) sont solubles dans l'eau [26](#page=26). * Les chaînes longues (> C10) sont pratiquement insolubles [26](#page=26). Le degré d'insaturation augmente légèrement la solubilité car les doubles liaisons empêchent les molécules de se rapprocher étroitement [26](#page=26). #### 4.3.2 Densité Les acides gras ont une densité légèrement inférieure à celle de l'eau, généralement comprise entre 0,8 et 0,95 g/cm³. C'est pourquoi les huiles flottent à la surface de l'eau [26](#page=26). #### 4.3.3 Point de fusion Le point de fusion est la température à laquelle un solide devient liquide [27](#page=27). * **Influence de la longueur de la chaîne carbonée**: Plus la chaîne est longue, plus les molécules peuvent interagir fortement entre elles, 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) mènent à des états liquides, tandis que les chaînes longues (> 10 carbones) mènent à des états solides à température ambiante [27](#page=27). * **Influence du degré d'insaturation**: Chaque double liaison crée un pli dans la chaîne, empêchant un emboîtement efficace des molécules. Cela réduit les forces intermoléculaires, abaissant ainsi le point de fusion. Plus il y a de doubles liaisons, plus le point de fusion est bas, et plus le composé est liquide [27](#page=27). #### 4.3.4 Propriétés chimiques Les réactions chimiques des acides gras sont dues à leur groupement carboxyle et, le cas échéant, à leurs doubles liaisons [27](#page=27). ##### 4.3.4.1 Réactions dues à la fonction acide (–COOH) * **Formation de sels alcalins (savons)**: La réaction d'un acide gras avec une base forte (comme NaOH ou KOH) produit un sel d'acide gras (savon) et de l'eau [27](#page=27). Équation: $R–COOH + NaOH \longrightarrow –COO^- Na^+ + H_2O$ [27](#page=27). Le sel de sodium ou de potassium est le savon. La partie $R–COO^-$ est hydrophobe, tandis que le $Na^+$ est hydrophile, conférant au savon ses propriétés détergentes [27](#page=27). * **Estérification**: La réaction d'un acide gras avec un alcool (R'–OH) forme un ester et de l'eau [28](#page=28). Équation: $R–COOH + R'–OH \longrightarrow R–COO–R' + H_2O$ [28](#page=28). Cette réaction est fondamentale dans la synthèse des lipides complexes, par exemple, les triglycérides se forment lorsque trois acides gras se lient à une molécule de glycérol [28](#page=28). Acide gras + glycérol $\longrightarrow$ Triglycéride (triacylglycérol) [28](#page=28). ##### 4.3.4.2 Réactions dues à la présence de doubles liaisons (C=C) Ces réactions ne concernent que les acides gras insaturés. * **Hydrogénation**: L'ajout d'hydrogène ($H_2$) sur les doubles liaisons supprime celles-ci et transforme un acide gras insaturé en un acide gras saturé [28](#page=28). Équation: $CH_2=CH–CH=CH–CH + H_2 \longrightarrow CH_3–CH_2–CH_2–CH_2–CH_2$ [28](#page=28). Exemple pratique: L'hydrogénation d'une huile végétale (liquide, insaturée) peut la transformer en margarine (solide, saturée) [28](#page=28). * **Oxydation**: L'oxydation d'un acide gras insaturé (par exemple, avec du permanganate de potassium, $KMnO_4$) peut cliver la double liaison [28](#page=28). Équation: $R–CH=CH–R'–COOH + KMnO_4 \longrightarrow R–COOH + HOOC–R'–COOH$ [28](#page=28). Chaque double liaison clivée produit un acide simple et un diacide (contenant deux fonctions –COOH). Cette réaction explique le rancissement des graisses lorsqu'elles s'oxydent à l'air [28](#page=28). --- # Classification et propriétés des lipides Ce chapitre détaille la classification des lipides en lipides simples et complexes, ainsi que leurs propriétés et rôles physiologiques essentiels. ### 5.1 Définition et caractéristiques générales des lipides Les lipides sont des composés organiques principalement constitués de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Leur caractéristique fondamentale est leur insolubilité dans l'eau (hydrophobie) et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires tels que le chloroforme, l'éther ou le benzène. Cette hydrophobicité découle de leur nature majoritairement non polaire. La plupart des lipides sont formés de deux composantes principales: des acides gras (longues chaînes carbonées avec un groupe acide -COOH) et un alcool (souvent le glycérol, possédant des groupes -OH). La liaison d'un acide gras à un alcool forme un ester, base chimique de nombreux lipides [17](#page=17). Certains composés, tels que les stéroïdes (cholestérol, hormones stéroïdes) et les vitamines liposolubles (A, D, E, K), sont rattachés aux lipides en raison de leur caractère hydrophobe, bien qu'ils ne contiennent pas d'acides gras [17](#page=17). > **Tip:** Comprendre le caractère hydrophobe des lipides est crucial pour appréhender leur rôle dans les membranes cellulaires et leur mode de transport dans l'organisme. ### 5.2 Rôles physiologiques des lipides Les lipides jouent plusieurs rôles vitaux dans l'organisme [17](#page=17): * **Isolement et protection des organes:** Le tissu adipeux, constitué de lipides, agit comme une couche isolante protégeant du froid et comme un amortisseur mécanique pour les organes vitaux [17](#page=17). * **Transport et absorption des vitamines:** Les lipides facilitent l'absorption et le transport des vitamines liposolubles (A, D, E, K) essentielles à la vision, la solidité osseuse, la protection cellulaire et la coagulation [18](#page=18). * **Stockage d'énergie:** Ils constituent la principale réserve d'énergie du corps, stockée sous forme de triacylglycérols dans les cellules adipeuses. 1 gramme de lipides libère environ 9 kcal, soit plus du double des glucides ou des protéines. Le stockage sous forme de triglycérides est efficace car il est anhydre, contrairement au glycogène [18](#page=18) [31](#page=31). * **Synthèse de molécules de signalisation:** Certains lipides, dérivés d'acides gras polyinsaturés, sont précurseurs de médiateurs chimiques comme les prostaglandines, thromboxanes et leucotriènes, impliqués dans l'inflammation, la douleur, la coagulation et la contraction des muscles lisses [18](#page=18). ### 5.3 Classification des lipides Les lipides sont classés en deux grandes catégories selon leur composition chimique: lipides simples et lipides complexes [19](#page=19). #### 5.3.1 Lipides simples (ou homolipides) Ces lipides sont composés uniquement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils résultent de la réaction d'estérification entre un alcool et un ou plusieurs acides gras [19](#page=19) [29](#page=29). ##### 5.3.1.1 Glycérides (ou Acylglycérols) * **Définition:** Esters formés par la réaction entre le glycérol (propane-1,2,3-triol) et un, deux ou trois acides gras (#page=29,30) [29](#page=29) [30](#page=30). * **Structure:** Le glycérol possède trois groupes hydroxyles (-OH) qui peuvent estérifier des acides gras. Les positions des carbones sont nommées $\alpha$ (C1), $\beta$ (C2) et $\alpha'$ (C3) [30](#page=30). * **Types :** * **Monoglycérides:** 1 acide gras + 1 glycérol. Intermédiaires dans la digestion, amphipathiques [30](#page=30). * **Diglycérides:** 2 acides gras + 1 glycérol. Intermédiaires métaboliques, amphipathiques [30](#page=30). * **Triglycérides:** 3 acides gras + 1 glycérol. Graisses et huiles, très hydrophobes. Les graisses animales et huiles végétales sont principalement des triglycérides [29](#page=29) [30](#page=30). * **Simples vs Mixtes:** Les glycérides sont simples si tous les acides gras sont identiques (ex: acide tripalmitique), et mixtes s'ils sont différents (ex: acide palmito-oléostéarique) [30](#page=30). * **Propriétés physiques :** * **Solubilité:** Les mono- et diglycérides sont amphipathiques. Les triglycérides sont totalement hydrophobes, insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques [31](#page=31). * **Point de fusion:** Les glycérides saturés sont solides à température ambiante (graisses), tandis que les insaturés sont liquides (huiles) [31](#page=31). * **Réactions chimiques :** * **Hydrolyse acide ou enzymatique:** Triglycéride + 3H₂O → Glycérol + 3 Acides gras. Réaction de digestion par les lipases [31](#page=31). * **Hydrolyse alcaline (saponification):** Triglycéride + 3NaOH → Glycérol + 3 Sels d'acides gras (savons) [31](#page=31). * **Rôles:** Réserve d'énergie, isolation thermique, protection mécanique (#page=29,31). Un excès peut mener à l'obésité, au diabète et aux maladies cardiovasculaires [29](#page=29) [31](#page=31). * **Digestion et Hydrolyse:** Les triglycérides alimentaires sont hydrolysés par la lipase pancréatique en 1 monoglycéride et 2 acides gras pour être absorbés. Dans les adipocytes, la lipolyse (catalysée par ATGL, HSL, MGL) dégrade les triglycérides stockés en acides gras et glycérol pour libérer de l'énergie [32](#page=32). ##### 5.3.1.2 Cérides (Cires) * **Définition:** Esters formés par la réaction entre un acide gras et un alcool à longue chaîne (souvent 16 à 30 carbones) (#page=19,29) [19](#page=19) [29](#page=29). * **Formation:** Acide gras + Alcool gras → Céride + H₂O [37](#page=37). * **Structure:** Contiennent une longue chaîne hydrocarbonée (hydrophobe) et une liaison ester. Exemple: Palmitate de cétyle (acide palmitique + alcool cétylique) [37](#page=37). * **Propriétés physiques:** Solides à température ambiante en raison de l'empilement de leurs longues chaînes. Très hydrophobes et insolubles dans l'eau. Texture cireuse [37](#page=37). * **Rôles:** Protection et imperméabilisation (ex: cire d'abeille, sébum cutané, cires végétales sur les feuilles) (#page=19,29) [19](#page=19) [29](#page=29). ##### 5.3.1.3 Stérides * **Définition:** Esters formés par la réaction entre un stérol (principalement le cholestérol) et un acide gras (#page=19,29,32) [19](#page=19) [29](#page=29) [32](#page=32). * **Structure:** Ester de cholestérol. Le noyau stérane, composé de 4 cycles accolés (3 hexagonaux, 1 pentagonal), est caractéristique des stéroïdes dont font partie les stérides [29](#page=29) [33](#page=33). * **Rôles:** Forme de stockage et de transport du cholestérol dans le sang. Constituants des membranes cellulaires et précurseurs des hormones stéroïdiennes (#page=29,33) [29](#page=29) [33](#page=33). > **Tip:** Les stérides représentent une forme plus hydrophobe de stockage du cholestérol, facilitant son transport dans le sang. * **Dérivés du cholestérol :** * **Acides biliaires:** Synthétisés dans le foie à partir du cholestérol, ils émulsifient les graisses dans l'intestin. Exemples: acides cholique, chénodésoxycholique (primaires), désoxycholique, lithocholique (secondaires) [34](#page=34). * **Vitamine D:** Synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l'action des UV. Elle favorise l'absorption du calcium et du phosphore pour la minéralisation osseuse [34](#page=34). * **Hormones stéroïdiennes:** Hormones dérivées du cholestérol, possédant le noyau stérane. Elles sont produites par les glandes surrénales, les testicules et les ovaires (#page=35,36). Exemples [35](#page=35) [36](#page=36): * **Cortisol:** Glucocorticoïde, régule le métabolisme du glucose, anti-inflammatoire et immunomodulateur [35](#page=35). * **Aldostérone:** Minéralocorticoïde, régule la quantité de sodium et d'eau dans le sang, influençant la pression artérielle [36](#page=36). * **Testostérone:** Androgène, rôle dans la spermatogenèse, la croissance musculaire et osseuse, et les caractères sexuels secondaires mâles [36](#page=36). * **Estradiol:** Œstrogène, rôle dans le développement des caractères sexuels secondaires féminins et la préparation de l'utérus [36](#page=36). * **Progestérone:** Progestatif, prépare l'utérus à l'implantation de l'embryon et maintient la grossesse [36](#page=36). #### 5.3.2 Lipides complexes Ces lipides contiennent, outre des acides gras, d'autres groupes chimiques comme le phosphate (P) ou des sucres. Ils sont les principaux constituants des membranes biologiques [19](#page=19) [38](#page=38). ##### 5.3.2.1 Glycérophospholipides * **Définition:** Lipides complexes contenant du glycérol, deux acides gras, un groupe phosphate, et souvent un alcool lié au phosphate (#page=19,38). Ils constituent la catégorie la plus importante de lipides complexes chez l'homme [19](#page=19) [38](#page=38). * **Structure de base:** L'acide phosphatidique, composé de glycérol, deux acides gras (un saturé sur C1, un insaturé sur C2) et un groupe phosphate sur C3 [38](#page=38). * **Amphiphilie:** Ils sont amphiphiles, possédant une tête polaire hydrophile (phosphate + alcool) et deux queues apolaires hydrophobes (acides gras) (#page=40,43,44) [40](#page=40) [43](#page=43) [44](#page=44). * **Organisation en bicouche lipidique:** En milieu aqueux, les têtes hydrophiles s'orientent vers l'eau (milieu extracellulaire et intracellulaire), tandis que les queues hydrophobes se regroupent au centre, formant la bicouche lipidique des membranes cellulaires (#page=43,44) [43](#page=43) [44](#page=44). * **Variations et rôles:** La nature de l'alcool fixé au phosphate détermine le nom et la fonction du glycérophospholipide [40](#page=40). * **Phosphatidylcholine:** Membranes, transport de lipides [40](#page=40). * **Phosphatidyléthanolamine:** Membranes, cerveau [40](#page=40). * **Phosphatidylsérine:** Signalisation cellulaire (apoptose) [40](#page=40). * **Phosphatidylinositol:** Transmission du signal cellulaire [40](#page=40). * **Phosphatidylglycérol:** Membranes mitochondriales [40](#page=40). * **Cardiolipine:** Double phosphate avec glycérol, trouvée dans la membrane interne des mitochondries [40](#page=40). ##### 5.3.2.2 Sphingolipides * **Définition:** Lipides complexes dont le squelette est formé par la sphingosine (un amino-dialcool à 18 carbones) au lieu du glycérol (#page=19,44) [19](#page=19) [44](#page=44). * **Structure de la sphingosine:** Possède un groupe amine (-NH₂), deux groupes alcool (-OH), et une longue chaîne hydrocarbonée avec une double liaison trans [44](#page=44). * **Formation du céramide:** La fonction amine de la sphingosine se lie à un acide gras par une liaison amide forte et stable, formant un céramide. Le céramide est la partie lipidique de base des sphingolipides [45](#page=45). * **Familles :** * **Sphingophospholipides (Sphingomyélines):** Le céramide est lié à un groupe phosphate et à un alcool (comme la choline) via une liaison ester phosphorique. Présents dans les membranes plasmiques, particulièrement dans la gaine de myéline des neurones, assurant protection et conduction nerveuse. Leur hydrolyse par la sphingomyélinase peut causer des maladies de stockage comme la maladie de Tay-Sachs [46](#page=46). * **Sphingoglycolipides:** Le céramide est lié à un ou plusieurs sucres (oses) au niveau du carbone 1, et ne contiennent pas de phosphate [47](#page=47). * **Cérébrosides:** Un seul ose. Ex: Galactocérébroside, Glucocérébroside. Trouvés dans le tissu nerveux et les membranes [47](#page=47). * **Gangliosides (Oligosylcéramides):** Plusieurs oses (2 à 20), souvent incluant un acide sialique (NANA). Ex: GM1, GM2. Ils jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire, la communication intercellulaire, et servent de récepteurs à certaines toxines ou virus. Très abondants dans les neurones [47](#page=47). ##### 5.3.2.3 Glycérolipides (ou Galactolipides) * **Définition:** Lipides formés de glycérol, deux acides gras, et un ou plusieurs sucres, mais sans groupe phosphate [38](#page=38). * **Rôle:** Constituants des membranes végétales [38](#page=38). ### 5.4 Classification chimique basée sur la solubilité Les lipides peuvent être classés selon leur solubilité dans l'eau [19](#page=19): * **Hydrophobes:** Totalement insolubles dans l'eau (ex: triglycérides, cires) [19](#page=19). * **Amphiphiles:** Possèdent une partie hydrophile (qui aime l'eau) et une partie hydrophobe (qui repousse l'eau). C'est le cas typique des phospholipides et glycolipides (#page=19,43) [19](#page=19) [43](#page=43). --- # Acides aminés : structure, classification et fonctions This section details the fundamental structure of amino acids, their classification based on side chains, their metabolic roles, and their physicochemical properties. ### 6.1 Structure fondamentale des acides aminés Les acides aminés (AA) sont les unités de base constituant les protéines. La structure générale d'un acide aminé comprend un carbone central (carbone alpha, Cα) lié à quatre groupes distincts: une fonction amine (–NH₂), une fonction carboxylique (–COOH), un atome d'hydrogène (–H), et une chaîne latérale variable (R) [49](#page=49). * **Fonction amine (–NH₂)**: Basique, peut capter un proton (H⁺). Elle est souvent appelée extrémité N-terminale [49](#page=49). * **Fonction carboxylique (–COOH)**: Acide, peut libérer un proton (H⁺). Elle est souvent appelée extrémité C-terminale [49](#page=49). * **Carbone alpha (Cα)**: Généralement chiral (sauf dans la glycine), ce qui signifie que les acides aminés existent sous deux formes images miroir, L et D. Seules les formes L sont utilisées dans les protéines humaines [49](#page=49). Il existe plus de 300 acides aminés connus, mais seulement 20 sont protéinogènes (standards) et incorporés dans les protéines humaines. Les autres sont non protéinogènes [49](#page=49). #### 6.1.1 Types d'acides aminés selon l'apport alimentaire * **Acides aminés essentiels**: L'organisme ne peut pas les synthétiser et ils doivent être apportés par l'alimentation. Il y en a 8 pour l'homme: Arginine\*, Histidine\*, Isoleucine, Leucine, Lysine, Méthionine, Phénylalanine, Thréonine, Tryptophane, Valine. (\* Arginine et Histidine sont semi-essentiels, particulièrement importants chez l'enfant en croissance) [50](#page=50). * **Acides aminés non essentiels**: L'organisme peut les fabriquer à partir d'autres composés métaboliques. Ce sont Alanine, Asparagine, Acide aspartique, Cystéine, Acide glutamique, Glutamine, Glycine, Proline, Sérine, Tyrosine [50](#page=50). #### 6.1.2 Divers rôles métaboliques des acides aminés Au-delà de leur rôle structural dans les protéines, les acides aminés ont d'autres fonctions métaboliques : * **Structurelle**: Constituent les protéines (chaînes polypeptidiques) [51](#page=51). * **Énergétique**: Peuvent être dégradés pour fournir de l'énergie ou former du glucose (néoglucogenèse) [51](#page=51). * **Métabolique / Précurseur**: Servent à former d'autres molécules importantes, comme la tyrosine pour les hormones thyroïdiennes [51](#page=51). * **Signalisation / Récepteur**: Certains jouent un rôle dans la communication cellulaire, comme le glutamate comme neurotransmetteur excitateur [51](#page=51). ### 6.2 Classification selon la structure de la chaîne latérale (R) La classification des acides aminés se fait principalement selon la nature de leur chaîne latérale (R). #### 6.2.1 Groupe 1 : Acides aminés aliphatiques Ces acides aminés possèdent des chaînes latérales composées uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène, sans cycles aromatiques ou polaires. Ils sont généralement hydrophobes. * **Sous-groupe 1 : Acides aminés aliphatiques simples** * **Glycine (Gly, G)**: La plus petite, R = H. Son carbone alpha n'est pas chiral, ce qui lui confère une grande flexibilité dans les structures protéiques [51](#page=51). * **Alanine (Ala, A)**: R = CH₃. Similaire à la glycine mais avec un groupe méthyle, elle est petite et hydrophobe. Impliquée dans le cycle de l'alanine entre le muscle et le foie [51](#page=51). * **Sous-groupe 2 : Acides aminés aliphatiques ramifiés** Ces acides aminés ont des chaînes carbonées plus volumineuses et très hydrophobes, se plaçant souvent à l'intérieur des protéines. * **Valine (Val, V)**: R = –CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Leucine (Leu, L)**: R = –CH₂–CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Isoleucine (Ile, I)**: R = –CH(CH₃)–CH₂–CH₃. Isomère de la leucine [52](#page=52). #### 6.2.2 Groupe 2 : Acides aminés hydroxylés Leur chaîne latérale (R) contient un groupe hydroxyle (–OH), les rendant polaires et hydrophiles. * **Sérine (Ser, S)**: La chaîne latérale est –CH₂–OH. Son groupe –OH peut former des liaisons hydrogène et être phosphorylé (phosphorylation), jouant un rôle dans la signalisation cellulaire et la réponse aux dommages de l'ADN via la protéine kinase ATM [53](#page=53). * **Thréonine (Thr, T)**: Contient un groupe hydroxyle, est hydrophile et peut être phosphorylée [69](#page=69). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Contient un groupe hydroxyle sur un cycle aromatique. Elle est semi-essentielle et précurseur d'hormones thyroïdiennes, de neurotransmetteurs (dopamine, adrénaline) et de mélanine [65](#page=65). #### 6.2.3 Groupe 3 : Acides aminés soufrés Ils contiennent un atome de soufre (S) dans leur chaîne latérale. * **Cystéine (Cys, C)**: Possède un groupement thiol (–SH). Deux cystéines peuvent former un pont disulfure (–S–S–), stabilisant la structure tridimensionnelle des protéines, comme dans la kératine [55](#page=55). * **Méthionine (Met, M)**: Contient un groupe thioéther (–S–CH₃), moins réactif. Elle initie la synthèse protéique et peut être transformée en S-adénosylméthionine (SAM), un donneur de groupe méthyle essentiel pour la méthylation de l'ADN, régulant ainsi l'expression des gènes [56](#page=56). #### 6.2.4 Groupe 4 : Acides aminés acides et amides Ces acides aminés possèdent un groupement carboxyle supplémentaire ou un amide dérivé. * **Acide aspartique (Asp, D)**: R = –CH₂–COOH. Possède deux groupes carboxyles, le rendant acide. Il participe à la synthèse de l'urée (cycle de l'urée) et à la transamination [57](#page=57). * **Acide glutamique (Glu, E)**: Possède une chaîne latérale –CH₂–CH₂–COOH. Similaire à l'acide aspartique dans ses fonctions [59](#page=59). * **Asparagine (Asn, N)**: Dérivé amide de l'acide aspartique. Le groupe carboxyle de la chaîne latérale est remplacé par un groupe amide (–CONH₂). Sert au transport de l'azote [60](#page=60). * **Glutamine (Gln, Q)**: Dérivé amide de l'acide glutamique. Sert au transport de l'azote [60](#page=60). #### 6.2.5 Groupe 5 : Acides aminés dibasiques Ils possèdent deux fonctions basiques : la fonction amine alpha et une autre sur la chaîne latérale, les rendant fortement positifs à pH physiologique. * **Lysine (Lys, K)**: R contient une fonction ε-amino (–NH₂). Elle participe aux protéines structurales comme le collagène et peut subir une hydroxylation post-traductionnelle pour former la 5-hydroxylysine, essentielle à la solidité du collagène [61](#page=61). * **Arginine (Arg, R)**: R contient un groupement guanidyle, très basique. Elle est indispensable pendant la croissance, participe au cycle de l'urée et est transformée en oxyde nitrique (NO), un important messager cellulaire [63](#page=63). * **Histidine (His, H)**: R contient un groupement imidazole. Son pKa proche du pH physiologique (~6) lui permet d'agir comme tampon biologique, stabilisant le pH des protéines. Elle est indispensable pendant la croissance et intervient dans les sites actifs enzymatiques [62](#page=62). #### 6.2.6 Groupe 6 : Acides aminés aromatiques Leur chaîne latérale contient un cycle benzénique ou similaire, les rendant stables, capables d'absorber les UV, et souvent hydrophobes. * **Phénylalanine (Phe, F)**: Cycle benzénique simple. Acide aminé indispensable et très hydrophobe [64](#page=64). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Cycle benzénique avec un groupe hydroxyle. Semi-essentiel, précurseur de nombreuses molécules importantes [65](#page=65). * **Tryptophane (Trp, W)**: Contient un groupement indole (double cycle aromatique). Acide aminé indispensable, volumineux et hydrophobe [65](#page=65). #### 6.2.7 Groupe 7 : Acides imino * **Proline (Pro, P)**: Unique car son groupe amine primaire est intégré dans un cycle avec sa chaîne latérale R, formant un groupe amine secondaire. Cette structure cyclique confère une rigidité particulière. Elle peut subir une hydroxylation post-traductionnelle, essentielle pour la structure du collagène [66](#page=66). ### 6.3 Polarité et propriétés physico-chimiques La polarité d'un acide aminé dépend de la répartition des charges électriques dans sa chaîne latérale. * **Molécule polaire**: Zone de charge négative et positive partielle, capable d'interagir avec l'eau (hydrophile) [67](#page=67). * **Molécule non polaire**: Électrons répartis de façon équilibrée, insoluble dans l'eau (hydrophobe) [67](#page=67). On peut classer les acides aminés selon leur chaîne latérale R : * **Non polaire (hydrophobe)**: Insoluble dans l'eau. Exemples: Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp, Gly. Ces acides aminés se rassemblent souvent au centre des protéines [67](#page=67) [68](#page=68). * **Polaire non ionisable (hydrophile)**: Soluble, forme des liaisons hydrogène mais sans charge électrique. Exemples: Ser, Thr, Tyr, Cys, Asn, Gln. Ils contiennent des groupes comme –OH, –SH, –CONH₂ [67](#page=67) [69](#page=69). * **Polaire ionisable (hydrophile)**: Chargé positivement ou négativement selon le pH. Très soluble [67](#page=67). * **Acides (chargés négativement à pH physiologique)**: Asp, Glu. Leur R contient un groupe carboxyle qui perd un proton (–COO⁻) [70](#page=70). * **Basiques (chargés positivement à pH physiologique)**: Lys, Arg, His. Leur R contient des groupes basiques qui captent des protons (–NH₃⁺ ou guanidinium) [70](#page=70). #### 6.3.1 Chiralité et pouvoir rotatoire Le carbone alpha est généralement chiral, sauf pour la glycine. Un carbone chiral peut exister sous deux formes énantiomères (L et D) qui sont des images miroir non superposables [71](#page=71). * **Pouvoir rotatoire**: La capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée. Les formes L peuvent être dextrogyres (+) ou lévogyres (–). La notation D/L concerne la configuration 3D, tandis que +/– indique le sens de rotation de la lumière [72](#page=72). * Les L-acides aminés sont reconnus par les enzymes humaines, tandis que les D-acides aminés existent dans certaines bactéries [73](#page=73). #### 6.3.2 Absorption des UV Les acides aminés aromatiques (Tyr, Trp, Phe) absorbent la lumière UV entre 260 et 280 nm, une propriété utilisée pour le dosage des protéines par spectrophotométrie [72](#page=72). #### 6.3.3 Comportement ionique (amphotérie, zwitterion) Les acides aminés sont amphotères car ils possèdent des groupes acides (–COOH) et basiques (–NH₂), pouvant agir comme acide ou base selon le pH du milieu [74](#page=74). * **En milieu acide (pH faible)**: Forme cationique (chargée positivement): R–CH(NH₃⁺)–COOH [74](#page=74). * **En milieu neutre (pH ≈ 7)**: Forme zwitterionique (majoritaire): R–CH(NH₃⁺)–COO⁻. La molécule porte une charge positive et une négative, mais sa charge globale est nulle [74](#page=74). * **En milieu basique (pH élevé)**: Forme anionique (chargée négativement): R–CH(NH₂)–COO⁻ [75](#page=75). * **pKa et pHi**: Chaque fonction ionisable a un pKa (pH auquel le groupement est 50% ionisé). Le pHi (point isoélectrique) est le pH auquel la charge globale de l'acide aminé est nulle (forme zwitterionique majoritaire). Cette propriété permet la séparation des acides aminés par électrophorèse selon leur charge nette à un pH donné [75](#page=75). ### 6.4 Réactions chimiques impliquant les acides aminés Diverses réactions chimiques peuvent modifier les acides aminés ou leurs dérivés. * **Décarboxylation**: Perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de CO₂. Catalysée par des décarboxylases, elle produit des amines physiologiquement actives, comme l'histamine à partir de l'histidine [76](#page=76). * **Amidation**: Formation d'un amide. C'est la base de la liaison peptidique entre deux acides aminés: –COOH + –NH₂ ⟶ –CONH– + H₂O [76](#page=76). * **Estérification**: Réaction entre un acide carboxylique et un alcool pour former un ester. Utilisée pour protéger les groupements –COOH pendant des synthèses complexes [77](#page=77). * **Déamination oxydative**: Perte du groupe amine (–NH₂) sous forme d'ammoniac (NH₃). Transforme un acide aminé en acide α-cétonique, souvent via un intermédiaire α-imine [77](#page=77). #### 6.4.1 Importance biologique des acides α-cétoniques Les acides α-cétoniques, produits par déamination oxydative, ont plusieurs rôles : * **Énergie**: Peuvent entrer dans le cycle de Krebs pour produire de l'ATP [78](#page=78). * **Bilan azoté**: L'azote éliminé sous forme de NH₃ doit être converti en urée pour l'excrétion [78](#page=78). * **Précurseurs biosynthétiques**: Peuvent servir à produire des glucides ou des acides gras [78](#page=78). * **Transamination**: Transfert réversible d'un groupe amine d'un acide aminé à un acide α-cétonique, catalysé par des transaminases avec le coenzyme phosphate de pyridoxal (PLP). Permet la dégradation des acides aminés sans perte d'azote [78](#page=78). --- # Identification et détermination de la séquence des peptides et protéines Ce sujet couvre les méthodes qualitatives et quantitatives pour identifier les acides aminés et déterminer l'ordre dans lequel ils sont assemblés pour former des peptides et des protéines. ### 7.1 Méthodes d'identification des acides aminés (qualitatives et quantitatives) #### 7.1.1 Réactions chimiques des acides aminés Les acides aminés possèdent des groupements fonctionnels qui peuvent réagir chimiquement, permettant leur identification et leur analyse. ##### 7.1.1.1 Réaction avec les aldéhydes : formation de la base de Schiff Les aldéhydes aromatiques peuvent réagir avec un groupement amine pour former une base de Schiff, caractérisée par une double liaison C=N. Ces bases de Schiff sont importantes dans les réactions enzymatiques impliquant des acides aminés. Par exemple, le coenzyme phosphate de pyridoxal (PLP) forme une base de Schiff avec l'amine du carbone alpha d'un acide aminé lors des réactions de transamination [79](#page=79). ##### 7.1.1.2 Réaction avec la ninhydrine La ninhydrine est un agent oxydant utilisé pour la détection des acides aminés. La réaction avec un acide aminé conduit à sa dégradation complète et à la formation d'un complexe coloré appelé pourpre de Ruhemann, d'une couleur violet intense. La proline et l'hydroxyproline, étant des iminoacides (amines secondaires), réagissent différemment pour former un complexe de couleur bleue. Cette réaction permet une détection qualitative des acides aminés, leur dosage par mesure d'intensité colorimétrique, et a des applications en biochimie, médecine et criminalistique [79](#page=79) [95](#page=95). ##### 7.1.1.3 Propriétés chimiques liées aux chaînes latérales R Certains acides aminés présentent des réactivités spécifiques dues à leurs chaînes latérales. * **Groupement carboxyle de la chaîne latérale R:** L'acide aspartique et l'acide glutamique possèdent un groupement carboxyle supplémentaire dans leur chaîne latérale, ce qui leur confère un caractère acide. Ils peuvent être transformés en amides, l'asparagine et la glutamine, par réaction avec l'ammoniac [80](#page=80). * **Groupement hydroxyle (–OH) de la chaîne latérale:** La sérine, la thréonine et la tyrosine possèdent un groupement hydroxyle dans leur chaîne latérale, qui est le site de réactions comme la phosphorylation. La phosphorylation ajoute un groupement phosphate (–PO₄³⁻) sur le –OH. Le groupement hydroxyle est également le point d'attache pour la O-glycosylation, où un sucre est fixé, formant une liaison O-glycosidique, comme observé avec la sérine et la thréonine [81](#page=81). * **Groupement thiol (–SH) de la chaîne latérale:** La cystéine possède un groupement thiol (–SH) dans sa chaîne latérale qui est susceptible à l'oxydation. Deux groupements thiol peuvent former un pont disulfure (–S–S–) entre deux cystéines, stabilisant la structure tertiaire et quaternaire des protéines. Par exemple, l'insuline est stabilisée par des ponts disulfures intra et inter-chaînes [82](#page=82). #### 7.1.2 Dérivés d'acides aminés ##### 7.1.2.1 La créatine La créatine est une molécule azotée dérivée de la glycine, de l'arginine et de la méthionine. Dans les cellules musculaires, elle sert de réservoir d'énergie sous forme de phosphocréatine, participant à la régénération rapide de l'ATP lors d'efforts intenses. Sa synthèse se fait en deux étapes: guanidinoacétate (GAA) dans les reins, puis créatine dans le foie via la S-adénosyl-méthionine (SAM) comme donneur de groupement méthyle. La créatinine, un produit de dégradation non réversible de la créatine, est un marqueur de la fonction rénale car elle est éliminée par filtration rénale [83](#page=83) [84](#page=84) [85](#page=85) [88](#page=88) [89](#page=89). ##### 7.1.2.2 Catécholamines et analogues Les catécholamines sont des dérivés d'acides aminés aromatiques (phénylalanine, tyrosine) contenant un cycle catéchol et un groupe amine. Exemples: dopamine, noradrénaline, adrénaline. Les analogues des catécholamines, comme la tyramine (dérivée de la tyrosine par décarboxylation) et la tryptamine (dérivée du tryptophane par décarboxylation), imitent partiellement leurs effets physiologiques (vasoconstriction, augmentation de la pression artérielle). La sérotonine, également dérivée du tryptophane, est un neurotransmetteur important régulant le sommeil, l'humeur et l'appétit [85](#page=85) [86](#page=86) [87](#page=87). ##### 7.1.2.3 S-adénosyl-méthionine (SAM) La SAM est un coenzyme dérivé de la méthionine et de l'ATP. Elle agit comme un donneur de groupement méthyle (–CH₃) dans diverses réactions de méthylation, notamment dans la synthèse de la créatine [88](#page=88) [89](#page=89). #### 7.1.3 Méthodes de séparation et d'identification ##### 7.1.3.1 Électrophorèse L'électrophorèse utilise un champ électrique pour séparer les molécules chargées en fonction de leur mobilité, qui dépend de leur charge et de leur taille. Les acides aminés, ayant des charges variables selon le pH, migrent différemment dans un gel sous l'influence d'un champ électrique [90](#page=90). ##### 7.1.3.2 Chromatographie La chromatographie est une méthode de séparation basée sur la distribution différentielle des composants d'un mélange entre une phase stationnaire et une phase mobile [90](#page=90). * **Principes généraux :** * **Phase stationnaire:** Matériau fixe (papier, silice, résine) qui attire les molécules selon leurs propriétés [90](#page=90). * **Phase mobile:** Solvant qui transporte les molécules à travers la phase stationnaire [90](#page=90). * **Migration:** La vitesse de migration de chaque acide aminé dépend de son affinité pour la phase stationnaire et de sa solubilité dans la phase mobile [91](#page=91). * **Chromatographie sur Couche Mince (CCM):** Méthode rapide et simple utilisant une plaque recouverte de silice ou d'alumine comme phase stationnaire. Après migration du solvant (phase mobile), les acides aminés sont révélés par la ninhydrine. Le rapport frontal (Rf) est calculé pour identifier les acides aminés par comparaison avec des standards [92](#page=92). * **Chromatographie Ionique:** Exploite la charge des acides aminés qui varie avec le pH. Elle utilise des résines chargées (échangeuses de cations ou d'anions). Les acides aminés sont séparés en fonction de leur charge, de leur affinité pour la résine, et sont ensuite détectés par absorption UV ou réaction à la ninhydrine. L'ajustement du pH ou de la force ionique du solvant permet de libérer les acides aminés retenus [93](#page=93) [94](#page=94). #### 7.1.4 Méthodes d'identification quantitatives ##### 7.1.4.1 Méthodes photométriques Ces méthodes quantifient les acides aminés aromatiques (tryptophane, tyrosine, phénylalanine) en mesurant leur absorbance de la lumière ultraviolette (UV), généralement autour de 280 nm [94](#page=94). ##### 7.1.4.2 Méthodes colorimétriques Ces méthodes utilisent des réactifs qui forment des composés colorés avec les acides aminés. L'intensité de la couleur, mesurée par spectrophotométrie, est proportionnelle à la concentration de l'acide aminé. La ninhydrine est le réactif le plus couramment utilisé, formant un complexe violet (ou jaune pour la proline) [95](#page=95). ### 7.2 Détermination de la séquence des peptides et protéines #### 7.2.1 Détermination de la composition en acides aminés Le premier étape pour connaître la structure d'un peptide est de déterminer quels acides aminés le composent et en quelle proportion [100](#page=100). * **Principe :** Hydrolyse du peptide pour libérer les acides aminés constitutifs. * **Méthode : Hydrolyse acide** * Utilise de l'acide chlorhydrique (HCl) concentré à haute température (110 °C) pendant plusieurs heures [100](#page=100). * Casse les liaisons peptidiques, libérant les acides aminés [100](#page=100). * **Précaution:** Les ponts disulfures (–S–S–) doivent être rompus avant l'hydrolyse (par oxydation ou réduction). Le tryptophane est fragile et peut être détruit par cette méthode [100](#page=100). * **Hydrolyse alcaline:** Alternative pour préserver le tryptophane, utilisant une base forte (NaOH) . * **Séparation et dosage:** Les acides aminés libérés sont séparés par chromatographie échangeuse d'ions et quantifiés par réaction à la ninhydrine et mesure spectrophotométrique . #### 7.2.2 Détermination du groupement N-terminal Le groupement N-terminal est le premier acide aminé de la chaîne, celui dont le groupement amine (–NH₂) est libre . * **Méthode de Sanger (avec DNFB) :** * Le réactif 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB, ou réactif de Sanger) est utilisé pour marquer le groupement amine libre du N-terminal. Le DNFB se lie au groupe amine, formant un dérivé jaune (DNF–AA) . * Le peptide marqué est ensuite hydrolysé en milieu acide . * Le dérivé DNF–AA du premier acide aminé est séparé par chromatographie et identifié par comparaison avec des standards . * **Méthode au chlorure de Dansyl :** * Plus sensible que la méthode de Sanger, elle utilise le chlorure de dansyl (DANS–Cl) qui réagit avec le groupe amine du N-terminal pour former un dérivé fluorescent (DANS–Peptide) . * Après hydrolyse acide, le DANS–AA, le dérivé fluorescent du N-terminal, est séparé et identifié par chromatographie sous UV . #### 7.2.3 Détermination de la séquence d'acides aminés (ordre) ##### 7.2.3.1 Méthode d'Edman (séquençage par dégradation) La méthode d'Edman permet de déterminer la séquence d'acides aminés d'un peptide, du N-terminal vers le C-terminal, en retirant un acide aminé à la fois sans détruire le reste de la chaîne . * **Principe:** Le peptide est traité avec du phénilisothiocyanate (PITC) . * **Étapes :** 1. **Marquage du N-terminal:** Le PITC réagit avec le groupe amine libre du premier acide aminé (N-terminal) pour former un PTC–peptide . 2. **Cyclisation et libération:** Le PTC–peptide est traité en milieu acide faible, ce qui libère le premier acide aminé sous forme de dérivé cyclique stable, le phénylthiohydantoïne (PTH–AA₁). Le reste du peptide est raccourci d'un acide aminé (n-1) . 3. **Identification du PTH–AA₁:** Le PTH–AA₁ est séparé et identifié par chromatographie ou spectrométrie de masse . 4. **Répétition du cycle:** Le processus est répété sur le peptide raccourci pour identifier successivement les acides aminés suivants dans la séquence . ##### 7.2.3.2 Méthodes enzymatiques aux exopeptidases Les exopeptidases coupent les liaisons peptidiques à partir des extrémités du peptide . * **Aminopeptidases:** Agissent sur l'extrémité N-terminale, libérant les acides aminés un par un dans l'ordre . * **Carboxypeptidases:** Agissent sur l'extrémité C-terminale, libérant les acides aminés à partir de cette extrémité. Il existe différentes carboxypeptidases (A et B) qui coupent spécifiquement certains acides aminés . ##### 7.2.3.3 Détermination du groupement C-terminal par hydrazinolyse L'hydrazinolyse (réaction avec l'hydrazine, NH₂–NH₂) rompt toutes les liaisons peptidiques et transforme les acides aminés en hydrazides, sauf l'acide aminé C-terminal qui conserve son groupe carboxyle libre. Cet acide aminé C-terminal est ensuite isolé et identifié . ##### 7.2.3.4 Fragmentation de peptides à l'aide d'endopeptidases Pour les peptides ou protéines trop longs pour être séquencés directement, ils sont d'abord fragmentés en morceaux plus petits à l'aide d'endopeptidases. Ces enzymes coupent les liaisons peptidiques à l'intérieur de la chaîne, à des endroits spécifiques déterminés par la nature des acides aminés adjacents. Les enzymes couramment utilisées incluent la trypsine (coupe après Lys/Arg), la chymotrypsine (coupe après Tyr, Trp, Phe), la pepsine (coupe avant les AA aromatiques/hydrophobes à pH acide) et la thermolysine (coupe avant les AA hydrophobes) . ##### 7.2.3.5 Fragmentation chimique Le bromure de cyanogène (BrCN) est un réactif chimique spécifique qui coupe les liaisons peptidiques uniquement après la méthionine (Met). La réaction conduit à la formation de fragments où le premier fragment se termine par un dérivé de la méthionine et le second fragment commence par l'acide aminé qui suivait la méthionine . #### 7.2.4 Exemples de peptides et protéines * **Peptides hormonaux:** Oxytocine, Vasopressine (système nerveux central); Insuline, Glucagon (pancréas) . * **Peptides à activités antibiotiques:** Produits par des bactéries ou champignons, utilisés en thérapeutique (ex: Bacitracine, Gramicidine D) . --- # Structures et propriétés des protéines Voici un résumé de cours sur les structures et propriétés des protéines, conforme à vos instructions. ## 8. Structures et propriétés des protéines Les protéines sont des macromolécules essentielles dont la fonction dépend de leur structure tridimensionnelle précise, qui est déterminée par leur séquence d'acides aminés et les interactions qui en résultent . ### 8.1 Niveaux de structure protéique La structure d'une protéine est décrite à quatre niveaux . #### 8.1.1 Structure primaire La structure primaire correspond à la séquence linéaire des acides aminés qui constituent la chaîne polypeptidique, reliés entre eux par des liaisons peptidiques. Elle est déterminée par la séquence génétique de l'ADN et est lue de l'extrémité N-terminale vers l'extrémité C-terminale lors de la traduction. La présence de ponts disulfure entre des résidus cystéine est également considérée comme faisant partie de la structure primaire . #### 8.1.2 Structure secondaire La structure secondaire décrit le repliement local de la chaîne polypeptidique. Ce repliement est stabilisé par des liaisons hydrogène formées entre les groupements amide (-NH) et carbonyle (-CO) du squelette peptidique. Les deux formes principales de structure secondaire sont : * **Hélice α:** Le polypeptide s'enroule en une structure hélicoïdale. Les chaînes latérales des acides aminés sont dirigées vers l'extérieur du squelette. Les liaisons hydrogène se forment entre l'oxygène d'un groupement carboxylique (-C=O) et l'hydrogène d'un groupement aminé (-NH) d'un même brin polypeptidique, à l'intérieur de la chaîne . * **Feuillet β:** La structure est formée par l'association d'au moins deux brins β parallèles ou antiparallèles. Ces brins sont maintenus ensemble par des liaisons hydrogène entre le groupement -CO d'un brin et le groupement -NH d'un brin adjacent . #### 8.1.3 Structure tertiaire La structure tertiaire représente la conformation tridimensionnelle complète d'une seule chaîne polypeptidique. Elle résulte de l'agencement spatial des éléments de structure secondaire (hélices α, feuillets β) et des boucles qui les relient. Cette structure est essentielle à la fonctionnalité de la protéine, notamment à la formation du site actif des enzymes. Elle est stabilisée par diverses interactions : * **Liaisons covalentes:** Ponts disulfure entre les chaînes latérales de résidus cystéine . * **Liaisons non covalentes:** Liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes (les chaînes latérales hydrophobes se regroupent à l'intérieur, formant un cœur hydrophobe, tandis que les chaînes hydrophiles sont orientées vers l'extérieur) et interactions ioniques . #### 8.1.4 Structure quaternaire La structure quaternaire décrit l'association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (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: deux chaînes α et deux chaînes β . ### 8.2 Propriétés physiques des protéines Les protéines présentent plusieurs propriétés physiques importantes . * **Solubilité:** La plupart des protéines sont solubles dans l'eau, ce sont généralement des protéines globulaires. Les protéines insolubles dans l'eau sont appelées scléroprotéines ou protéines fibreuses . * **Cristallisation:** Les protéines peuvent être cristallisées en ajustant le pH, la concentration saline (force ionique) et en utilisant certains solvants organiques (comme l'éthanol ou l'acétone) qui réduisent leur solubilité dans l'eau . * **Propriétés optiques :** * Les protéines sont optiquement actives . * La plupart des protéines absorbent la lumière UV à 280 nm, en raison de la présence de résidus aromatiques . * En milieu alcalin, les protéines réagissent avec les ions cuivriques pour former un complexe coloré violet (réaction du Biuret), qui absorbe à 540 nm (DO = εLC). Cette réaction est utilisée pour doser les protéines du sang . * **Masse moléculaire (MM):** Chaque protéine possède une masse moléculaire caractéristique, généralement supérieure à 6000 Daltons (Da). La chromatographie par gel-filtration est une méthode courante pour déterminer la MM, en séparant les protéines selon leur taille sur des gels de dextranes . ### 8.3 Propriétés chimiques des protéines Les propriétés chimiques des protéines découlent de la nature des acides aminés qui les composent et de leurs modifications . * **Composition élémentaire:** Les protéines contiennent principalement du carbone (C), de l'hydrogène (H), de l'oxygène (O), de l'azote (N), et souvent du soufre (S). La majorité des protéines naturelles sont formées à partir des 20 acides aminés standards . * **Acides aminés dérivés:** Certaines protéines subissent des modifications post-traductionnelles, conduisant à la formation d'acides aminés dérivés comme l'hydroxyproline et l'hydroxylysine, particulièrement abondants dans le collagène et participant à la stabilisation des fibres . * **Réactivité:** La réactivité d'une protéine dépend de la nature de ses acides aminés constitutifs. Par exemple, une protéine riche en acides aminés basiques aura une tendance basique, et inversement pour les acides aminés acides . * **Caractère amphotère:** Les protéines sont amphotères car elles possèdent à la fois des groupes acides et basiques. L'ionisation de ces groupes est influencée par le pH du milieu. Les groupes ionisables incluent : * Les extrémités de la chaîne peptidique (groupement carboxyle terminal -COOH et groupement amine terminal -NH₂) . * Les chaînes latérales des acides aminés: groupes acides (-COOH de Asp, Glu), groupes basiques (-NH₂ de Lys, Arg, His), et autres groupes polaires (-OH de Tyr, Ser; -SH de Cys) . * **Point isoélectrique (pI):** Le pH auquel une protéine possède une charge nette globale nulle est appelé point isoélectrique (pI). À ce pH : * La protéine ne migre pas dans un champ électrique (électrophorèse) . * Elle est souvent moins soluble, car les charges équilibrées réduisent les répulsions intermoléculaires, ce qui peut entraîner sa précipitation . > **Remarque:** Après électrophorèse, les protéines sont souvent révélées par coloration au bleu de Coomassie . ### 8.4 Propriétés biologiques des protéines Les protéines jouent une multitude de rôles biologiques essentiels . * **Propriétés antigéniques:** Les protéines peuvent agir comme antigènes, induisant la synthèse d'anticorps . * **Activités biologiques spécifiques:** Elles peuvent avoir une activité catalytique enzymatique, agir comme hormones (ex: GH, EPO), ou encore être des toxines (ex: exotoxines bactériennes). Certaines protéines, comme VanX, possèdent une activité antibiotique directe . ### 8.5 Classification des protéines Les protéines peuvent être classées selon leur composition et leur solubilité . #### 8.5.1 Holoprotéines Les holoprotéines sont exclusivement composées d'acides aminés . * **Holoprotéines globulaires solubles:** Ce sont des protéines de forme sphéroïde, solubles dans l'eau. Elles comprennent la majorité des protéines fonctionnelles: enzymes, hormones et anticorps . * **Albumines:** Elles représentent environ 60% des protéines sériques. Elles sont impliquées dans le maintien de la pression oncotique, qui retient l'eau dans les vaisseaux sanguins et prévient la formation d'œdèmes. Elles assurent également le transport sérique de diverses substances (acides gras, médicaments, hormones) . * **Globulines:** Elles représentent environ 40% des protéines sériques. Elles jouent des rôles dans le transport de molécules, la défense immunitaire, la coagulation et la réponse inflammatoire. Elles sont classées selon leur mobilité électrophorétique en fractions α1, α2, β et γ. Les γ-globulines correspondent aux immunoglobulines (anticorps) . > **Principe de la séparation sur gel d'agarose:** L'électrophorèse sur gel d'agarose sépare les protéines sériques selon leur charge et leur taille, permettant leur visualisation après coloration . #### 8.5.2 Hétéroprotéines Les hétéroprotéines sont composées d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique appelée groupement prosthétique . * **Phosphoprotéines:** Protéine + groupement phosphorique (liaison ester à la sérine ou thréonine). Exemple: caséine du lait . * **Nucléoprotéines:** Protéine + acide nucléique (ADN ou ARN). Exemple: télomérase . * **Glycoprotéines:** Protéines liées à un sucre. La glycosylation peut se faire sur l'azote d'une asparagine (N-glycosylation) ou sur l'oxygène d'une sérine ou thréonine (O-glycosylation). Elles sont impliquées dans la protection des épithéliums (mucines), la défense immunitaire (immunoglobulines) et déterminent les groupes sanguins (glycoprotéines des groupes sanguins) . * **Lipoprotéines:** Complexes protéines-lipides qui transportent les lipides insolubles dans le plasma sanguin. Elles sont classées en cinq classes selon leur 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 | |------|------------| | Terme | Définition | | Filiation des aldoses | Ensemble de réactions chimiques permettant de relier les oses entre eux en fonction de leur nombre d'atomes de carbone, soit par allongement, soit par raccourcissement de la chaîne carbonée. | | Synthèse de Kiliani-Fischer | Méthode chimique permettant d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un atome de carbone, en passant par la formation d'un cyanhydrine suivie d'une hydrolyse et d'une réduction. | | Isomère | Molécule ayant la même formule brute qu'une autre molécule mais une structure atomique différente, ce qui lui confère des propriétés physico-chimiques distinctes. | | Structure cyclique des oses | Forme prédominante des oses à plus de quatre atomes de carbone en solution aqueuse, formée par la réaction intramoléculaire d'une fonction carbonyle avec une fonction alcool pour créer un hémiacétal ou hémicétal. | | Hémiacétal | Composé résultant de l'addition d'un alcool sur une fonction aldéhyde, ou d'un hémiacétal sur un autre alcool. Dans le cas des oses, c'est la fermeture du cycle avec formation d'un nouveau centre chiral. | | Pyranose | Cycle à six chaînons formé par un atome d'oxygène et cinq atomes de carbone, typique des aldoses comme le glucose après cyclisation, où le groupe hydroxyle du carbone 5 attaque le carbone aldéhydique. | | Furanose | Cycle à cinq chaînons formé par un atome d'oxygène et quatre atomes de carbone, typique des cétoses comme le fructose après cyclisation, où le groupe hydroxyle du carbone 4 attaque le carbone cétonique. | | Projection de Haworth | Représentation schématique en 3D des cycles des sucres, où l'anneau est représenté de manière simplifiée, les substituants étant placés au-dessus ou en dessous du plan de l'anneau. | | Carbone anomérique | Le carbone issu de la fonction carbonyle (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses) après la cyclisation. Il peut exister sous deux formes, alpha ($\alpha$) et bêta ($\beta$), selon la position du groupe hydroxyle. | | Forme chaise | Conformation spatiale la plus stable adoptée par les cycles pyranose en solution, similaire à la forme chaise du cyclohexane, où les atomes de carbone sont disposés de manière à minimiser les contraintes stériques. | | Ose | Un glucide simple, également appelé monosaccharide, qui est le bloc de construction de base des sucres plus complexes. Les oses possèdent des propriétés physiques comme une solubilité élevée dans l'eau et des propriétés chimiques dues à leurs groupements fonctionnels aldéhyde ou cétone, et leurs groupements hydroxyles. | | Oxydation enzymatique | Une réaction biochimique catalysée par une enzyme oxydase, où une molécule est oxydée en utilisant de l'oxygène moléculaire. Par exemple, la glucose oxydase (GOD) oxyde le D-glucose en acide gluconique en produisant du peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$). | | Oxydation douce | Une réaction chimique d'oxydation des aldoses qui cible spécifiquement le groupement aldéhyde (–CHO) pour le transformer en groupement acide carboxylique (–COOH), sans affecter les autres fonctions alcools de la molécule. L'eau bromée ($Br_2/H_2O$) est un réactif couramment utilisé pour cette transformation. | | Oxydation forte | Une réaction chimique d'oxydation des aldoses utilisant des oxydants puissants comme l'acide nitrique ($HNO_3$). Cette réaction oxyde à la fois le groupement aldéhyde (–CHO) en acide carboxylique (–COOH) et le groupement alcool primaire (–CH₂OH) en acide carboxylique (–COOH), conduisant à la formation d'acides aldariques. | | Acide aldarique | Un produit d'oxydation forte des aldoses, caractérisé par la présence de deux groupements acide carboxylique (–COOH) aux extrémités de la chaîne carbonée, généralement en position C1 et C6. La formation d'un acide aldarique est utile pour distinguer la nature des sucres par identification chimique. | | Oxydation par les sels de métaux lourds | Une réaction d'oxydo-réduction en milieu alcalin et chauffé, où certains ions métalliques (comme $Cu^{2+}$ ou $Ag^+$) agissent comme agents oxydants pour les oses réducteurs, tandis que les ions métalliques sont réduits. Les aldoses sont qualifiés de réducteurs car ils peuvent réduire ces ions. | | Ose réducteur | Un ose qui possède une fonction aldéhyde (–CHO) libre ou qui peut régénérer une fonction aldéhyde en milieu basique (même à partir d'une forme cyclique). Les oses réducteurs sont capables de réduire les ions de métaux lourds, comme $Cu^{2+}$ dans la liqueur de Fehling. | | Réduction chimique | Une réaction chimique qui est le complément de l'oxydation, où un agent réducteur tel que le borohydrure de sodium ($NaBH_4$) est utilisé pour transformer le groupement carbonyle d'un ose. Les aldoses sont réduits en polyols primaires, et les cétoses sont réduits en polyols secondaires. | | Polyol | Un composé organique contenant plusieurs groupements hydroxyles (–OH). Dans le contexte des oses, la réduction chimique transforme les aldoses en polyols primaires et les cétoses en polyols secondaires, modifiant ainsi la nature du sucre. | | Réaction de condensation | Une réaction chimique durant laquelle deux molécules se combinent pour former une molécule plus grande, avec l'élimination d'une petite molécule, typiquement de l'eau ($H_2O$). Les réactions de condensation des oses permettent la formation de liaisons glycosidiques, menant à des holosides ou des hétérosides. | | Liaison glycosidique | Une liaison covalente formée entre le carbone anomérique d'un ose et une autre molécule via une fonction hydroxyle ou amine. Dans les holosides, elle relie deux oses. Dans les hétérosides, elle lie un ose à un autre type de molécule, comme un alcool ou une base azotée (dans l'ADN/ARN). | | Holoside | Un type de polysaccharide ou de disaccharide composé uniquement d'unités de sucres (oses) reliées par des liaisons glycosidiques. L'exemple donné est la formation du maltose à partir de deux molécules de glucose par une liaison O-glycosidique en α-(1,4). | | Hétéroside | Un composé formé par la condensation d'un ose avec une molécule non glucidique, appelée aglycone. Il existe différents types d'hétérosides, tels que les O-hétérosides (sucre + alcool/phénol) et les N-hétérosides (sucre + amine, comme dans les acides nucléiques). | | Oside | Molécule glucidique complexe dont l'hydrolyse libère deux unités d'oses, identiques ou différentes, ou des oses et une molécule non glucidique. | | Liaison osidique | Liaison covalente formée entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle d'un autre ose, ou un groupement hydroxyle de l'aglycone dans le cas des hétérosides. | | Oligoside | Type d'holoside composé de 2 à 10 unités d'oses, comme le maltose (glucose + glucose) ou le saccharose (glucose + fructose). | | Polyoside (Polysaccharide) | Glucide complexe de grande taille, formé par la condensation de nombreuses molécules d'oses. Joue des rôles de réserve énergétique (amidon, glycogène) ou structuraux (cellulose). | | Sucre réducteur | Ose ou disaccharide qui possède une fonction hémiacétalique libre, lui permettant de réduire les sels métalliques, par exemple ceux de la liqueur de Fehling. | | Sucre non réducteur | Ose ou disaccharide dont la fonction hémiacétalique est engagée dans une liaison osidique, l'empêchant de réduire les sels métalliques. | | Aglycone | Partie non glucidique d'un hétéroside, qui peut être de nature lipidique, protéique, azotée, soufrée, etc. | | Glycoprotéine | Hétéroside où la partie glucidique est liée à une protéine, jouant des rôles variés comme la reconnaissance cellulaire, les fonctions immunitaires ou hormonales. | | Glycolipide | Hétéroside composé d'un lipide lié à un ou plusieurs oses, souvent retrouvé dans les membranes cellulaires et impliqué dans la reconnaissance intercellulaire. | | Homopolyside | Polyoside constitué d'un seul type d'ose, comme l'amidon ou la cellulose qui sont tous deux composés de glucose. | | Hétéropolyside | Polyoside composé de plusieurs types d'oses différents dans sa structure, comme certains composants de la matrice extracellulaire. | | Liaison α(1→4) | Liaison osidique où le carbone anomérique C1 d'un premier ose, en configuration alpha, est lié au carbone en position 4 du second ose. | | Liaison β(1→4) | Liaison osidique où le carbone anomérique C1 d'un premier ose, en configuration bêta, est lié au carbone en position 4 du second ose. | | Acides gras | Molécules composées d'une fonction acide carboxylique (–COOH, partie polaire et hydrophile) et d'un radical R (chaîne carbonée, partie non polaire et hydrophobe), de formule générale R–COOH. | | Acide gras saturé | Acide gras dont la chaîne carbonée ne contient aucune double liaison carbone-carbone ; elle est entièrement saturée en hydrogène. La formule générale est CₙH₂ₙ. | | Acide gras insaturé | Acide gras possédant au moins une double liaison carbone-carbone dans sa chaîne carbonée. Sa formule générale est CₙH₂ₙ₋₂ₓ, où x représente le nombre de doubles liaisons. | | Acide gras mono-insaturé (AGMI) | Acide gras qui ne possède qu'une seule double liaison carbone-carbone dans sa chaîne carbonée. L'exemple typique est l'acide oléique. | | Acide gras poly-insaturé (AGPI) | Acide gras qui contient plusieurs doubles liaisons carbone-carbone dans sa chaîne carbonée, séparées par un ou plusieurs groupements méthylènes. | | Chaîne carbonée | La partie hydrocarbonée d'un acide gras, constituée d'une série d'atomes de carbone liés entre eux. Cette chaîne est généralement linéaire et hydrophobe. | | Groupement carboxyle | La fonction acide de la molécule d'acide gras, représentée par –COOH. Elle est polaire, hydrophile et peut s'ioniser en carboxylate (–COO⁻) en milieu aqueux. | | Hydrophile | Se dit d'une substance ou d'une partie d'une molécule qui a une affinité pour l'eau et tend à s'y dissoudre. Dans les acides gras, le groupement carboxyle est hydrophile. | | Hydrophobe | Se dit d'une substance ou d'une partie d'une molécule qui repousse l'eau et tend à s'en éloigner. Dans les acides gras, la chaîne carbonée est hydrophobe. | | Liaison double | Une liaison chimique entre deux atomes de carbone impliquant quatre électrons, représentée par C=C. Les doubles liaisons confèrent une certaine rigidité à la chaîne carbonée des acides gras insaturés. | | Nomenclature | Ensemble de règles utilisées pour nommer les composés chimiques. Dans le cas des acides gras, elle peut être basée sur des noms d'usage, des noms systématiques (UICPA), ou des symboles abrégés. | | Oméga (ω) | Système de nomenclature des acides gras insaturés qui identifie la position de la première double liaison en comptant à partir du carbone méthylique terminal (–CH₃), appelé carbone oméga. | | Ponts de carbones | Liaison entre deux atomes de carbone adjacents dans une chaîne carbonée, généralement représentée par C-C dans les acides gras saturés. | | Point de fusion | Température à laquelle un corps solide passe à l'état liquide. Le point de fusion des acides gras est influencé par la longueur de leur chaîne carbonée et leur degré d'insaturation. | | Saponification | Réaction chimique d'un acide gras avec une base forte (comme NaOH ou KOH) pour former un sel d'acide gras (savon) et de l'eau. | | Symbole (notation) | Représentation abrégée d'un acide gras, indiquant le nombre total d'atomes de carbone et le nombre de doubles liaisons. Par exemple, C18:1 signifie 18 atomes de carbone et 1 double liaison. | | Tête hydrophile | La partie polaire et soluble dans l'eau d'une molécule amphipathique, telle que le groupement carboxyle (–COOH) d'un acide gras. | | Queue hydrophobe | La partie non polaire et insoluble dans l'eau d'une molécule amphipathique, telle que la longue chaîne carbonée d'un acide gras. | | Delta (Δ) | Système de nomenclature utilisé pour indiquer la position des doubles liaisons dans la chaîne d'un acide gras, en comptant à partir du carbone du groupement carboxyle, qui est le carbone 1. | | Hydrogénation | Réaction chimique par laquelle de l'hydrogène (H₂) est ajouté aux doubles liaisons d'un acide gras insaturé, le transformant en acide gras saturé. | | Estérification | Réaction chimique entre un acide gras et un alcool, formant un ester et de l'eau. Les triglycérides sont des esters formés par la réaction de trois acides gras avec le glycérol. | | Lipides | Composés organiques formés principalement de carbone, hydrogène et oxygène, caractérisés par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires. Ils sont souvent constitués d'acides gras et d'alcools. | | Glycérol | Un alcool à trois groupes hydroxyles (-OH) qui sert de squelette à de nombreux lipides, notamment les glycérides. Sa structure est souvent désignée par les positions alpha ($\alpha$), bêta ($\beta$), et alpha prime ($\alpha'$). | | Ester | Composé organique formé par la réaction entre un acide carboxylique et un alcool, avec élimination d'une molécule d'eau. C'est la liaison fondamentale dans de nombreux lipides. | | Lipides simples | Lipides composés uniquement de carbone, hydrogène et oxygène, résultant généralement de l'union d'acides gras avec un alcool. On distingue les glycérides, cérides et stérides. | | Glycérides | Lipides simples formés par la réaction entre le glycérol et un ou plusieurs acides gras. Ils sont classés en mono-, di-, et triacylglycérols selon le nombre d'acides gras liés. | | Triglycéride | Un glycéride composé de glycérol et de trois acides gras. Les graisses et huiles alimentaires et corporelles sont principalement des triglycérides, servant de réserve d'énergie. | | Cérides | Lipides simples formés par la réaction entre un acide gras et un alcool à longue chaîne. Ils constituent les cires naturelles et assurent des fonctions de protection et d'imperméabilisation. | | Stérides | Lipides simples formés par la réaction entre un stérol (comme le cholestérol) et un acide gras. Ils sont impliqués dans le transport et le stockage du cholestérol et sont présents dans les membranes cellulaires. | | Lipides complexes | Lipides contenant, outre le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, d'autres éléments comme le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont des constituants majeurs des membranes cellulaires. | | Glycérophospholipides | Lipides complexes contenant du glycérol, deux acides gras, un groupe phosphate, et souvent un alcool lié au phosphate. Ils sont amphiphiles et forment la bicouche lipidique des membranes cellulaires. | | Sphingolipides | Lipides complexes dont le squelette est formé par une molécule de sphingosine au lieu du glycérol. Ils sont particulièrement présents dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline. | | Glycolipides | Lipides formés par l'union d'un lipide (souvent un céramide) et d'un glucide. Ils sont situés à la surface des membranes cellulaires et jouent un rôle dans la reconnaissance et la communication intercellulaire. | | Amphiphile | Molécule possédant à la fois une partie hydrophile (qui aime l'eau) et une partie hydrophobe (qui repousse l'eau). Les glycérophospholipides et les glycolipides sont amphiphiles. | | Bicouche lipidique | Organisation structurelle formée par deux couches de molécules amphiphiles (comme les glycérophospholipides) en milieu aqueux, où les têtes hydrophiles sont orientées vers l'eau et les queues hydrophobes se regroupent au centre. | | Sphingosine | Molécule amino-dialcool à longue chaîne carbonée constituant le squelette de base des sphingolipides. Elle possède un groupe amine et deux groupes hydroxyles. | | Céramide | Composé formé par la liaison amide entre la sphingosine et un acide gras. C'est la partie lipidique de base des sphingolipides. | | Sphingomyéline | Un sphingolipide complexe comportant un céramide lié à un groupe phosphate et à un alcool (comme la choline). Il est abondant dans la gaine de myéline des neurones. | | Gangliosides | Type de sphingoglycolipides contenant une chaîne glucidique complexe de plusieurs sucres, dont souvent un acide sialique. Ils sont impliqués dans la reconnaissance cellulaire et sont abondants dans le cerveau. | | Stéroïdes | Lipides caractérisés par une structure chimique commune, le noyau stérane, composé de quatre cycles accolés. Le cholestérol et les hormones stéroïdiennes en font partie. | | Noyau stérane | Structure chimique rigide composée de quatre cycles fusionnés (trois cycles hexagonaux et un cycle pentagonal) qui est caractéristique de tous les stéroïdes. | | Cholestérol | Un stérol essentiel, stéroïde le plus connu. Il est un constituant majeur des membranes cellulaires, stabilise leur fluidité et est un précurseur de nombreuses autres molécules stéroïdiennes. | | Acides biliaires | Dérivés du cholestérol, synthétisés dans le foie, qui jouent un rôle crucial dans l'émulsification des graisses lors de la digestion dans l'intestin. | | Hormones stéroïdiennes | Hormones dérivées du cholestérol, possédant la structure du noyau stérane. Elles incluent les glucocorticoïdes, minéralocorticoïdes, androgènes, œstrogènes et progestatifs. | | Lipolyse | Réaction de dégradation des triglycérides stockés dans les adipocytes en acides gras et glycérol, libérant ainsi de l'énergie pour le corps. | | Acide aminé (AA) | Molécule organique constituant l'unité de base des protéines, caractérisée par une structure fondamentale comprenant une fonction amine (NH₂) et une fonction carboxylique (COOH) liées à un carbone central (carbone alpha). | | Carbone alpha ($\text{C}\alpha$) | Le carbone central d'un acide aminé, auquel sont attachés le groupe amine, le groupe carboxylique, un atome d'hydrogène et la chaîne latérale (R). Il est généralement chiral, sauf dans la glycine. | | Chaîne latérale (R) | Le groupement variable attaché au carbone alpha d'un acide aminé, qui détermine ses propriétés spécifiques et le différencie des autres acides aminés. | | Liaison peptidique | Liaison covalente formée entre le groupe carboxyle d'un acide aminé et le groupe amine d'un autre acide aminé, résultant de la condensation et de l'élimination d'une molécule d'eau, permettant la formation de chaînes polypeptidiques. | | Zwitterion | Une molécule neutre globalement qui porte à la fois une charge positive et une charge négative, résultant de la déprotonation du groupe carboxylique et de la protonation du groupe amine d'un acide aminé en milieu neutre. | | Chiralité | Propriété d'une molécule qui existe sous deux formes non superposables, comme une image miroir, généralement due à la présence d'un carbone asymétrique. Les acides aminés (sauf la glycine) sont chiraux et existent sous forme L et D. | | Acides aminés protéinogènes | Les 20 acides aminés standards utilisés par les organismes vivants pour fabriquer des protéines, codés par l'ADN et incorporés lors de la traduction de l'ARNm. | | Acides aminés essentiels | Acides aminés que l'organisme ne peut pas synthétiser et qui doivent être apportés par l'alimentation pour permettre la synthèse protéique. | | Acides aminés non essentiels | Acides aminés que l'organisme peut synthétiser lui-même à partir d'autres composés métaboliques. | | Polarité | Propriété d'une molécule relative à la répartition des charges électriques ; une molécule polaire a une zone partiellement positive et une zone partiellement négative, lui permettant d'interagir avec l'eau. | | Pont disulfure | Liaison covalente forte (S–S) formée entre deux groupes thiol (–SH) de deux résidus de cystéine dans une protéine, contribuant à stabiliser sa structure tridimensionnelle. | | Phosphorylation | Ajout d'un groupe phosphate (–$\text{PO}_4^{3-}$) à une molécule, souvent sur des résidus de sérine, thréonine ou tyrosine, jouant un rôle clé dans la régulation de l'activité des protéines. | | Méthylation | Ajout d'un groupe méthyle (–$\text{CH}_3$) à une molécule, un processus important dans la régulation de l'expression des gènes via la modification de l'ADN. | | pKa | La valeur du pH à laquelle 50 % d'un groupement ionisable est déprotoné (a perdu un proton) ; chaque fonction ionisable d'un acide aminé possède son propre pKa. | | pHi (point isoélectrique) | Le pH auquel un acide aminé ou une protéine porte une charge nette nulle et existe majoritairement sous forme zwitterionique. | | Transamination | Réaction chimique catalysée par des transaminases où un groupe amine est transféré d'un acide aminé à un acide alpha-cétonique, permettant la production de nouveaux acides aminés ou la dégradation des acides aminés. | | Acide alpha-cétonique | Molécule formée lors de la déamination d'un acide aminé, résultant de la perte du groupe amine, qui peut ensuite entrer dans le cycle de Krebs pour produire de l'énergie. | | Décarboxylation | Réaction enzymatique qui élimine un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de dioxyde de carbone ($\text{CO}_2$), conduisant à la formation d'amines physiologiquement actives. | | Amidation | Réaction chimique qui transforme un groupe carboxyle en un groupe amide (–CONH₂), processus fondamental dans la formation des liaisons peptidiques. | | Base de Schiff | Une base de Schiff est formée par la réaction entre un aldéhyde aromatique et un groupement amine, résultant en une double liaison carbone-azote (C=N) et la perte d'une molécule d'eau. Ces composés sont biologiquement importants, notamment dans les réactions enzymatiques impliquant des acides aminés. | | Ninhydrine | La ninhydrine est un réactif chimique oxydant (C₉H₆O₄) utilisé pour la détection et la quantification des acides aminés. Elle oxyde l'acide aminé, provoquant sa dégradation en aldéhyde, ammoniac et dioxyde de carbone, puis forme un complexe coloré appelé pourpre de Ruhemann avec l'ammoniac et un aldéhyde. | | Pourpre de Ruhemann | Le pourpre de Ruhemann est un complexe coloré violet intense formé par la réaction de la ninhydrine avec la plupart des acides aminés. Ce composé est utilisé pour la détection qualitative et la quantification des acides aminés dans diverses applications biochimiques et médico-légales. | | Créatine | La créatine est une petite molécule azotée, dérivée de la glycine, de l'arginine et de la méthionine. Dans les cellules musculaires, elle sert de réservoir d'énergie rapide en se convertissant en phosphocréatine, laquelle peut ensuite régénérer l'ATP lors d'efforts intenses. | | Créatinine | La créatinine est un déchet métabolique issu de la dégradation de la créatine et de la phosphocréatine dans les muscles. Elle est éliminée par les reins et sa concentration sanguine est un marqueur standard pour évaluer la fonction rénale. | | Catécholamines | Les catécholamines sont des molécules dérivées d'acides aminés aromatiques (phénylalanine, tyrosine) contenant un cycle benzénique avec deux groupes hydroxyles voisins et un groupe amine. Elles agissent comme hormones et neurotransmetteurs, tels que la dopamine, la noradrénaline et l'adrénaline. | | Tyramine | La tyramine est un analogue des catécholamines, dérivé de la tyrosine par décarboxylation. Elle agit comme un sympathomimétique indirect, mimant les effets des catécholamines en provoquant une vasoconstriction et une augmentation de la pression artérielle. | | Tryptamine | La tryptamine est un analogue des catécholamines dérivé du tryptophane par décarboxylation. C'est un vasoconstricteur puissant qui mime les effets des catécholamines sur le système cardiovasculaire. | | Sérotonine (5-hydroxytryptamine) | La sérotonine est un neurotransmetteur et une hormone dérivée du tryptophane par hydroxylation puis décarboxylation. Elle joue un rôle clé dans la régulation du sommeil, de l'humeur, de l'appétit, ainsi que dans le système cardiovasculaire et l'inflammation. | | S-adénosyl-méthionine (SAM) | La S-adénosyl-méthionine (SAM) est un coenzyme dérivé de la méthionine et de l'ATP. C'est un donneur universel de groupes méthyle (–CH₃) essentiel pour de nombreuses réactions de méthylation, notamment dans la synthèse de la créatine. | | Électrophorèse | L'électrophorèse est une technique de laboratoire utilisée pour séparer des acides aminés en fonction de leur charge électrique dans un champ électrique. Les acides aminés chargés migrent vers l'électrode de polarité opposée, permettant leur identification et leur séparation. | | Chromatographie | La chromatographie est une technique de séparation qui utilise deux phases, une phase stationnaire (fixe) et une phase mobile (en mouvement), pour séparer les composants d'un mélange en fonction de leurs propriétés physico-chimiques (polarité, charge, taille, etc.). | | Rapport frontal (Rf) | Le rapport frontal (Rf) est une mesure utilisée en chromatographie, calculée comme le rapport entre la distance parcourue par une tache d'un composé et la distance parcourue par le front du solvant. Chaque acide aminé possède un Rf caractéristique dans des conditions données, servant d'empreinte digitale pour son identification. | | Chromatographie ionique | La chromatographie ionique est une méthode de séparation qui exploite les charges électriques des acides aminés, dépendant du pH du milieu. Elle utilise des résines chargées pour retenir sélectivement les acides aminés positifs ou négatifs, qui sont ensuite élués en ajustant le pH ou la force ionique. | | Point isoélectrique (pHi) | Le point isoélectrique (pHi) est le pH auquel un acide aminé ou une molécule portant des groupes ionisables est globalement neutre, c'est-à-dire que la somme de ses charges positives et négatives est nulle. Ce concept est fondamental en chromatographie ionique. | | Hydrolyse acide | L'hydrolyse acide est une réaction chimique qui utilise de l'acide fort (comme le HCl) à haute température pour rompre les liaisons peptidiques et libérer les acides aminés constitutifs d'un peptide ou d'une protéine. Elle est utilisée pour déterminer la composition en acides aminés. | | Hydrolyse alcaline | L'hydrolyse alcaline utilise une base forte (comme le NaOH) à haute température pour rompre les liaisons peptidiques. Cette méthode est particulièrement utile pour préserver le tryptophane, qui est fragile lors de l'hydrolyse acide. | | Peptide | Un peptide est une petite chaîne constituée de plusieurs acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques. Les peptides sont classifiés selon leur taille : dipeptide (2 AA), tripeptide (3 AA), oligopeptide (<10 AA), polypeptide (10-100 AA), et protéine (>100 AA). | | Séquençage de peptides | Le séquençage de peptides est le processus de détermination de l'ordre des acides aminés dans une chaîne peptidique. Des méthodes comme celles de Sanger, de Dansyl, d'Edman, ou l'utilisation d'aminopeptidases et de carboxypeptidases sont employées. | | Méthode de Sanger | La méthode de Sanger utilise le 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB) pour marquer le groupement amine libre (–NH₂) de l'acide aminé N-terminal. Après hydrolyse acide du peptide, le dérivé jaune DNF-acide aminé est identifié par chromatographie, révélant le premier acide aminé de la chaîne. | | Méthode au chlorure de dansyl | La méthode au chlorure de dansyl (DANS-Cl) est similaire à celle de Sanger mais utilise un réactif fluorescent. Le DANS-Cl marque l'acide aminé N-terminal, produisant un dérivé DANSYL-acide aminé fluorescent qui est ensuite séparé et identifié par chromatographie sous UV. Elle est plus sensible et plus rapide. | | Méthode d'Edman | La méthode d'Edman utilise l'isothiocyanate de phényle (PITC) pour marquer sélectivement le groupement amine libre du premier acide aminé N-terminal. Par une réaction douce en milieu acide, cet acide aminé est libéré sous forme de phénylthiohydantoïne (PTH-AA) identifiable, tandis que le reste du peptide reste intact, permettant un séquençage cyclique. | | Aminopeptidase | Une aminopeptidase est une exopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques à l'extrémité N-terminale d'un peptide, libérant séquentiellement les acides aminés un par un, à partir du début de la chaîne. | | Carboxypeptidase | Une carboxypeptidase est une exopeptidase qui agit sur l'extrémité C-terminale d'un peptide ou d'une protéine, libérant l'acide aminé C-terminal. Il existe différents types, comme la Carboxypeptidase A et B, qui varient dans leur spécificité pour les acides aminés. | | Endopeptidase | Une endopeptidase est une enzyme qui coupe les liaisons peptidiques à l'intérieur d'une chaîne polypeptidique, plutôt qu'aux extrémités. Des exemples incluent la trypsine, la chymotrypsine, la pepsine et la thermolysine, qui ont des spécificités de coupure différentes. | | Fragmentation chimique | La fragmentation chimique utilise des réactifs comme le bromure de cyanogène (BrCN) pour cliver spécifiquement une chaîne polypeptidique en fragments plus petits. Le BrCN coupe après les résidus de méthionine, permettant la génération de fragments pour faciliter le séquençage. | | Spectrométrie de masse | Bien que non détaillée dans le contenu fourni pour la définition, la spectrométrie de masse est une technique puissante utilisée pour identifier et quantifier des peptides et des protéines en mesurant le rapport masse/charge de leurs ions. Elle est souvent couplée à d'autres méthodes de séparation pour le séquençage. | | Séquence d'acides aminés | L'ordre spécifique dans lequel les acides aminés sont liés entre eux pour former une chaîne polypeptidique. Cet ordre est déterminé génétiquement et est crucial pour la structure tridimensionnelle et la fonction de la protéine. | | Conformation | La structure tridimensionnelle spécifique qu'une protéine adopte dans l'espace. Cette forme est essentielle à son activité biologique et peut être décrite à différents niveaux : primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire. | | Structure primaire | Le niveau de structure protéique qui décrit la séquence linéaire des acides aminés liés par des liaisons peptidiques. Elle détermine l'arrangement futur de la protéine. | | Structure secondaire | L'arrangement local régulier de segments de la chaîne polypeptidique, principalement stabilisé par des liaisons hydrogène. Les formes les plus communes sont l'hélice $\alpha$ (enroulement hélicoïdal) et le feuillet $\beta$ (arrangements en feuillets plissés). | | Hélice $\alpha$ | Une structure secondaire protéique où la chaîne polypeptidique s'enroule en une structure hélicoïdale régulière. Les chaînes latérales des acides aminés sont dirigées vers l'extérieur et la structure est stabilisée par des liaisons hydrogène intramoléculaires. | | Feuillet $\beta$ | Une structure secondaire protéique formée par l'alignement de plusieurs brins $\beta$ adjacents, souvent liés par des liaisons hydrogène. Ces brins peuvent être parallèles ou antiparallèles, formant une structure plane ou légèrement ondulée. | | Structure tertiaire | La conformation tridimensionnelle complète d'une protéine monomérique. Elle résulte des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés, y compris les liaisons covalentes (ponts disulfure) et non covalentes (liaisons hydrogène, interactions hydrophobes, forces de Van der Waals, interactions ioniques). | | Structure quaternaire | La disposition spatiale de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) qui s'assemblent pour former une protéine fonctionnelle active. Les sous-unités peuvent être identiques (homopolymères) ou différentes (hétéropolymères). | | Protéines globulaires | Des protéines dont la structure tridimensionnelle est globalement sphérique ou ovoïde. Elles sont généralement solubles dans l'eau et remplissent des fonctions diverses comme la catalyse enzymatique, le transport et la défense immunitaire. | | Scléroprotéines (protéines fibreuses) | Des protéines qui ont une structure allongée et sont généralement insolubles dans l'eau. Elles jouent souvent des rôles structuraux, comme le collagène dans les tissus conjonctifs ou la kératine dans les cheveux et les ongles. | | Cristallisation des protéines | Le processus par lequel les molécules de protéines s'organisent en une structure tridimensionnelle ordonnée et répétitive, formant un cristal. Cela peut être induit par des variations de pH, de concentration saline ou l'ajout de solvants organiques. | | Masse moléculaire (MM) | La masse d'une molécule de protéine, généralement exprimée en Daltons (Da). La MM est une propriété caractéristique de chaque protéine et peut être déterminée par diverses méthodes chromatographiques ou électrophorétiques. | | Caractère amphotère | La capacité d'une molécule, comme une protéine, à agir à la fois comme un acide (donneur de protons H⁺) et comme une base (accepteur de protons H⁺). Ce caractère est dû à la présence de groupes ionisables dans la protéine. | | Point isoélectrique (pI) | Le pH auquel une molécule amphotère, telle qu'une protéine, possède une charge nette globale nulle. À ce pH, la protéine est généralement moins soluble et ne migre pas dans un champ électrique. | | Propriétés antigéniques | La capacité d'une protéine à agir comme un antigène, c'est-à-dire à induire une réponse immunitaire spécifique, notamment la production d'anticorps. | | Holoprotéines | Des protéines composées uniquement d'acides aminés. Elles sont subdivisées en protéines globulaires et protéines fibreuses. | | Hétéroprotéines | Des protéines composées d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique (groupement prosthétique), comme les groupements phosphoriques, les acides nucléiques, les sucres ou les lipides. | | Phosphoprotéines | Un type d'hétéroprotéine où le groupement prosthétique est un groupement phosphorique lié par une liaison ester à des résidus sérine et/ou thréonine. La caséine du lait en est un exemple. | | Nucléoprotéines | Des complexes formés par une protéine (apoprotéine) liée à un acide nucléique (ADN ou ARN). La télomérase est un exemple de nucléoprotéine impliquée dans la maintenance des télomères. | | Glycoprotéines | Des protéines liées de manière covalente à des chaînes glucidiques (sucres). Elles sont souvent localisées dans les membranes cellulaires et jouent des rôles dans la reconnaissance cellulaire, l'adhésion et la défense immunitaire. | | Lipoprotéines | Des complexes formés de lipides et de protéines. Elles sont essentielles au transport et à la distribution des lipides insolubles dans le plasma sanguin, comme les chylomicrons, le VLDL, le LDL et le HDL. | | Pression oncotique | Une forme de pression osmotique exercée par les protéines plasmatiques, principalement l'albumine, dans le sang. Elle aide à retenir l'eau dans les vaisseaux sanguins et à prévenir la formation d'œdèmes. | | Globulines | Des protéines globulaires solubles présentes dans le sérum sanguin, classées selon leur mobilité électrophorétique (alpha, bêta, gamma). Elles jouent des rôles dans le transport, la défense immunitaire et la coagulation. |

# Structure et propriétés des oses Cette section examine la filiation des aldoses, le calcul du nombre d'isomères, la transformation des oses en formes cycliques, leur représentation par la projection de Haworth, ainsi que leurs propriétés physico-chimiques [1](#page=1) [2](#page=2) [3](#page=3) [4](#page=4). ### 1.1 Filiation des aldoses La filiation des aldoses décrit les réactions chimiques permettant de relier les oses entre eux en fonction de leur nombre d'atomes de carbone, établissant ainsi une relation généalogique entre les différentes familles d'oses (trioses, tétroses, pentoses, hexoses, etc.). Il est possible d'allonger une chaîne carbonée (passer d'un aldose à $n$ carbones à un aldose à $n+1$ carbones) ou de la raccourcir [1](#page=1). La synthèse de Kiliani-Fischer est une méthode clé pour allonger la chaîne carbonée d'un aldose. Elle implique les étapes suivantes [1](#page=1): 1. Addition d'acide cyanhydrique (HCN) sur le groupe aldéhyde (CHO) du carbone 1. Ce carbone devient alors asymétrique, portant quatre groupes différents: -OH, -CN, -H et la suite de la chaîne carbonée [1](#page=1). 2. Hydrolyse du groupe cyano (-CN) en groupe acide carboxylique (-COOH) par ajout d'eau et d'acide, formant un acide aldonic [1](#page=1). 3. Réduction du groupe acide carboxylique (-COOH) en groupe aldéhyde (-CHO) par déshydratation, transformant le sucre en un nouvel aldose avec un carbone supplémentaire [1](#page=1). Cette réaction conduit à la formation de deux sucres différents (épimères) car le groupe cyano peut s'ajouter de deux manières stéréochimiquement distinctes au carbone 1. Le même mécanisme s'applique aux cétoses [1](#page=1). ### 1.2 Nombre d'isomères des oses Le nombre d'isomères d'un aldose est donné par la formule $2^{n-2}$, où $n$ est le nombre total d'atomes de carbone. Pour le glucose (un aldose à 6 carbones), il y a $2^{6-2} = 2^4 = 16$ isomères (8 formes D et 8 formes L) [2](#page=2). Pour un cétose, le nombre d'isomères est donné par la formule $2^{n-3}$, où $n$ est le nombre total d'atomes de carbone. Par exemple, le fructose (un cétose à 6 carbones) compte $2^{6-3} = 2^3 = 8$ 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 principalement sous forme cyclique, plutôt que sous leur forme linéaire. La cyclisation se produit par la fixation d'un groupe hydroxyle (-OH) sur la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) de la même molécule, formant un hémiacétal (pour les aldoses) ou un hémicétal (pour les cétoses) [2](#page=2). * **Mécanisme de cyclisation:** Le groupe -OH d'un carbone (souvent C5 ou C4) attaque le carbone du carbonyle (C1 pour un aldose). Le carbone du carbonyle, initialement lié par une double liaison (C=O), devient un carbone $sp^3$ après l'attaque, formant un cycle. Ce nouveau carbone est appelé carbone hémiacétalique ou centre anomérique. La cyclisation selon Tollens conduit à la fermeture du cycle [2](#page=2). * **Types de cycles :** * Si le groupe -OH du carbone 5 attaque le carbonyle, un cycle à 6 atomes (5 carbones + 1 oxygène) est formé, appelé **pyranose** (ex: D-glucopyranose) [2](#page=2). * Si le groupe -OH du carbone 4 attaque le carbonyle, un cycle à 5 atomes (4 carbones + 1 oxygène) est formé, appelé **furanose** (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). * **Représentation:** Le cycle est dessiné comme un anneau quasi plat. L'oxygène du cycle est généralement placé en haut à droite (ou parfois en haut à gauche). Les carbones sont numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre, en commençant par le carbone anomérique (C1) [3](#page=3). * **Règles de conversion (Fischer vers Haworth) :** * 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). * **Carbone anomérique :** Le carbone anomérique (C1 dans les aldoses) peut exister sous deux formes : * **Forme $\alpha$ (alpha):** Le groupe -OH du carbone anomérique est en bas du cycle [3](#page=3). * **Forme $\beta$ (bêta):** Le groupe -OH du carbone anomérique est en haut du cycle [3](#page=3). ### 1.5 Conformation spatiale des oses En solution, les oses adoptent des conformations spatiales, notamment les formes "bateau" et "chaise". La forme chaise est la plus stable, et les oses naturels se présentent majoritairement sous cette conformation [3](#page=3). ### 1.6 Propriétés physico-chimiques des oses #### 1.6.1 Propriétés physiques * Les oses sont très solubles dans l'eau en raison de la présence de nombreux groupements hydroxyles (-OH) [4](#page=4). * En solution, les oses présentent un pouvoir rotatoire spécifique, utile pour leur identification et leur dosage [4](#page=4). * La structure des oses est thermodégradable, et le chauffage peut entraîner une caramélisation [4](#page=4). #### 1.6.2 Propriétés chimiques Les propriétés chimiques des oses découlent principalement de leurs groupements fonctionnels : 1. **Propriétés dues à la fonction carbonyle ou au groupement hémiacétalique:** Ces fonctions sont responsables de la réactivité des oses, notamment leur capacité à s'oxyder, se réduire et à former des condensations [4](#page=4). 2. **Propriétés dues aux fonctions alcools:** Les multiples groupements -OH confèrent aux oses leur caractère hydrophile et participent à diverses réactions de substitution ou d'estérification [4](#page=4). 3. **Réactions dues à la fonction carbonyle (groupement réducteur) :** * **Oxydation :** * **Oxydation enzymatique:** L'oxydation enzymatique, comme celle du glucose par la glucose oxydase (GOD), est une réaction biochimique importante, utilisée par exemple dans les tests de glycémie. L'enzyme utilise le dioxygène ($O_2$) pour oxyder le glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$) [4](#page=4). $$ \text{Glucose} + O_2 \xrightarrow{\text{glucose oxydase}} \text{Acide gluconique} + H_2O_2 $$ Dans cette réaction, le groupe aldéhyde du glucose est oxydé en acide carboxylique, et l'oxygène est réduit en peroxyde d'hydrogène [4](#page=4). * **Oxydation chimique:** L'oxydation chimique douce d'un aldose transforme le groupe aldéhyde (-CHO) en groupe acide carboxylique (-COOH), sans altérer les autres fonctions hydroxyles [4](#page=4). $$ \text{Aldose} \xrightarrow{\text{oxydant doux}} \text{Acide aldonique} $$ Par exemple, le D-glucose est oxydé en acide D-gluconique [4](#page=4). * **Réduction:** Les aldoses et cétoses peuvent être réduits en alcools correspondants (polyols ou alditiols) par des agents réducteurs [4](#page=4). * **Condensation:** Les oses peuvent réagir avec des amines pour former des bases de Schiff ou des osazones, réactions utiles pour l'identification et la caractérisation des sucres [4](#page=4). --- # Réactions chimiques des oses Les oses présentent des propriétés chimiques variées, principalement attribuées à leurs fonctions carbonyle (aldéhyde ou cétone) et hydroxyle, permettant des réactions d'oxydation, de réduction et de condensation [4](#page=4). ### 2.1 Réactions dues à la fonction carbonyle Ces réactions impliquent soit l'oxydation, soit la réduction du groupement aldéhyde ou cétone, soit des réactions de condensation. #### 2.1.1 Oxydation des oses L'oxydation des oses peut être réalisée de manière enzymatique ou chimique, selon la force de l'agent oxydant. ##### 2.1.1.1 Oxydation enzymatique L'oxydation enzymatique, comme celle catalysée par la glucose oxydase (GOD), utilise l'oxygène moléculaire pour oxyder spécifiquement le D-glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène comme sous-produit [4](#page=4). $$ \text{Glucose} + \text{O}_2 \xrightarrow{[\text{glucose oxydase}]} \text{Acide gluconique} + \text{H}_2\text{O}_2 $$ [4](#page=4). ##### 2.1.1.2 Oxydation chimique douce L'oxydation chimique douce d'un aldose transforme le groupement aldéhyde (–CHO) en fonction acide carboxylique (–COOH) au niveau du carbone 1 (C1), sans altérer les autres fonctions hydroxyle. Le produit est un acide aldonique [4](#page=4). * **Réaction générale :** Aldose $\rightarrow$ Acide aldonique * **Exemple:** Le D-glucose est oxydé en acide D-gluconique [4](#page=4). > **Tip:** Cette réaction est spécifique au groupement aldéhyde. Des réactifs comme le brome en milieu aqueux ($\text{Br}_2/\text{H}_2\text{O}$) sont couramment utilisés pour cette oxydation douce [5](#page=5). ##### 2.1.1.3 Oxydation chimique forte L'oxydation forte, généralement réalisée avec des agents oxydants puissants comme l'acide nitrique ($\text{HNO}_3$) concentré et chauffé, oxyde à la fois le groupement aldéhyde (C1) en acide carboxylique et le groupement alcool primaire (C6) en acide carboxylique. Le produit obtenu est un acide aldarique [5](#page=5). * **Réaction générale (aldose) :** $$ \text{HOCH}_2\text{–(CHOH)}_n\text{–CHO} \xrightarrow{\text{HNO}_3, \text{chaleur}} \text{HOOC–(CHOH)}_n\text{–COOH} $$ [5](#page=5). * **Exemple:** Le D-glucose oxydé par $\text{HNO}_3$ donne l'acide D-glucarique (ou acide saccharique) [5](#page=5). > **Tip:** L'oxydation forte est une méthode utile pour différencier les aldoses des autres sucres et pour leur identification chimique. Chez les cétoses, comme le D-fructose, l'oxydation forte par $\text{HNO}_3$ entraîne une coupure de la chaîne carbonée au niveau de la fonction cétone, conduisant à la formation de plusieurs acides plus courts (ex: acide glycolique, acide tartarique) [6](#page=6). ##### 2.1.1.4 Oxydation par les sels de métaux lourds (réduction douce) Les solutions de Fehling et de Tollens utilisent des ions métalliques (comme $\text{Cu}^{2+}$ et $\text{Ag}^{+}$) capables d'oxyder les aldoses en milieu basique et chaud. L'ose est oxydé, tandis que l'ion métallique est réduit. Les aldoses, possédant une fonction aldéhyde ou une forme linéaire qui peut se régénérer, sont considérés comme des agents réducteurs. Les cétoses, comme le fructose, ne possèdent pas de fonction aldéhyde. Cependant, en milieu basique, ils peuvent s'isomériser en aldoses et donc également réagir comme agents réducteurs [6](#page=6). * **Principe général :** Ose (réducteur) + Sel métallique (oxydant) $\rightarrow$ Acide aldonique + Métal réduit #### 2.1.2 Réduction des oses La réduction des oses transforme la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) en une fonction alcool, produisant des polyols (ou alditols). Les agents réducteurs couramment utilisés sont les hydrures métalliques comme le borohydrure de sodium ($\text{NaBH}_4$) [7](#page=7). * **Réduction d'un aldose:** Le groupement aldéhyde (–CHO) est réduit en alcool primaire (–$\text{CH}_2\text{OH}$) [7](#page=7). $$ \text{R–CHO} \xrightarrow{\text{NaBH}_4} \text{R–CH}_2\text{OH} $$ [7](#page=7). * **Réduction d'un cétose:** Le groupement cétone (–CO–) est réduit en alcool secondaire (–CHOH–) [7](#page=7). $$ \text{R}_1\text{–CO–R}_2 \xrightarrow{\text{NaBH}_4} \text{R}_1\text{–CHOH–R}_2 $$ [7](#page=7). #### 2.1.3 Condensation des oses Les réactions de condensation impliquent la formation d'une liaison covalente entre une fonction hydroxyle (–OH) d'un ose et un autre groupement fonctionnel, avec élimination d'une molécule d'eau [8](#page=8). ##### 2.1.3.1 Formation de liaisons glycosidiques (Holosides) Lorsqu'un ose condense avec un autre ose, une liaison O-glycosidique se forme entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle d'un autre, créant ainsi des disaccharides, oligosaccharides ou polysaccharides [8](#page=8). * **Exemple:** La condensation de deux molécules de glucose forme du maltose via une liaison $\alpha$-1,4-glycosidique [8](#page=8). $$ \text{Glucose} + \text{Glucose} \rightarrow \text{Maltose} + \text{H}_2\text{O} $$ [8](#page=8). ##### 2.1.3.2 Formation d'hétérosides Si le partenaire de condensation n'est pas un sucre, on obtient des hétérosides. * **O-hétérosides:** Formation d'une liaison O-glycosidique avec un alcool (R–OH) ou un phénol [8](#page=8). $$ \text{Sucre} + \text{R–OH} \rightarrow \text{O-hétéroside} + \text{H}_2\text{O} $$ [8](#page=8). * **N-hétérosides:** Condensation avec une fonction amine (–$\text{NH}_2$) pour former une liaison N-glycosidique. Ces composés sont cruciaux en biochimie, notamment dans l'ADN et l'ARN (sucre + base azotée) [8](#page=8). $$ \text{Sucre} + \text{Base azotée–NH}_2 \rightarrow \text{N-glycoside} + \text{H}_2\text{O} $$ [8](#page=8). ### 2.2 Réactions dues aux fonctions alcools Les fonctions alcools présentes sur les oses peuvent subir des réactions telles que l'estérification et la déshydratation. #### 2.2.1 Estérification des oses L'estérification des oses consiste à faire réagir une fonction hydroxyle (–OH) de l'ose avec un acide (par exemple, acide phosphorique, acide sulfurique, acides carboxyliques) pour former un ester, avec élimination d'eau. Cette réaction est fondamentale dans le métabolisme énergétique [9](#page=9). * **Réaction générale :** $$ \text{R–OH} + \text{H–X} \rightarrow \text{R–O–X} + \text{H}_2\text{O} $$ [9](#page=9). * **Exemple:** La formation du glucose 6-phosphate, première étape de la glycolyse, par estérification du –OH en C6 du glucose avec l'acide phosphorique [9](#page=9). $$ \text{Glucose} + \text{H}_3\text{PO}_4 \rightarrow \text{Glucose 6-phosphate} + \text{H}_2\text{O} $$ [9](#page=9). #### 2.2.2 Déshydratation des oses en milieu acide En milieu acide fort et sous l'action de la chaleur, les oses subissent une déshydratation, c'est-à-dire une perte de molécules d'eau. Cette réaction conduit à la cyclisation et à la formation de produits aromatiques comme le furfural (à partir de pentoses) ou l'hydroxyméthylfurfural (HMF) (à partir d'hexoses) [10](#page=10). * **Exemple (Pentose):** Le ribose (C5) déshydraté donne du furfural [10](#page=10). $$ \text{Ribose} \xrightarrow{\text{H}^+, \text{chaleur}} \text{Furfural} + 3\text{H}_2\text{O} $$ [10](#page=10). * **Exemple (Hexose):** Le glucose (C6) déshydraté donne de l'hydroxyméthylfurfural (HMF) [10](#page=10). $$ \text{Glucose} \xrightarrow{\text{H}^+, \text{chaleur}} \text{Hydroxyméthylfurfural} + 3\text{H}_2\text{O} $$ [10](#page=10). --- # Structure et classification des lipides Cette section explore la définition, les propriétés, la classification et les rôles des lipides, en se concentrant sur les acides gras, les glycérides, les cérides, les stérides et les lipides complexes [17](#page=17). ### 3.1 Définition et propriétés générales des lipides Les lipides sont des composés organiques principalement constitués de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Leur caractéristique essentielle est leur insolubilité dans l'eau, mais leur solubilité dans les solvants organiques non polaires tels que le chloroforme, l'éther ou le benzène. Cette propriété découle de leur caractère hydrophobe, signifiant qu'ils n'interagissent pas significativement avec les molécules d'eau, qui sont polaires. La majorité des lipides sont formés de deux parties: des acides gras (longues chaînes carbonées terminées par un groupe acide -COOH) et un alcool, souvent le glycérol. La liaison entre un acide gras et un alcool forme un ester, base chimique de nombreux lipides [17](#page=17). Certains composés non constitués d'acides gras sont néanmoins classés parmi les lipides en raison de leur caractère hydrophobe, comme les stéroïdes (cholestérol, hormones stéroïdes) et les vitamines liposolubles (A, D, E, K) [17](#page=17). Les rôles principaux des lipides incluent l'isolement et la protection des organes, par le biais du tissu adipeux qui agit comme une barrière isolante thermique et un amortisseur mécanique pour les organes vitaux [17](#page=17). ### 3.2 Classification des lipides Les lipides sont classés en deux grandes catégories: les lipides simples et les lipides complexes [19](#page=19). #### 3.2.1 Lipides simples (ou homolipides) Ces lipides sont formés uniquement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, résultant généralement de l'union d'acides gras et d'un alcool. Ils sont des esters d'acides gras [19](#page=19) [29](#page=29). ##### 3.2.1.1 Glycérides L'alcool est le glycérol, un triol. Ils peuvent être mono-, di- ou triacylglycérols selon le nombre d'acides gras liés. Ils constituent les graisses et huiles, et leur rôle principal est la réserve d'énergie [19](#page=19) [31](#page=31). * **Monoglycérides et Diglycérides**: Intermédiaires digestifs et métaboliques, ils sont amphipathiques [30](#page=30). * **Triglycérides**: Formés de glycérol lié à trois acides gras, ils sont très hydrophobes et servent de réserve d'énergie principale, d'isolation thermique et de protection mécanique. En cas de besoin énergétique, ils sont hydrolysés en acides gras et glycérol. Ils sont stockés dans les adipocytes [30](#page=30) [31](#page=31). ##### 3.2.1.2 Cérides L'alcool est un alcool à longue chaîne (souvent 16 à 30 carbones). Ils forment les cires, comme celles présentes sur la peau, les feuilles ou les plumes. Leur rôle principal est la protection et l'imperméabilisation. Les cérides sont des esters d'acides gras et d'alcools gras, solides à température ambiante et très insolubles dans l'eau en raison de leurs longues chaînes carbonées non polaires [19](#page=19) [37](#page=37). ##### 3.2.1.3 Stérides L'alcool est un stérol, le plus souvent le cholestérol. Ces composés forment des esters de cholestérol. Leur rôle est la réserve et le transport du cholestérol dans l'organisme. Ils sont formés par la réaction entre un stérol (comme le cholestérol) et un acide gras [19](#page=19) [32](#page=32). #### 3.2.2 Lipides complexes Ces lipides contiennent, en plus de C, H et O, des éléments comme le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont souvent des constituants des membranes cellulaires [19](#page=19) [38](#page=38). ##### 3.2.2.1 Glycérophospholipides Ils contiennent un glycérol, deux acides gras, un groupe phosphate, qui peut être lié à un composé azoté. Leur rôle principal est la structure des membranes cellulaires. Leur structure de base est l'acide phosphatidique, formé de glycérol, deux acides gras et un groupe phosphate. Fixé sur le phosphate, un alcool (choline, éthanolamine, sérine, inositol, glycérol) forme un glycérophospholipide. Ils sont amphiphiles, avec une tête polaire hydrophile et deux queues apolaires hydrophobes, ce qui leur permet de former la bicouche lipidique des membranes cellulaires [19](#page=19) [38](#page=38) [40](#page=40) [43](#page=43) [44](#page=44). ##### 3.2.2.2 Sphingolipides Ils sont constitués d'une base appelée sphingosine, d'un acide gras, et parfois d'un groupement phosphate. Ils sont présents surtout dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline. Contrairement aux glycérophospholipides, ils ne contiennent pas de glycérol, leur squelette étant la sphingosine, un amino-dialcool à 18 carbones avec une double liaison trans. La fonction amine de la sphingosine se lie à un acide gras via une liaison amide, formant un céramide [19](#page=19) [44](#page=44) [45](#page=45). * **Sphingophospholipides (ou sphingomyélines)**: Liés par une liaison ester phosphorique au groupe -OH du C1 de la sphingosine, auquel est fixé un phosphate et un alcool (ex: choline). Ils sont présents dans les membranes plasmiques, particulièrement abondants dans les gaines de myéline [46](#page=46). * **Sphingoglycolipides**: Le céramide est lié à un ou plusieurs sucres au niveau du carbone 1, sans phosphate. Ils comprennent les cérébrosides (un ose) et les gangliosides (plusieurs oses, dont un acide sialique). Ils jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire et sont abondants dans les neurones [47](#page=47). ##### 3.2.2.3 Glycolipides Formés d'un lipide et d'un glucide (sucre). Situés à la surface des membranes cellulaires, leur rôle principal est la reconnaissance et la communication entre les cellules [19](#page=19). #### 3.2.3 Caractère physico-chimique Les lipides peuvent être hydrophobes (totalement insolubles dans l'eau) ou amphiphiles (ayant une partie hydrophile et une partie hydrophobe) [19](#page=19). ### 3.3 Acides gras Les acides gras sont des acides monocarboxyliques constitués d'une fonction acide carboxylique (-COOH) polaire et hydrophile, et d'un radical R qui est une longue chaîne hydrocarbonée apolaire et hydrophobe. Cette double nature (amphiphile) leur permet de former des micelles ou des membranes. Ils sont généralement linéaires, possèdent un nombre pair de carbones (entre 14 et 24 dans la nature), et peuvent être saturés (sans double liaison) ou insaturés (une ou plusieurs doubles liaisons). Dans l'eau, le groupe carboxyle peut s'ioniser en carboxylate (-COO⁻), augmentant leur caractère hydrophile [20](#page=20). #### 3.3.1 Acides gras saturés Leur chaîne carbonée est entièrement saturée en hydrogène, sans double liaison. Leur formule générale est $C_nH_{2n+2}$. Des exemples représentatifs incluent l'acide palmitique (C16:0) et l'acide stéarique (C18:0). La numérotation commence à partir du carbone du groupement carboxyle [21](#page=21). #### 3.3.2 Acides gras insaturés Ils possèdent au moins une double liaison entre les carbones de leur chaîne. Leur formule générale est $C_nH_{2n-2x}$ où x est le nombre de doubles liaisons. La première double liaison se situe généralement entre C9 et C10 [22](#page=22). * **Acides gras mono-insaturés (AGMI)**: Possèdent une seule double liaison, souvent en position C9–C10, comme l'acide oléique (C18:1Δ9). Ils sont liquides à température ambiante [23](#page=23) [27](#page=27). * **Acides gras poly-insaturés (AGPI)**: Possèdent plusieurs doubles liaisons séparées par des groupements méthylènes. Des exemples essentiels sont l'acide linoléique (C18:2Δ9,12) et l'acide α-linolénique (C18:3Δ9,12,15). Ils jouent un rôle important dans la structure membranaire et les processus inflammatoires [23](#page=23). La notation $\Delta$ (Delta) indique la position des doubles liaisons en partant du groupe carboxyle, tandis que la notation $\omega$ (Oméga) les indique en partant du groupe méthyle terminal [23](#page=23). #### 3.3.3 Configurations des doubles liaisons La double liaison C=C confère une rigidité à la chaîne. * **Configuration Cis**: Les deux hydrogènes sont du même côté de la double liaison, créant un pli dans la chaîne qui empêche un empaquetage serré, rendant l'acide gras liquide [24](#page=24). * **Configuration Trans**: Les deux hydrogènes sont de part et d'autre de la double liaison, rendant la chaîne plus linéaire, similaire aux acides gras saturés, et favorisant un état solide [24](#page=24). #### 3.3.4 Propriétés physico-chimiques des acides gras Les propriétés physiques dépendent de la longueur de la chaîne carbonée et du degré d'insaturation [26](#page=26). * **Solubilité dans l'eau**: Diminue avec l'augmentation de la longueur de la chaîne carbonée hydrophobe. Les doubles liaisons augmentent légèrement la solubilité en empêchant un empaquetage compact. Les chaînes courtes (<10 carbones) sont solubles, les chaînes longues (>10 carbones) sont pratiquement insolubles [26](#page=26). * **Masse volumique**: Les acides gras ont une masse volumique inférieure à celle de l'eau (environ 0,8 à 0,95 g/cm³) [26](#page=26). * **Point de fusion**: Augmente avec la longueur de la chaîne carbonée et le degré de saturation. 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). Les propriétés chimiques sont dues à la fonction acide (-COOH) et aux doubles liaisons [27](#page=27). * **Formation de sels alcalins (savons)**: La réaction d'un acide gras avec une base forte (NaOH, KOH) forme un sel de savon et de l'eau. La partie carboxylate est hydrophile, tandis que la chaîne hydrocarbonée est hydrophobe, conférant aux savons des propriétés détergentes [27](#page=27). ### 3.4 Stérides et stéroïdes Les stérides sont des esters formés par la réaction entre un stérol, comme le cholestérol, et un acide gras. Ils appartiennent à la famille des stéroïdes, caractérisée par le noyau stérane (cyclopentanopérhydrophenanthrène), une structure rigide composée de quatre cycles accolés [32](#page=32) [33](#page=33). Le cholestérol (C₂₇H₄₆) est un alcool stérol, un constituant majeur des membranes cellulaires stabilisant leur fluidité et leur perméabilité. Il est aussi un précurseur de divers composés [33](#page=33). #### 3.4.1 Dérivés du cholestérol * **Acides biliaires**: Synthétisés dans le foie, ils émulsifient les graisses dans l'intestin pour faciliter leur digestion [34](#page=34). * **Vitamine D**: Synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l'effet des rayons UV, elle est essentielle à la minéralisation osseuse en favorisant l'absorption du calcium et du phosphore [34](#page=34). * **Hormones stéroïdiennes**: Ce sont des hormones fabriquées à partir du cholestérol et ayant une structure stéroïde. Elles sont produites par différentes glandes et incluent les glucocorticoïdes (ex: cortisol), les minéralocorticoïdes (ex: aldostérone), les androgènes (ex: testostérone), les œstrogènes (ex: estradiol) et les progestatifs (ex: progestérone). Le cortisol, par exemple, régule le métabolisme du glucose et possède des propriétés anti-inflammatoires et immunomodulatrices [35](#page=35). ### 3.5 Digestion et hydrolyse des lipides Les triglycérides alimentaires sont trop gros et hydrophobes pour être absorbés directement; ils doivent être hydrolysés en monoglycérides et acides gras par des lipases, notamment la lipase pancréatique dans l'intestin grêle [32](#page=32). Au sein des cellules, les triglycérides stockés dans les adipocytes sont hydrolysés en trois acides gras et un glycérol par l'action séquentielle d'enzymes telles que l'ATGL, la HSL et la MGL [32](#page=32). ### 3.6 Cérides Les cérides, ou cires, résultent de l'estérification d'un acide gras avec un alcool gras. Ils sont solides à température ambiante et très insolubles dans l'eau [37](#page=37). ### 3.7 Lipides complexes Ils sont définis comme des lipides contenant des acides gras et d'autres groupes chimiques (phosphate, sucre, etc.). Ils constituent la majeure partie des membranes biologiques [38](#page=38). #### 3.7.1 Glycérophospholipides Ce sont les lipides complexes les plus importants chez l'homme. Ils sont amphiphiles, avec une tête polaire hydrophile (phosphate + alcool) et deux queues apolaires hydrophobes (chaînes d'acides gras). Ils forment la bicouche lipidique des membranes cellulaires. La nature de la tête polaire détermine leurs rôles spécifiques, tels que dans la signalisation cellulaire (phosphatidylinositol) ou la composition des membranes mitochondriales (cardiolipine) [38](#page=38) [40](#page=40) [43](#page=43) [44](#page=44). #### 3.7.2 Sphingolipides Ces lipides complexes ne contiennent pas de glycérol mais utilisent la sphingosine comme squelette. La sphingosine se lie à un acide gras via une liaison amide pour former un céramide [44](#page=44) [45](#page=45). * **Sphingophospholipides (sphingomyélines)**: Formés d'un céramide, d'un phosphate et d'un alcool comme la choline. Essentiels dans les membranes des cellules nerveuses et les gaines de myéline [46](#page=46). * **Sphingoglycolipides**: Formés d'un céramide lié à un ou plusieurs sucres. Ils incluent les cérébrosides (un ose) et les gangliosides (plusieurs oses, dont acide sialique). Ils sont cruciaux pour la reconnaissance cellulaire et abondent dans le cerveau [47](#page=47). --- # Acides aminés : structure, classification et réactions Voici le résumé du chapitre sur les acides aminés : structure, classification et réactions. ## 4. Acides aminés : structure, classification et réactions Les acides aminés sont les monomères constitutifs des protéines, possédant une structure de base commune caractérisée par un carbone alpha, une fonction amine, une fonction carboxylique et une chaîne latérale R variable, et se distinguent par leur classification selon la nature de cette chaîne latérale et les réactions qu'ils peuvent subir [49](#page=49). ### 4.1 Structure générale d'un acide aminé Chaque acide aminé possède une structure commune composée d'un carbone central (carbone alpha, Cα) lié à quatre groupes différents: une fonction amine (–NH₂), une fonction acide carboxylique (–COOH), un atome d'hydrogène (H), et une chaîne latérale variable (R). La fonction amine est basique et peut capter un proton, tandis que la fonction carboxylique est acide et peut céder un proton. Le carbone alpha est généralement chiral, sauf dans le cas de la glycine où R=H [49](#page=49). ### 4.2 Classification des acides aminés Les acides aminés sont classés en fonction de la nature chimique de leur chaîne latérale (R). Il existe 20 acides aminés standards ou protéinogènes utilisés dans la synthèse des protéines humaines. Ils se répartissent en deux catégories principales: essentiels (non synthétisables par l'organisme et devant être apportés par l'alimentation) et non essentiels (synthétisables par l'organisme) [49](#page=49) [50](#page=50). #### 4.2.1 Classification selon la chaîne latérale R ##### 4.2.1.1 Acides aminés aliphatiques Ce groupe se caractérise par des chaînes latérales composées uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène, formant des chaînes linéaires ou ramifiées. Ces chaînes sont généralement hydrophobes [51](#page=51). * **Chaînes linéaires aliphatiques :** * **Glycine (Gly, G):** La plus petite des acides aminés, avec R = H. Son carbone alpha n'est pas chiral, ce qui lui confère une grande flexibilité et lui permet de se trouver dans les "coudes" des protéines [51](#page=51). * **Alanine (Ala, A):** Avec R = CH₃, elle est similaire à la glycine mais avec un groupe méthyle. Elle est petite et hydrophobe [51](#page=51). * **Acides aminés aliphatiques ramifiés :** Ces acides aminés ont une chaîne carbonée R qui se ramifie, les rendant plus volumineux et très hydrophobes. * **Valine (Val, V):** R = –CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Leucine (Leu, L):** R = –CH₂–CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Isoleucine (Ile, I):** R = –CH(CH₃)–CH₂–CH₃, isomère de la leucine [52](#page=52). ##### 4.2.1.2 Acides aminés hydroxylés La chaîne latérale R contient un groupe hydroxyle (–OH), ce qui les rend polaires et hydrophiles [53](#page=53). * **Sérine (Ser, S):** R = –CH₂–OH. Le groupe –OH est primaire et peut former des liaisons hydrogène. Il est également un site de phosphorylation, un mécanisme important de régulation de l'activité enzymatique. La sérine joue un rôle dans la réponse aux dommages de l'ADN, notamment en étant un site de phosphorylation par des kinases comme ATM [53](#page=53) [54](#page=54). * **Thréonine (Thr, T):** Possède également un groupe hydroxyle [53](#page=53). ##### 4.2.1.3 Acides aminés soufrés Ces acides aminés contiennent un atome de soufre (S) dans leur chaîne latérale [55](#page=55). * **Cystéine (Cys, C):** R = –CH₂–SH. Le groupe thiol (–SH) est très réactif. Deux cystéines peuvent s'oxyder pour former un pont disulfure (S–S), créant la cystine. Ces ponts disulfures stabilisent la structure tridimensionnelle des protéines [55](#page=55). * **Méthionine (Met, M):** Contient un groupe thioéther (–S–CH₃). Elle est le premier acide aminé de toutes les protéines synthétisées et peut être transformée en S-adénosylméthionine (SAM), un donneur de groupe méthyle essentiel pour la méthylation de l'ADN et d'autres molécules [56](#page=56). ##### 4.2.1.4 Acides aminés acides et amides Ce groupe comprend des acides aminés avec un groupement carboxyle (–COOH) ou un dérivé amide (–C=O NH₂) dans leur chaîne latérale [57](#page=57). * **Acide aspartique (Asp, D):** R = –CH₂–COOH. Possède deux groupes carboxyles, ce qui en fait un acide aminé acide. Il joue un rôle dans la synthèse de l'urée et est impliqué dans les réactions de transamination (#page=57, 59) [57](#page=57) [59](#page=59). * **Acide glutamique (Glu, E) :** Similaire à l'acide aspartique, avec une chaîne latérale plus longue. * **Asparagine (Asn, N):** L'amide dérivé de l'acide aspartique [60](#page=60). * **Glutamine (Gln, Q):** L'amide dérivé de l'acide glutamique. Ces amides servent à stocker et transporter l'azote sous une forme non toxique (ammoniac) [60](#page=60). ##### 4.2.1.5 Acides aminés dibasiques Ces acides aminés possèdent deux fonctions basiques dans leur structure: la fonction amine alpha et une seconde fonction amine ou un groupement basique sur la chaîne latérale R [61](#page=61). * **Lysine (Lys, K):** R contient un groupe ε-amino (–NH₂). Elle participe aux protéines structurales comme le collagène et peut subir une hydroxylation post-traductionnelle pour former la 5-hydroxylysine, importante pour la stabilité du collagène (#page=61, 62) [61](#page=61) [62](#page=62). * **Arginine (Arg, R):** R contient un groupement guanidinium très basique. Elle est impliquée dans le cycle de l'urée et est un précurseur de l'oxyde nitrique (NO), un important messager cellulaire [63](#page=63). * **Histidine (His, H):** R contient un groupement imidazole, qui lui confère des propriétés tampon et lui permet de jouer un rôle dans les sites actifs des enzymes. L'histidine est indispensable pendant la croissance [62](#page=62). ##### 4.2.1.6 Acides aminés aromatiques Leur chaîne latérale R contient un cycle benzénique, ce qui les rend chimiquement stables, capables d'absorber les UV, et souvent hydrophobes [64](#page=64). * **Phénylalanine (Phe, F):** Contient un groupement phényle. C'est un acide aminé essentiel. Elle peut être hydroxylée pour former la tyrosine [64](#page=64). * **Tyrosine (Tyr, Y):** Identique à la phénylalanine mais avec un groupe hydroxyle sur le cycle benzénique. Elle est un précurseur de nombreuses molécules importantes comme les hormones thyroïdiennes, les catécholamines (dopamine, adrénaline) et la mélanine. Elle est semi-essentielle (#page=50, 64) [50](#page=50) [64](#page=64) [65](#page=65). * **Tryptophane (Trp, W):** Son groupement R est l'indole (double cycle aromatique). C'est un acide aminé essentiel [65](#page=65). ##### 4.2.1.7 Acides imino Ce groupe ne contient qu'un seul acide aminé particulier, la proline, dont la structure dévie de la norme [66](#page=66). * **Proline (Pro, P):** Son groupe amine primaire est intégré dans la chaîne latérale R, formant un cycle pyrrolidine. Cela rend le groupe amine secondaire et confère une rigidité structurelle à la proline, particulièrement importante pour la structure du collagène. La proline peut subir une hydroxylation post-traductionnelle, également essentielle pour le collagène [66](#page=66). ### 4.3 Propriétés physico-chimiques des acides aminés Les propriétés physico-chimiques des acides aminés sont déterminées par leur chaîne latérale R et influencent leur comportement en solution [67](#page=67). #### 4.3.1 Polarité La polarité d'une molécule dépend de la répartition des charges électriques. Les acides aminés peuvent être : 1. **Non polaires (hydrophobes):** Chaîne latérale sans charge ni polarité significative, insolubles dans l'eau (#page=67, 68) [67](#page=67) [68](#page=68). 2. **Polaires non ionisables (hydrophiles):** Possèdent des groupements polaires (–OH, –SH, –C=O NH₂) mais pas de charge électrique nette. Ils sont solubles et peuvent former des liaisons hydrogène (#page=67, 69) [67](#page=67) [69](#page=69). 3. **Polaires ionisables:** Leur chaîne latérale porte une charge électrique positive ou négative selon le pH. Ils sont très solubles (#page=67, 70) [67](#page=67) [70](#page=70). #### 4.3.2 Chiralité La plupart des acides aminés sont chiraux, possédant un carbone alpha asymétrique, à l'exception de la glycine. Les énantiomères sont les formes L et D, qui sont des images miroirs non superposables. Seules les formes L sont utilisées dans les protéines humaines [71](#page=71). * **Pouvoir rotatoire:** La capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée. La notation D/L concerne la configuration spatiale, tandis que +/- concerne le sens de rotation [72](#page=72). * **Différences biologiques:** Bien que les formes L et D aient les mêmes propriétés chimiques dans des milieux ordinaires, elles ont des propriétés biologiques distinctes car les enzymes et récepteurs biologiques sont chiraux (#page=72, 73) [72](#page=72) [73](#page=73). #### 4.3.3 Absorption UV Les acides aminés aromatiques (Phénylalanine, Tyrosine, Tryptophane) absorbent la lumière UV entre 260 et 280 nm, permettant leur dosage par spectrophotométrie (#page=72, 73) [72](#page=72) [73](#page=73). #### 4.3.4 Comportement ionique Les acides aminés sont amphotères, capables d'agir comme acides et bases grâce à leurs groupes carboxyle et amine [74](#page=74). * **Amphotérie:** En milieu acide, l'acide aminé est cationique (chargé positivement). En milieu neutre, il forme un zwitterion, une molécule globalement neutre portant des charges positives et négatives. En milieu basique, il est anionique (chargé négativement) [74](#page=74). * **pK et pHi:** Chaque groupement ionisable a un pK, le pH auquel 50% du groupement est ionisé. Le pHi (potentiel isoélectrique) est le pH auquel la charge nette de l'acide aminé est nulle, et la forme zwitterionique est majoritaire [75](#page=75). * **Électrophorèse:** Cette propriété de charge permet de séparer les acides aminés par électrophorèse en fonction de leur pHi et du pH du milieu [75](#page=75). ### 4.4 Réactions des acides aminés Les acides aminés peuvent subir diverses réactions chimiques qui sont fondamentales pour la biochimie [76](#page=76). #### 4.4.1 Décarboxylation Perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de CO₂, catalysée par des enzymes appelées décarboxylases. Par exemple, l'histidine est décarboxylée en histamine, un médiateur important dans les réactions allergiques et l'inflammation [76](#page=76). #### 4.4.2 Amidation Formation d'un amide par remplacement d'un groupe –OH par un groupe –NH₂, ce qui est la base de la formation des liaisons peptidiques entre acides aminés [76](#page=76). #### 4.4.3 Estérification Réaction entre un acide carboxylique et un alcool en présence d'un acide fort, formant un ester et de l'eau. Les esters sont parfois utilisés pour protéger les groupes COOH pendant des synthèses complexes [77](#page=77). #### 4.4.4 Désamination oxydative Perte du groupe amine (–NH₂) sous forme d'ammoniac (NH₃), catalysée par des enzymes déshydrogénases. Cette réaction transforme un acide aminé en acide α-cétonique, qui peut ensuite être dégradé pour produire de l'énergie, contribuer au bilan azoté, ou servir de précurseur biosynthétique (#page=77, 78) [77](#page=77) [78](#page=78). #### 4.4.5 Transamination Transfert d'un groupe amine d'un acide aminé à un acide α-cétonique, catalysé par des transaminases avec la pyridoxal phosphate (PLP) comme coenzyme. Ces réactions permettent de former de nouveaux acides aminés ou de dégrader les acides aminés existants sans perte d'azote [78](#page=78). --- # Peptides et protéines : structure, nomenclature et analyse Voici un résumé complet sur les peptides et protéines, leur structure, nomenclature et analyse, destiné à préparer un examen. ## 5. Peptides et protéines : structure, nomenclature et analyse Cette section détaille la composition, la formation, la nomenclature, les méthodes d'analyse et les différentes structures des peptides et des protéines. ### 5.1 Les peptides Un peptide est une petite molécule composée de plusieurs acides aminés reliés séquentiellement par des liaisons peptidiques [96](#page=96). #### 5.1.1 Formation de la liaison peptidique La liaison peptidique se forme par la réaction de condensation entre le groupement carboxyle (–COOH) d'un acide aminé et le groupement amine (–NH₂) d'un autre acide aminé, avec élimination d'une molécule d'eau [96](#page=96). * **Réaction:** Acide aminé₁ (–COOH) + Acide aminé₂ (–NH₂) → Liaison peptidique (–CO–NH–) + H₂O [96](#page=96). * **Nature de la liaison:** Il s'agit d'une liaison covalente forte, plane et rigide en raison d'un phénomène de résonance entre le groupe carbonyle (C=O) et l'azote (N) [96](#page=96). #### 5.1.2 Directionnalité et nomenclature Les peptides possèdent une directionnalité : * **Extrémité N-terminale:** Possède un groupe amine libre (–NH₂) [96](#page=96). * **Extrémité C-terminale:** Possède un groupe carboxyle libre (–COOH) [96](#page=96). * La séquence d'un peptide est lue de l'extrémité N-terminale vers l'extrémité C-terminale [96](#page=96). #### 5.1.3 Nomenclature des peptides * Les acides aminés incorporés dans une chaîne peptidique, sauf le dernier, voient leur suffixe "-ine" ou "-ate" remplacé par "-yl" [99](#page=99). * Le nom d'un peptide se construit en terminant par le nom du dernier acide aminé non modifié [99](#page=99). * Exemple: Alanine + Glycine + Tyrosine → Alanyl–Glycyl–Tyrosine [99](#page=99). #### 5.1.4 Classification des peptides La classification se fait selon le nombre d'acides aminés : * Dipeptide: 2 acides aminés [97](#page=97) [99](#page=99). * Tripeptide: 3 acides aminés [97](#page=97). * Tétrapeptide: 4 acides aminés [97](#page=97). * Oligopeptide: Moins de 10 acides aminés (< 10 AA) [97](#page=97). * Polypeptide: Entre 10 et 100 acides aminés (10-100 AA) [97](#page=97) [99](#page=99). * Protéine: Plus de 100 acides aminés (> 100 AA) [97](#page=97). #### 5.1.5 Rôles des peptides Certains peptides ont des fonctions biologiques importantes : * Hormones (ex: insuline, vasopressine, LH, FSH) [99](#page=99). * Antibiotiques [99](#page=99). * Neurotransmetteurs [99](#page=99). * Blocs de construction pour des structures plus complexes [99](#page=99). ### 5.2 Analyse des peptides L'analyse d'un peptide vise à déterminer sa composition et sa séquence. #### 5.2.1 Détermination de la composition en acides aminés Le principe est de casser le peptide pour libérer les acides aminés, puis de les identifier et de les quantifier [100](#page=100). * **Méthode : Hydrolyse acide** * Utilise de l'acide chlorhydrique (HCl) concentré (6 mol/L) à haute température (110 °C) pendant plusieurs heures (24-48 h) [100](#page=100). * Casse les liaisons peptidiques, mais peut détruire certains acides aminés comme le tryptophane (Trp) [100](#page=100). * Peut également casser les ponts disulfure (S–S) si le peptide n'est pas préalablement traité [100](#page=100). * **Traitement des ponts disulfure :** * **Oxydation:** Avec de l'acide performique (HCOOOH), transforme les ponts S–S en groupes acides (–SO₃H) [100](#page=100). * **Réduction:** Avec du β-mercaptoéthanol ou du dithiothréitol (DTT), réduit les ponts S–S en groupes thiols (–SH) [100](#page=100). * **Hydrolyse alcaline :** * Utilise du NaOH (soude) à 100 °C pendant 4 à 8 heures . * Casse les liaisons peptidiques sans détruire le tryptophane . * Souvent utilisée en combinaison avec l'hydrolyse acide pour une analyse complète . * **Séparation et dosage des acides aminés :** * **Chromatographie d'échange d'ions:** Sépare les acides aminés en fonction de leur charge électrique, déterminée par le pH . * **Révélation et dosage : Réaction à la ninhydrine** * La ninhydrine réagit avec le groupe amine libre des acides aminés pour former un précipité coloré (violet, sauf pour la proline qui donne du jaune) . * L'intensité de la couleur, mesurée par spectrophotométrie UV, permet de quantifier chaque acide aminé . #### 5.2.2 Détermination de l'acide aminé N-terminal Identifier l'acide aminé à l'extrémité N-terminale est la première étape pour séquencer un peptide . * **Méthode de Sanger (avec 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène - DNFB)** 1. **Marquage du N-terminal:** Le DNFB réagit avec le groupe amine libre (–NH₂) du premier acide aminé, formant un dérivé jaune (DNF-Peptide) . 2. **Hydrolyse acide:** Le peptide marqué est hydrolysé pour libérer tous les acides aminés . 3. **Séparation et identification:** Le dérivé DNF-AA est séparé par chromatographie et identifié par comparaison avec des standards. Cet acide aminé est le N-terminal . * **Méthode au chlorure de dansyl (DANS-Cl)** * Plus sensible et le produit final (DANS-AA) est fluorescent sous UV . 1. **Marquage:** Le peptide réagit avec le DANS-Cl en milieu légèrement alcalin pour former du DANS-Peptide . 2. **Hydrolyse acide:** Le peptide est hydrolysé en milieu acide fort . 3. **Séparation et identification:** Le DANS-AA fluorescent est séparé par chromatographie et identifié . #### 5.2.3 Séquençage d'un peptide (méthode d'Edman) La méthode d'Edman permet de dégrader séquentiellement un peptide acide aminé par acide aminé, à partir de l'extrémité N-terminale, sans détruire le reste de la chaîne . 1. **Marquage du N-terminal:** Le peptide réagit avec le phénylisothiocyanate (PITC) en milieu légèrement alcalin pour former le PITC-Peptide . 2. **Cyclisation et libération du premier AA:** En milieu acide faible, le premier acide aminé est libéré sous forme de dérivé cyclique appelé PTH-AA (phénylthiohydantoïne). Le reste du peptide (n-1 acides aminés) reste intact . 3. **Identification du PTH-AA:** Le PTH-AA est identifié par chromatographie ou spectrométrie de masse . 4. **Répétition du cycle:** Le processus est répété sur le peptide raccourci pour identifier le deuxième, puis le troisième acide aminé, et ainsi de suite . #### 5.2.4 Méthodes enzymatiques * **Exopeptidases:** Enzymes qui coupent les liaisons peptidiques aux extrémités du peptide . * **Aminopeptidases:** Agissent sur l'extrémité N-terminale, libérant successivement les acides aminés . * **Carboxypeptidases:** Agissent sur l'extrémité C-terminale . * Carboxypeptidase A: Libère la majorité des AA, mais pas Cys, Arg, Lys . * Carboxypeptidase B: Libère les AA basiques (Arg, Lys), mais pas Gly . * **Endopeptidases:** Coupent les liaisons peptidiques à l'intérieur de la chaîne . * Elles reconnaissent des séquences spécifiques d'acides aminés . * **Exemples d'endopeptidases:** Trypsine (coupe après Lys/Arg), Chymotrypsine (coupe après Tyr/Trp/Phe), Pepsine (coupe après AA aromatiques/hydrophobes à pH acide), Thermolysine (coupe avant AA hydrophobes) . #### 5.2.5 Fragmentation chimique * **Bromure de cyanogène (BrCN):** Agent de clivage spécifique qui coupe les liaisons peptidiques uniquement après la méthionine (Met) . * Le BrCN réagit avec le soufre de la méthionine, créant un intermédiaire qui provoque la coupure de la liaison peptidique . * Le fragment N-terminal se termine par un dérivé de la méthionine, et le fragment C-terminal commence par l'acide aminé suivant la méthionine . ### 5.3 Les protéines Les protéines sont de macromolécules formées d'un grand nombre d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques. Leur activité biologique dépend de leur structure tridimensionnelle spécifique . #### 5.3.1 Structure des protéines On distingue quatre niveaux de structure : 1. **Structure primaire :** * Correspond à la séquence linéaire des acides aminés dans la chaîne polypeptidique . * Déterminée génétiquement par l'ADN . * Comprend également les ponts disulfure . 2. **Structure secondaire :** * Repliement local de la chaîne polypeptidique . * Stabilisée par des liaisons hydrogène entre les groupes –NH et –CO du squelette peptidique . * **Principales structures :** * **Hélice α:** Structure hélicoïdale où les radicaux R sont dirigés vers l'extérieur. Stabilisée par des liaisons H entre le groupement carbonyle d'un résidu et le groupement amine d'un résidu situé 4 positions plus loin . * **Feuillet β:** Formé par l'association de plusieurs brins β (chaînes polypeptidiques), parallèles ou antiparallèles, stabilisés par des liaisons H entre les groupes –CO et –NH de peptides adjacents . 3. **Structure tertiaire :** * Conformation tridimensionnelle complète d'une chaîne polypeptidique . * Résulte de l'interaction entre les chaînes latérales des acides aminés. * **Stabilisation :** * Liaisons covalentes: Ponts disulfure (entre résidus cystéine) . * Liaisons non covalentes: Liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes, interactions ioniques . * Essentielle pour la fonctionnalité, notamment pour la formation du site actif des enzymes. Les chaînes hydrophiles sont à l'extérieur et les chaînes hydrophobes à l'intérieur . 4. **Structure quaternaire :** * Association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine active . * **Types :** * Homopolymères: Sous-unités identiques . * Hétéropolymères: Sous-unités différentes (ex: hémoglobine A est un hétérotétramère 2α + 2β) . #### 5.3.2 Propriétés physiques des protéines * **Solubilité:** Majoritairement solubles dans l'eau (protéines globulaires). Les protéines fibreuses (scléroprotéines) sont insolubles . * **Cristallisation:** Possible en jouant sur le pH, la concentration saline et les solvants organiques . * **Propriétés optiques :** * Optiquement actives . * Absorption UV à 280 nm due aux résidus aromatiques . * Réaction du Biuret: Complexe violet avec des ions cuivriques en milieu alcalin, utilisé pour le dosage . * **Masse moléculaire (MM):** Supérieure à 6000 Daltons (Da). Déterminée par chromatographie par gel-filtration . #### 5.3.3 Propriétés chimiques des protéines * **Composition élémentaire:** Contiennent C, H, O, N, et souvent S . * **Acides aminés dérivés:** Présence d'acides aminés modifiés post-traductionnellement comme l'hydroxyproline et l'hydroxylysine (abondants dans le collagène) . * **Caractère amphotère:** Les protéines peuvent agir comme des acides ou des bases grâce aux groupes ionisables de leurs chaînes latérales et des extrémités . * **Groupes ionisables :** * Extrémités peptidiques (–COOH, –NH₂) . * Chaînes latérales d'acides aminés (Asp, Glu, Lys, Arg, His) . * **Point isoélectrique (pI):** Le pH auquel la protéine n'a pas de charge nette globale. À ce pH, la protéine est moins soluble et ne migre pas en électrophorèse . #### 5.3.4 Propriétés biologiques des protéines * **Propriétés antigéniques:** Induisent la synthèse d'anticorps . * **Activités biologiques spécifiques:** Catalyse enzymatique, hormones (ex: GH, EPO), toxines, activité antibiotique . #### 5.3.5 Classification des protéines * **Holoprotéines :** Composées uniquement d'acides aminés. * **Globulaires:** Sphéroïdes, solubles dans l'eau (ex: enzymes, hormones, anticorps, albumines, globulines). Les albumines maintiennent la pression oncotique et transportent des substances. Les globulines (α, β, γ) ont des rôles variés dans le transport, l'immunité, etc. . * **Fibreuses (scléroprotéines) :** Insolubles, structure allongée (ex: collagène, kératine). * **Hétéroprotéines:** Composées d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique (groupement prosthétique) . * **Phosphoprotéines:** Acide phosphorique (ex: caséine) . * **Nucléoprotéines:** Acide nucléique (ADN ou ARN) (ex: télomérase) . * **Glycoprotéines:** Glucides (ex: mucines, immunoglobulines, glycoprotéines de groupe sanguin) . * **Lipoprotéines:** Lipides, transportent les lipides insolubles dans le plasma (ex: Chylomicrons, VLDL, LDL, HDL) . * **Chromoprotéines :** 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 | |------|------------| | Terme | Définition | | Filiation des aldoses | Ensemble de réactions chimiques permettant de relier les oses entre eux selon leur nombre d'atomes de carbone, soit par allongement (n → n+1), soit par raccourcissement (n → n-1) de la chaîne carbonée. Cela établit une relation généalogique entre les différents oses (trioses, tétroses, pentoses, hexoses, etc.). | | Synthèse de Kiliani-Fischer | Procédé permettant d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose. Il implique l'addition d'acide cyanhydrique (HCN) sur le groupe aldéhyde, transformant le carbone en un centre asymétrique, suivie d'une hydrolyse pour former un acide aldonic, puis d'une réduction pour obtenir un nouvel aldose avec un carbone supplémentaire. Ce processus peut générer deux épimères. | | Isomère | Molécule ayant la même formule brute qu'une autre molécule, mais une structure chimique différente. Dans le contexte des oses, les isomères diffèrent par l'arrangement spatial de leurs atomes, notamment autour des carbones asymétriques. | | Structure cyclique des oses | Forme prédominante des oses (avec plus de quatre atomes de carbone) en solution aqueuse ou dans les milieux biologiques. Elle résulte de la réaction intramoléculaire entre un groupe aldéhyde ou cétone et un groupe hydroxyle pour former un hémiacétal, entraînant la fermeture d'un cycle. | | Hémiacétal | Composé résultant de la réaction d'un aldéhyde ou d'une cétone avec un alcool. Dans le cas des oses, la cyclisation forme un hémiacétal cyclique, où le carbone anciennement carbonyle devient un centre stéréogène. | | Projection de Haworth | Représentation schématique et simplifiée en 3D des cycles des sucres. Elle montre le cycle comme un anneau presque plat, avec le groupe hydroxyle du carbone anomérique positionné en haut ou en bas, indiquant la configuration alpha ou bêta. | | Carbone anomérique | Le carbone qui était initialement le groupe carbonyle (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses) avant la cyclisation. Après la formation du cycle, il devient un centre stéréogène et peut exister sous deux formes : alpha (α) et bêta (β), selon la position du groupe hydroxyle qui lui est attaché. | | Pouvoir rotatoire spécifique | Propriété des oses en solution de faire dévier le plan de la lumière polarisée. Cette caractéristique est utilisée pour leur identification et leur dosage quantitatif. | | Oxydation enzymatique | Réaction biochimique catalysée par une enzyme oxydase, utilisant l'oxygène moléculaire ($O_2$) pour oxyder une molécule. Par exemple, la glucose oxydase (GOD) oxyde spécifiquement le D-glucose en acide gluconique en produisant du peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$). | | Oxydation chimique des oses | Réaction chimique où le groupe aldéhyde (–CHO) d'un aldose est converti en un groupe acide carboxylique (–COOH). Cette réaction est souvent une oxydation douce qui ne modifie pas le reste de la molécule, notamment les autres groupes hydroxyles. | | Oxydation douce | Réaction chimique où le groupement aldéhyde (–CHO) d'un aldose est oxydé en une fonction acide carboxylique (–COOH), sans affecter le reste de la molécule. Cette réaction est généralement réalisée avec des réactifs comme le dibrome ($Br_2$). | | Oxydation forte | Réaction chimique au cours de laquelle un aldose est traité avec un oxydant puissant, tel que l'acide nitrique ($HNO_3$), entraînant l'oxydation simultanée du groupement aldéhyde en acide carboxylique (–COOH) et du groupement alcool primaire en fin de chaîne en un autre acide carboxylique (–COOH). | | Acides aldariques | Composés résultant de l'oxydation forte d'un aldose, où les deux extrémités de la chaîne carbonée (le carbone 1 et le carbone terminal) sont converties en fonctions acides carboxyliques (–COOH). L'exemple donné est l'acide D-glucarique obtenu à partir du D-glucose. | | Oxydation par les sels de métaux lourds | Réaction au cours de laquelle des ions métalliques comme $Cu^{2+}$ (dans la liqueur de Fehling) ou $Ag^+$ (dans la solution de Tollens) agissent comme oxydants doux en milieu alcalin ou chauffé. Les aldoses sont réduits par ces ions, tandis qu'ils sont eux-mêmes oxydés en acides carboxyliques. | | Aldoses réducteurs | Sucres possédant une fonction aldéhyde libre ou capable de se libérer en milieu basique, leur permettant de réduire les sels de métaux lourds. Le glucose et le mannose sont des exemples d'aldoses réducteurs. | | Cétoses | Sucres possédant une fonction cétone, généralement en position 2. Bien que n'ayant pas de fonction aldéhyde libre, certains cétoses, comme le fructose, peuvent s'isomériser en aldose en milieu basique, agissant ainsi indirectement comme réducteurs. | | Réduction | Réaction chimique complémentaire à l'oxydation, où un osidans un groupe carbonyle ($C=O$) est converti en un groupe hydroxyle ($–OH$). Dans le cas des oses, les agents réducteurs comme le borohydrure de sodium ($NaBH_4$) transforment les aldoses en polyols (alcools primaires) et les cétoses en polyols (alcools secondaires). | | Polyol | Composé organique comportant plusieurs groupes hydroxyles (–OH). Les oses sont transformés en polyols lors des réactions de réduction, où les fonctions aldéhyde ou cétone sont réduites en fonctions alcool. | | Condensation | Réaction où deux molécules ou plus se combinent pour en former une plus grande, généralement avec l'élimination d'une petite molécule comme l'eau ($H_2O$). Dans le contexte des oses, elle permet la formation de liaisons glycosidiques (entre sucres) ou de liaisons O- ou N-glycosidiques (avec d'autres types de molécules). | | Liaison glycosidique | Liaison covalente formée entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle d'un autre ose, formant ainsi des disaccharides ou polysaccharides. Cette liaison implique l'élimination d'une molécule d'eau. | | Holoside | Type de composé formé par la condensation de plusieurs unités de sucres simples. Les disaccharides et polysaccharides sont des exemples d'holosides, où seules des unités de glucides sont présentes. | | Hétéroside | Composé formé par la condensation d'un ose avec une autre molécule de nature non glucidique (comme un alcool, un phénol, ou une base azotée). Les N-hétérosides sont cruciaux en biochimie, notamment dans l'ADN et l'ARN. | | Estérification | Réaction chimique durant laquelle un alcool (ici, une fonction hydroxyle d'un ose) réagit avec un acide pour former un ester, avec élimination d'eau. Les oses peuvent être estérifiés par des acides tels que l'acide phosphorique, sulfurique ou des acides carboxyliques. | | Glucose 6-phosphate (G6P) | Un exemple d'ester phosphorique formé par l'estérification du groupement hydroxyle en C6 du glucose avec l'acide phosphorique. Cette réaction est une étape clé dans le métabolisme énergétique, comme la glycolyse. | | Déshydratation | Réaction où une molécule d'eau ($H_2O$) est retirée d'un composé. En milieu acide et chauffé, les oses subissent une déshydratation qui conduit à la formation de composés cycliques comme le furfural (à partir de pentoses) ou l'hydroxyméthylfurfural (HMF, à partir d'hexoses). | | Furfural | Composé aromatique cyclique obtenu par la déshydratation des pentoses en présence d'un acide fort et de chaleur. Il est formé par l'élimination de trois molécules d'eau. | | Hydroxyméthylfurfural (HMF) | Composé aromatique cyclique obtenu par la déshydratation des hexoses, comme le glucose, en milieu acide fort et chauffé. Il est également formé par l'élimination de trois molécules d'eau et est lié au furfural par une modification structurelle. | | Lipides | Composés organiques formés principalement de carbone, hydrogène et oxygène, caractérisés par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires. Ils peuvent être simples (esters d'acides gras et d'alcools) ou complexes (contenant d'autres éléments comme le phosphore ou l'azote). | | Acides gras | Acides monocarboxyliques constitués d'une longue chaîne carbonée (partie hydrophobe) et d'un groupe carboxyle (-COOH) polaire et hydrophile. Ils sont la base de nombreux lipides et peuvent être saturés (sans double liaison) ou insaturés (avec une ou plusieurs doubles liaisons). | | Glycérides | Lipides simples résultant de l'estérification du glycérol avec un ou plusieurs acides gras. Ils incluent les monoglycérides, diglycérides et triglycérides, servant principalement de réserve d'énergie. | | Cérides | Lipides simples formés par l'estérification d'un acide gras avec un alcool à longue chaîne. Ce sont les cires naturelles, jouant un rôle de protection et d'imperméabilisation. | | Stérides | Lipides simples formés par l'estérification d'un acide gras avec un stérol, le plus souvent le cholestérol. Ils sont impliqués dans le stockage et le transport du cholestérol. | | Lipides complexes | Lipides contenant, outre le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, d'autres éléments tels que le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont essentiels à la structure des membranes cellulaires et comprennent les glycérophospholipides et les sphingolipides. | | Acides gras saturés | Acides gras dont la chaîne carbonée ne contient aucune double liaison. Ils sont généralement solides à température ambiante en raison de leur structure linéaire permettant un empaquetage serré. | | Acides gras insaturés | Acides gras possédant une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone dans leur chaîne. La présence de doubles liaisons, surtout en configuration cis, crée des coudes qui rendent ces acides gras liquides à température ambiante. | | Mono-insaturés (AGMI) | Acides gras insaturés contenant une seule double liaison carbone-carbone dans leur chaîne. | | Poly-insaturés (AGPI) | Acides gras insaturés contenant plusieurs doubles liaisons carbone-carbone dans leur chaîne, généralement séparées par des groupements méthylènes. | | Configuration Cis | Configuration d'une double liaison dans un acide gras insaturé où les deux atomes d'hydrogène sont du même côté de la double liaison, entraînant un coude dans la chaîne carbonée. | | Configuration Trans | Configuration d'une double liaison dans un acide gras insaturé où les deux atomes d'hydrogène sont de part et d'autre de la double liaison, résultant en une chaîne plus linéaire et rigide. | | Point de fusion | Température à laquelle un corps solide passe à l'état liquide. Pour les acides gras, il dépend de la longueur de la chaîne carbonée et du degré d'insaturation ; plus la chaîne est longue et saturée, plus le point de fusion est élevé. | | Saponification | Réaction chimique d'hydrolyse alcaline d'un ester, typiquement d'un triglycéride, avec une base forte (comme NaOH ou KOH) pour former un savon (sel d'acide gras) et du glycérol. | | Triglycérides | Esters formés par la réaction entre le glycérol et trois molécules d'acides gras. Ils constituent la principale forme de stockage d'énergie dans l'organisme et jouent un rôle dans l'isolation thermique et la protection mécanique. | | Stéroïdes | Lipides caractérisés par une structure commune comprenant quatre cycles accolés, le noyau stérane. Le cholestérol est le stéroïde le plus abondant chez les animaux. | | Hormones stéroïdiennes | Hormones dérivées du cholestérol, caractérisées par la présence du noyau stéroïde. Elles jouent des rôles cruciaux dans la régulation de nombreuses fonctions corporelles, incluant le métabolisme, la reproduction et la réponse au stress. | | Glycérophospholipides | Lipides complexes constitués de glycérol, de deux acides gras, d'un groupe phosphate et d'un alcool. Ils sont les principaux composants des membranes cellulaires et sont amphiphiles. | | Sphingolipides | Lipides complexes dont le squelette est basé sur la sphingosine au lieu du glycérol. Ils sont particulièrement abondants dans les membranes des cellules nerveuses et incluent les sphingomyélines et les sphingoglycolipides. | | Sphingomyélines | Type de sphingolipide contenant un groupe phosphate lié à la sphingosine et à un alcool (souvent la choline). Elles sont importantes pour la formation de la gaine de myéline qui isole les axones des neurones. | | Sphingoglycolipides | Type de sphingolipide dans lequel un ou plusieurs sucres sont liés à la partie céramide (sphingosine + acide gras). Ils jouent un rôle dans la reconnaissance et la communication cellulaire. | | Céramide | Molécule formée par la liaison amide entre la sphingosine et un acide gras. C'est le composant de base des sphingolipides. | | Amphiphile | Qualité d'une molécule possédant à la fois une partie hydrophile (qui aime l'eau) et une partie hydrophobe (qui repousse l'eau). Les glycérophospholipides et les sphingolipides sont amphiphiles, ce qui leur permet de former des bicouches lipidiques. | | Bicouche lipidique | Organisation spontanée des molécules amphiphiles (comme les phospholipides) en deux couches parallèles en milieu aqueux, où les têtes hydrophiles sont orientées vers l'eau et les queues hydrophobes se regroupent au centre. | | Gangliosides | Sous-famille de sphingoglycolipides contenant plusieurs sucres, dont souvent un acide sialique. Ils sont très abondants dans les membranes neuronales et sont impliqués dans la reconnaissance cellulaire et la signalisation. | | Acide aminé | Molécule organique servant d'unité de base pour la construction des protéines, caractérisée par un groupe amine (–NH₂) et un groupe carboxyle (–COOH) attachés à un carbone central (carbone α). | | Carbone α (alpha) | Carbone central d'un acide aminé auquel sont attachés le groupe amine, le groupe carboxyle, un atome d'hydrogène et la chaîne latérale (radical R). Il est généralement chiral, sauf dans la glycine. | | Chiralité | Propriété d'une molécule d'exister sous deux formes image miroir non superposables, appelées énantiomères (L et D), généralement due à la présence d'un carbone asymétrique. | | Pont disulfure | Liaison covalente (–S–S–) formée entre les atomes de soufre de deux résidus de cystéine, stabilisant la structure tridimensionnelle des protéines. | | Énantiomère | Chacune des deux formes d'une molécule chirale qui sont des images miroirs l'une de l'autre et qui ne peuvent pas être superposées. Les acides aminés protéinogènes sont généralement de série L. | | Ester | Composé organique résultant de la réaction entre un acide carboxylique et un alcool, avec élimination d'eau. Les esters peuvent être utilisés pour protéger temporairement les groupes carboxyles. | | Hydrophobe | Se dit d'une molécule ou d'une partie de molécule qui n'a pas d'affinité pour l'eau et a tendance à s'en éloigner, cherchant souvent à s'agréger au centre des protéines. | | Hydrophile | Se dit d'une molécule ou d'une partie de molécule qui a une affinité pour l'eau et peut interagir avec elle par des liaisons hydrogène. | | Liaison peptidique | Liaison covalente formée entre le groupe carboxyle d'un acide aminé et le groupe amine d'un autre acide aminé, avec libération d'une molécule d'eau, lors de la synthèse des protéines. | | Lysine | Acide aminé dibasique essentiel dont la chaîne latérale R contient une fonction amine supplémentaire (ε-amino), lui conférant une charge positive à pH physiologique et participant à la structure des protéines. | | Méthionine | Acide aminé soufré qui initie la synthèse protéique et peut être transformée en S-adénosylméthionine (SAM), un donneur de groupe méthyle important. | | Métabolisme | Ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans un organisme vivant pour maintenir la vie, incluant la synthèse (anabolisme) et la dégradation (catabolisme) des molécules. | | Peptide | Molécule constituée d'une chaîne de quelques acides aminés (généralement moins de 50) reliés par des liaisons peptidiques. | | Phosphorylation | Réaction chimique par laquelle un groupe phosphate (–PO₄³⁻) est ajouté à une molécule, souvent à un groupe hydroxyle (–OH) ou amine (–NH₂), et qui joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des protéines. | | Polarité | Propriété d'une molécule due à une répartition inégale des charges électriques, créant des pôles partiellement positifs et négatifs. Les molécules polaires interagissent avec l'eau. | | Protéine | Macromolécule biologique complexe constituée d'une ou plusieurs chaînes polypeptidiques, elles-mêmes formées par l'assemblage d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. | | Radical (R) | Chaîne latérale d'un acide aminé, qui varie d'un acide aminé à l'autre et détermine ses propriétés spécifiques. | | S-adénosylméthionine (SAM) | Forme activée de la méthionine, agissant comme un important donneur de groupes méthyle (–CH₃) dans diverses réactions de méthylation, notamment sur l'ADN. | | Transamination | Réaction chimique où un groupe amine (–NH₂) est transféré d'un acide aminé à un acide α-cétonique, catalysée par des transaminases, permettant la synthèse ou la dégradation des acides aminés. | | Zwitterion | Molécule, telle qu'un acide aminé à pH neutre, portant à la fois une charge positive nette et une charge négative nette, résultant en une charge globale nulle. | | Analyse de composition | Détermination de la nature et de la proportion des acides aminés constituant un peptide ou une protéine, souvent réalisée après hydrolyse et séparation chromatographique. | | Analyse de séquence | Détermination de l'ordre précis dans lequel les acides aminés sont liés au sein d'un peptide ou d'une protéine, utilisant diverses méthodes de clivage et d'identification. | | Aminoacide N-terminal | Le premier acide aminé d'une chaîne peptidique, caractérisé par la présence d'un groupement amine libre (–NH₂). | | Aminopeptidase | Enzyme de type exopeptidase qui hydrolyse séquentiellement les liaisons peptidiques à partir de l'extrémité N-terminale d'un peptide, libérant ainsi les acides aminés un par un. | | Antibiotique peptidique | Peptide naturel, souvent produit par des bactéries ou des champignons, possédant des propriétés antibactériennes et parfois utilisé en thérapeutique. | | Carboxypeptidase | Enzyme de type exopeptidase qui hydrolyse séquentiellement les liaisons peptidiques à partir de l'extrémité C-terminale d'un peptide, libérant ainsi le dernier acide aminé. | | Chaîne peptidique | Séquence d'acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques, formant la structure de base des peptides et des protéines. | | Chromatographie | Méthode de séparation basée sur la différence d'affinité des molécules pour une phase stationnaire (solide ou liquide) et une phase mobile (solvant), permettant d'identifier et de quantifier les composants d'un mélange. | | Dipeptide | Molécule constituée de deux acides aminés unis par une liaison peptidique, formée suite à une réaction de condensation avec élimination d'une molécule d'eau. | | Endopeptidase | Enzyme qui hydrolyse les liaisons peptidiques à l'intérieur d'une chaîne polypeptidique, créant ainsi des fragments plus petits. | | Exopeptidase | Enzyme qui hydrolyse les liaisons peptidiques aux extrémités d'une chaîne polypeptidique, soit à l'extrémité N-terminale (aminopeptidase), soit à l'extrémité C-terminale (carboxypeptidase). | | Fragmentation de peptide | Processus de coupure d'un peptide ou d'une protéine en fragments plus petits, réalisé par des enzymes spécifiques (endopeptidases) ou par des agents chimiques, dans le but de faciliter l'analyse de séquence. | | Hélice alpha ($\alpha$-hélice) | Structure secondaire principale des protéines, où la chaîne polypeptidique s'enroule en une forme hélicoïdale stabilisée par des liaisons hydrogènes entre les groupements amide et carbonyle du squelette peptidique. | | Hétéroprotéine | Protéine complexe formée d'une partie protéique (apoprotéine) et d'une partie non protéique (groupement prosthétique), telle qu'une phosphoprotéine, une nucléoprotéine, une glycoprotéine ou une lipoprotéine. | | Holoprotéine | Protéine composée uniquement d'acides aminés, sans groupement prosthétique non protéique. Elles peuvent être globulaires ou fibreuses. | | Homopolymère | Protéine dont la structure quaternaire est formée de sous-unités identiques. | | Hydrolyse | Réaction chimique dans laquelle l'eau est utilisée pour rompre une liaison chimique, typiquement les liaisons peptidiques dans le cas des peptides et protéines, libérant ainsi les monomères constitutifs. | | Hydrolyse acide | Type d'hydrolyse réalisée en milieu acide fort (par exemple, HCl concentré à haute température), qui rompt les liaisons peptidiques mais peut dégrader certains acides aminés fragiles comme le tryptophane. | | Hydrolyse alcaline | Type d'hydrolyse réalisée en milieu basique (par exemple, NaOH), qui rompt les liaisons peptidiques tout en préservant les acides aminés sensibles aux conditions acides, comme le tryptophane. | | Liaison hydrogène | Interaction faible entre un atome d'hydrogène lié à un atome électronégatif (donneur) et un autre atome électronégatif (accepteur), jouant un rôle crucial dans la stabilisation des structures secondaires et tertiaires des protéines. | | Macromolécule | Très grande molécule, typiquement un polymère, composée de nombreuses unités répétitives (monomères). Les protéines sont des macromolécules biologiques essentielles. | | Méthode d'Edman | Méthode chimique de séquençage des peptides qui permet de déterminer la séquence d'acides aminés du N-terminal vers le C-terminal en retirant et identifiant séquentiellement le premier acide aminé à chaque cycle. | | Méthode de Sanger | Première méthode chimique développée pour identifier l'acide aminé N-terminal d'un peptide en le marquant avec du DNFB, puis en hydrolysant le peptide et en identifiant le dérivé marqué. | | Méthode du chlorure de dansyl | Méthode chimique sensible pour identifier l'acide aminé N-terminal d'un peptide ou d'une protéine, utilisant le chlorure de dansyl qui forme un dérivé fluorescent avec le groupement amine libre. | | Nomenclature des peptides | Système de dénomination des peptides basé sur l'ordre des acides aminés constitutifs, en commençant par l'acide aminé N-terminal (suffixe –yl) et en terminant par le nom du dernier acide aminé. | | Pont disulfure (pont S–S) | Liaison covalente forte formée entre les atomes de soufre de deux résidus cystéine, contribuant à la stabilisation de la structure tertiaire et quaternaire des protéines. | | Pression oncotique | Forme de pression osmotique exercée par les protéines plasmatiques (principalement l'albumine) dans le sang, qui tend à attirer l'eau vers le compartiment sanguin et à maintenir l'équilibre hydrique. | | Réaction à la ninhydrine | Réaction chimique entre la ninhydrine et le groupement amine libre des acides aminés, produisant une coloration violette (ou jaune pour la proline) qui permet leur visualisation et leur dosage. | | Radical R (chaîne latérale) | Partie variable de la structure d'un acide aminé, qui le différencie des autres acides aminés et influence ses propriétés physico-chimiques et son rôle dans la protéine. | | Séquençage | Détermination de l'ordre précis des acides aminés dans une chaîne polypeptidique, réalisée par diverses méthodes chimiques ou enzymatiques. | | Structure chimique des protéines | Organisation spatiale des protéines, qui comprend plusieurs niveaux : primaire (séquence d'acides aminés), secondaire ($\alpha$-hélice, feuillet $\beta$), tertiaire (conformation tridimensionnelle) et quaternaire (association de sous-unités). | | Structure primaire | La séquence linéaire d'acides aminés d'une chaîne polypeptidique, déterminée génétiquement et maintenue par des liaisons peptidiques et, le cas échéant, par des ponts disulfure. | | Structure quaternaire | Organisation spatiale des protéines formées de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) associées, comme dans l'hémoglobine. | | Structure secondaire | Repliement local d'une chaîne polypeptidique en structures régulières telles que l'hélice $\alpha$ ou le feuillet $\beta$, stabilisé par des liaisons hydrogènes. | | Structure tertiaire | La conformation tridimensionnelle complète d'une chaîne polypeptidique unique, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés, et essentielle à l'activité biologique de la protéine. | | Tryptophane | Acide aminé aromatique contenant un cycle indolique, particulièrement sensible aux conditions d'hydrolyse acide forte qui peuvent le dégrader. | | Urée | Composé organique simple, souvent utilisé comme agent dénaturant pour rompre les liaisons hydrogènes et les interactions non covalentes dans les protéines. | | VLDL (Very Low Density Lipoprotein) | Classe de lipoprotéines caractérisée par une faible densité, principalement responsable du transport des triglycérides synthétisés par le foie. | | X-ray crystallography | Méthode d'analyse structurale utilisant la diffraction des rayons X pour déterminer la structure tridimensionnelle des molécules, y compris les protéines, avec une haute résolution. |

# Structure et propriétés des oses Ce guide étudie la filiation, la numérotation des isomères, la structure cyclique, les projections de Haworth des oses, ainsi que leurs propriétés physiques et chimiques [1](#page=1). ### 1.1 Filiation des oses La filiation des aldoses décrit les réactions chimiques qui permettent de relier les oses entre eux en fonction de leur nombre d'atomes de carbone, permettant d'allonger ou de raccourcir une chaîne carbonée. Cela établit une relation généalogique entre les différents oses (trioses, tétroses, pentoses, hexoses, etc.) [1](#page=1). #### 1.1.1 Synthèse de Kiliani-Fischer Cette synthèse permet d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un atome de carbone. Le processus implique l'addition d'acide cyanhydrique (HCN) au groupe aldéhyde, suivie d'une hydrolyse pour former un acide carboxylique, puis d'une réduction pour obtenir un aldéhyde, allongeant ainsi la chaîne de carbone [1](#page=1). 1. **Addition de HCN:** Le groupe aldéhyde (−CHO) réagit avec HCN. Le carbone du carbonyle devient asymétrique, porteur de quatre groupes différents: −OH, −CN, −H et le reste de la chaîne carbonée [1](#page=1). 2. **Hydrolyse et réduction:** Le groupe nitrile (−CN) est hydrolysé en acide carboxylique (−COOH), puis ce dernier est réduit en aldéhyde (−CHO) [1](#page=1). 3. **Obtention de deux isomères:** L'addition de HCN peut se faire de deux manières, conduisant à la formation de deux épimères différents [1](#page=1). Le même mécanisme s'applique à l'élongation des chaînes de cétoses [1](#page=1). #### 1.1.2 Nombre d'isomères Le nombre d'isomères d'un aldose est donné par la formule $2^{n-2}$, où $n$ est le nombre total de carbones dans la molécule. Pour un aldose, il y a $n-2$ carbones asymétriques [2](#page=2). * **Exemple:** Le glucose, un hexose ($n=6$), possède $2^{6-2} = 2^4 = 16$ isomères (8 formes D et 8 formes L) [2](#page=2). Le nombre d'isomères d'une cétose est donné par la formule $2^{n-3}$, où $n$ est le nombre total de carbones dans la molécule. Pour une cétose, il y a $n-3$ carbones asymétriques [2](#page=2). * **Exemple:** Le fructose, un hexose ($n=6$), possède $2^{6-3} = 2^3 = 8$ isomères (4 formes D et 4 formes L) [2](#page=2). ### 1.2 Structure cyclique des oses En solution aqueuse, les oses comportant plus de quatre atomes de carbone existent principalement sous forme cyclique. Cette cyclisation résulte de la réaction intramoléculaire entre une fonction aldéhyde ou cétone et un groupe hydroxyle, formant un hémiacétal (pour les aldoses) ou un hémicétal (pour les cétoses) [2](#page=2). #### 1.2.1 Formation du cycle 1. Le groupe hydroxyle d'un carbone (souvent C5 pour les aldoses, C4 ou C5 pour les cétoses) attaque le carbone du groupe carbonyle [2](#page=2). 2. La double liaison C=O se rompt, et l'oxygène ferme le cycle [2](#page=2). 3. Le carbone du carbonyle devient un carbone tétraédrique et est appelé carbone anomérique [2](#page=2). Cette cyclisation est appelée cyclisation de Tollens [2](#page=2). #### 1.2.2 Types de cycles La taille du cycle dépend du carbone portant le groupe hydroxyle qui attaque le carbonyle : * **Pyranose:** Formation d'un cycle à six atomes (cinq carbones et un oxygène) lorsque le groupe hydroxyle en C5 attaque le carbonyle (cas des aldoses). Exemple: D-glucopyranose [2](#page=2). * **Furanose:** Formation d'un cycle à cinq atomes (quatre carbones et un oxygène) lorsque le groupe hydroxyle en C4 attaque le carbonyle (cas des aldoses) ou en C5/C4 pour les cétoses. Exemple: D-fructofuranose [2](#page=2). ### 1.3 Projection de Haworth La projection de Haworth est une représentation schématique en 3D des cycles des sucres. L'anneau est représenté de manière quasi-plane, avec l'oxygène du cycle généralement placé en haut à droite ou en haut à gauche. Les carbones sont numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre, en partant du carbone anomérique [3](#page=3). #### 1.3.1 Règles de représentation * Les groupes hydroxyle (−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 hydroxyle (−OH) qui sont à gauche dans la projection de Fischer sont positionnés en haut du cycle dans la projection de Haworth [3](#page=3). #### 1.3.2 Le carbone anomérique Le carbone anomérique (C1 pour les aldoses) peut exister sous deux formes selon la position du groupe −OH : * **Forme α (alpha):** Le groupe −OH du carbone anomérique est en bas du cycle [3](#page=3). * **Forme β (bêta):** Le groupe −OH du carbone anomérique est en haut du cycle [3](#page=3). #### 1.3.3 Conformation spatiale Dans les solutions, les oses adoptent des conformations en "bateau" et en "chaise". La forme chaise est la plus stable et est celle sous laquelle se trouvent les oses naturels [3](#page=3). ### 1.4 Propriétés physicochimiques des oses #### 1.4.1 Propriétés physiques * Les oses sont très solubles dans l'eau en raison de la présence de nombreux groupes hydroxyles [4](#page=4). * En solution, les oses présentent un pouvoir rotatoire spécifique, utile pour leur identification et leur dosage [4](#page=4). * La structure des oses est thermodégradable, le chauffage entraînant une caramélisation [4](#page=4). #### 1.4.2 Propriétés chimiques Les propriétés chimiques des oses dérivent de leurs fonctions : 1. Fonction carbonyle (ou hémiacétalique/hémicétalique) [4](#page=4). 2. Fonctions alcools [4](#page=4). Les réactions spécifiques de la fonction carbonyle (qui confère un caractère réducteur aux oses) incluent l'oxydation, la réduction et la condensation [4](#page=4). ##### 1.4.2.1 Oxydation L'oxydation des oses peut être enzymatique ou chimique. * **Oxydation enzymatique:** L'enzyme glucose oxydase (GOD) catalyse l'oxydation du D-glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$) [4](#page=4). $$ \text{Glucose} + O_2 \xrightarrow{\text{glucose oxydase}} \text{Acide gluconique} + H_2O_2 $$ Le groupe aldéhyde (C1) est oxydé en acide carboxylique [4](#page=4). * **Oxydation chimique douce:** Elle transforme le groupe aldéhyde (−CHO) du C1 en acide carboxylique (−COOH), sans affecter le reste de la molécule [4](#page=4). * Réactifs: Eau bromée ($Br_2/H_2O$), liqueur de Fehling, solution de Tollens [5](#page=5). * **Exemple:** D-glucose → Acide D-gluconique [4](#page=4). * **Oxydation forte:** Elle utilise des oxydants puissants comme l'acide nitrique ($HNO_3$) et oxyde à la fois le carbone C1 (groupe aldéhyde) et le carbone C6 (alcool primaire) en groupes carboxyliques (−COOH) [5](#page=5). * **Produit:** Acides aldariques (ou acides sacchariques) [5](#page=5). * **Exemple pour un aldose:** D-glucose → Acide D-glucarique [5](#page=5). $$ \text{HOCH}_2\text{–(CHOH)}_4\text{–CHO} \xrightarrow{HNO_3 \text{ (chaleur)}} \text{HOOC–(CHOH)}_4\text{–COOH} + H_2O $$ * **Cétoses:** L'oxydation forte par l'acide nitrique rompt la chaîne carbonée au niveau de la fonction cétone, conduisant à la formation de plusieurs acides plus courts, chacun étant ensuite oxydé aux extrémités [6](#page=6). * **Oxydation par les sels de métaux lourds (Liqueur de Fehling, solution de Tollens):** En milieu basique et chauffé, certains ions métalliques (comme $Cu^{2+}$ ou $Ag^+$) peuvent oxyder les oses tout en étant eux-mêmes réduits [6](#page=6). * **Oses réducteurs:** Les aldoses, possédant un groupe aldéhyde (ou capable de le régénérer en milieu basique), réduisent ces ions métalliques [6](#page=6). * **Cétoses:** Les cétoses ne possèdent pas directement de groupe aldéhyde et ne sont donc pas réducteurs par nature. Cependant, en milieu basique, certains cétoses comme le fructose peuvent s'isomériser en aldoses (glucose ou mannose), devenant ainsi réducteurs indirectement [6](#page=6). ##### 1.4.2.2 Réduction La réduction des oses transforme la fonction carbonyle en fonction alcool. * **Réduction des aldoses:** Le groupe aldéhyde (−CHO) est réduit en alcool primaire (−CH₂OH) [7](#page=7). * Réactifs: Agents réducteurs comme le borohydrure de sodium ($NaBH_4$) [7](#page=7). * **Produit:** Le sucre est transformé en polyol (alcool ayant plusieurs fonctions -OH) [7](#page=7). $$ \text{R–CHO} \xrightarrow{Na_2BH_4} \text{R–CH}_2\text{OH} $$ * **Réduction des cétoses:** Le groupe cétone (−CO−) est réduit en alcool secondaire (−CHOH−) [7](#page=7). * Réactifs: Agents réducteurs comme le borohydrure de sodium ($NaBH_4$) [7](#page=7). * **Produit:** Le cétose est transformé en polyol [7](#page=7). $$ \text{R}_1\text{–CO–R}_2 \xrightarrow{Na_2BH_4} \text{R}_1\text{–CHOH–R}_2 $$ --- # Réactions chimiques des oses Les oses, grâce à leurs fonctions aldéhyde/hémiacétalique et alcool, participent à diverses réactions chimiques incluant l'oxydation, la réduction et la condensation. ### 2.1 Propriétés chimiques des oses Les propriétés chimiques des oses proviennent principalement de leur fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) et de leurs multiples fonctions alcool. Les réactions liées à la fonction carbonyle incluent l'oxydation, la réduction et la condensation [4](#page=4). ### 2.2 Réactions d'oxydation des oses L'oxydation des oses peut être douce ou forte, et il existe également des réactions d'oxydation douce spécifiques impliquant des sels de métaux lourds. #### 2.2.1 Oxydation enzymatique L'oxydation enzymatique du glucose par la glucose oxydase (GOD) est une réaction biochimique utilisée dans les tests de glycémie. L'enzyme GOD catalyse spécifiquement la transformation du D-glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) comme sous-produit [4](#page=4). La réaction générale est : $$ \text{Glucose} + \text{O}_2 \xrightarrow{[\text{glucose oxydase}]} \text{Acide gluconique} + \text{H}_2\text{O}_2 $$ Le groupe aldéhyde (–CHO) du glucose est oxydé en acide carboxylique (–COOH), formant l'acide gluconique (C₆H₁₂O₇), tandis que l'oxygène est réduit en peroxyde d'hydrogène [4](#page=4). #### 2.2.2 Oxydation chimique douce L'oxydation chimique douce d'un aldose transforme le groupement aldéhyde (–CHO) du carbone 1 en une fonction acide carboxylique (–COOH), sans affecter les autres fonctions alcool [4](#page=4). La réaction générale est : $$ \text{Aldose} \xrightarrow{\text{Oxydant doux}} \text{Acide aldonique} $$ Le carbone 1 (–CHO) devient –COOH, formant ainsi un acide aldonique, tel que l'acide D-gluconique à partir du D-glucose. Les réactifs couramment utilisés pour cette oxydation douce incluent le dibrome (Br₂/H₂O) [4](#page=4) [5](#page=5). #### 2.2.3 Oxydation chimique forte L'oxydation forte d'un aldose, typiquement avec un oxydant puissant comme l'acide nitrique (HNO₃) et souvent à chaud, conduit à la formation d'acides aldariques. Dans cette réaction, le carbone 1 (groupement aldéhyde) et le carbone terminal de l'alcool primaire sont oxydés en fonctions acide carboxylique [5](#page=5). La réaction générale pour un aldose est : $$ \text{HOCH}_2\text{–(CHOH)}_n\text{–CHO} \xrightarrow{\text{HNO}_3, \Delta} \text{HOOC–(CHOH)}_n\text{–COOH} $$ Le produit obtenu possède deux groupements carboxyle et est appelé acide aldarique. Par exemple, le D-glucose est oxydé en acide D-glucarique (ou acide saccharique) [5](#page=5). ##### 2.2.3.1 Oxydation forte des cétoses Chez les cétoses, l'oxydation forte par l'acide nitrique conduit à une rupture de la chaîne carbonée autour de la fonction cétone. La fonction cétone (–CO–) est attaquée, entraînant un clivage oxydant du squelette carboné. Les fragments résultants sont ensuite oxydés aux extrémités en fonctions acide carboxylique [5](#page=5). Par exemple, le D-fructose est coupé entre C2 et C3, produisant de l'acide glycolique (HOCH₂–COOH) et de l'acide tartrique (HOOC–CHOH–CHOH–COOH) [6](#page=6). #### 2.2.4 Oxydation par les sels de métaux lourds Certains sels de métaux lourds, comme ceux présents dans la liqueur de Fehling ou la solution de Tollens, peuvent oxyder les oses en milieu alcalin et chaud. Ces réactions sont des réactions d'oxydo-réduction, où l'ose est oxydé et l'ion métallique est réduit [6](#page=6). $$ \text{Ose (réducteur)} + \text{Sel métallique (oxydant)} \rightarrow \text{Acide} + \text{Métal réduit} $$ ##### 2.2.4.1 Aldoses comme réducteurs Les aldoses, tels que le glucose, le mannose et le galactose, réduisent les ions Cu²⁺ (de la liqueur de Fehling). Ils sont appelés sucres réducteurs car ils possèdent une fonction aldéhyde libre ou une fonction qui peut se régénérer en milieu basique [6](#page=6). ##### 2.2.4.2 Cétoses comme réducteurs Certains cétoses, comme le fructose, ne possèdent pas de groupe aldéhyde libre. Cependant, en milieu basique, ils peuvent s'isomériser en aldoses (par exemple, le fructose peut devenir glucose ou mannose). Par conséquent, ils peuvent aussi agir comme sucres réducteurs indirectement [6](#page=6). ### 2.3 Réductions chimiques des oses La réduction des oses est complémentaire à leur oxydation et transforme le groupe carbonyle en groupe alcool. #### 2.3.1 Réduction des aldoses La réduction d'un aldose, par exemple avec un hydrure comme le borohydrure de sodium (NaBH₄), transforme le groupe aldéhyde (–CHO) en un groupe alcool primaire (–CH₂OH) [7](#page=7). La structure générale d'un aldose est R–CHOR–CHOR–CHO. L'ion hydrure (H⁻) attaque le carbone électrophile du groupe C=O. La double liaison C=O devient C–OH, et l'hydrogène ajouté forme un alcool primaire. Le produit final est un polyol, transformant l'aldose en un alcool primaire [7](#page=7). #### 2.3.2 Réduction des cétoses La réduction d'un cétose transforme le groupe cétone (–CO–) en un groupe alcool secondaire (–CHOH–) [7](#page=7). La structure générale d'un cétose est R₁–CO–R₂. L'ion H⁻ attaque le carbone électrophile du groupe C=O. La double liaison C=O devient C–OH, et l'hydrogène ajouté forme un alcool secondaire. Le produit final est un alcool secondaire, transformant le cétose en polyol [7](#page=7). ### 2.4 Réactions de condensation des oses Les réactions de condensation permettent la formation de liaisons glycosidiques et d'hétérosides, impliquant la fonction hydroxyle d'un ose. #### 2.4.1 Principe général La fonction hydroxyle (–OH) d'un ose peut réagir avec un autre groupe –OH ou –NH₂ pour former une liaison covalente. Cette réaction est appelée réaction de condensation car elle s'accompagne de la perte d'une molécule d'eau (H₂O). La liaison formée est nommée liaison glycosidique ou hétérosidique, selon le partenaire de réaction [8](#page=8). #### 2.4.2 Différents types de condensation ##### 2.4.2.1 Condensation avec un autre ose (holoside) Si le partenaire de réaction (R–OH) est un autre sucre, la condensation forme un disaccharide ou un polysaccharide. La liaison formée est une liaison O-glycosidique, impliquant le carbone anomérique [8](#page=8). **Exemple :** $$ \text{Glucose} + \text{Glucose} \rightarrow \text{Maltose} (\alpha\text{-1,4-glycosidique}) + \text{H}_2\text{O} $$ Le produit est un holoside (composé uniquement de sucres) [8](#page=8). ##### 2.4.2.2 Condensation avec un alcool ou un phénol (O-hétéroside) Si R–OH n'est pas un sucre, on obtient un O-hétéroside [8](#page=8). **Exemple :** $$ \text{Glucose} + \text{R–OH} \rightarrow \text{O-hétéroside} + \text{H}_2\text{O} $$ ##### 2.4.2.3 Condensation avec une amine (N-hétéroside) La condensation peut également se faire avec un groupe –NH₂, formant un N-hétéroside [8](#page=8). **Exemple :** $$ \text{Sucre} + \text{Base azotée} \rightarrow \text{N-glycoside} $$ Ces N-hétérosides sont très importants en biochimie, notamment dans l'ADN et l'ARN, où ils constituent les nucléosides (sucre + base azotée) [8](#page=8). --- # Les osides et polysaccharides Un oside est une molécule glucidique complexe dont l'hydrolyse libère des oses ou un ose et une molécule non glucidique [11](#page=11). ### 3.1 Types d'osides selon leurs produits d'hydrolyse Les osides peuvent être classifiés en fonction des produits obtenus lors de leur hydrolyse [11](#page=11): | Type d'oside | Produits d'hydrolyse | Exemple | Composition | | :-------------- | :------------------------------------------------- | :------------------------------------------ | :------------------------------------------------------------------------- | | Holoside | Uniquement des oses (identiques ou différents) | Maltose, Saccharose, Lactose | Ose + Ose | | Hétéroside | Ose(s) + une molécule non glucidique (aglycone) | ADN, glycoprotéines, glycolipides | Ose + Molécule non osidique | ### 3.2 Les holosides : formation et structure Les holosides sont exclusivement formés d'oses unis par des liaisons osidiques [11](#page=11). #### 3.2.1 La liaison osidique La liaison osidique est une liaison covalente formée entre : * Le carbone anomérique (C1) d'un premier ose. * Un groupement hydroxyle (–OH) d'un second ose [11](#page=11). La nature de la liaison osidique dépend de plusieurs facteurs : 1. **Nature des oses liés**: La combinaison spécifique des monosaccharides qui se lient [11](#page=11). 2. **Forme cyclique de chaque ose**: Pyrane (cycle à 6 atomes) ou furane (cycle à 5 atomes) [11](#page=11). 3. **Configuration anomérique** : * $\alpha$ ( $\alpha$ ): si le groupe –OH anomérique est en bas du plan [11](#page=11). * $\beta$ ( $\beta$ ): si le groupe –OH anomérique est en haut du plan [11](#page=11). #### 3.2.2 Classification des holosides par taille Les holosides sont classifiés en oligosides et polyosides selon le nombre d'oses qu'ils contiennent [11](#page=11): | Type | Description | Exemple | | :-------- | :----------------------- | :--------------------------------------------------------------------- | | Oligosides | 2 à 10 oses | Maltose (glucose + glucose), Saccharose (glucose + fructose), Lactose (glucose + galactose) | | Polyosides (Polysaccharides) | >10 oses | Amidon, Glycogène, Cellulose | Ces molécules jouent souvent des rôles de réserve énergétique (amidon, glycogène) ou de structure (cellulose) [11](#page=11). #### 3.2.3 Diholosides réducteurs et non réducteurs Un diholoside est dit **réducteur** si l'un de ses deux oses possède encore une fonction hémiacétalique libre. Cela signifie que le carbone anomérique de cet ose n'est pas engagé dans la liaison osidique, permettant ainsi de réduire les sels métalliques (comme ceux utilisés dans la liqueur de Fehling). Ces diholosides peuvent exister sous forme $\alpha$ ou $\beta$ car un des carbones anomériques reste libre [11](#page=11). Un diholoside est dit **non réducteur** si les deux carbones anomériques des oses constitutifs sont engagés dans la liaison osidique. Par conséquent, aucune fonction hémiacétalique n'est libre [12](#page=12). > **Tip:** La présence d'une fonction hémiacétalique libre est déterminante pour le caractère réducteur d'un sucre. ### 3.3 Nomenclature des osides La nomenclature des osides prend en compte la liberté ou l'engagement de la fonction hémiacétalique [12](#page=12). | Terme | Signification | Explication | | :------- | :------------------------------------------------------------------------- | :---------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | -ose | L'ose a sa fonction hémiacétalique libre | C'est un sucre réducteur | | -osyl | L'ose a sa fonction hémiacétalique engagée dans la liaison osidique | C'est le premier ose du diholoside | | -oside | La fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée | Le sucre peut être non réducteur | #### 3.3.1 Exemples de nomenclature ##### 3.3.1.1 Lactose (Diholoside réducteur) * **Composition**: 1 D-galactose, 1 D-glucose [12](#page=12). * **Liaison osidique**: $\beta$(1$\rightarrow$4). Le C1 du galactose est lié au C4 du glucose [12](#page=12). * **Nom chimique**: D-galactopyranosyl ($\beta \rightarrow$4)D-glucopyranose [12](#page=12). * Le galactose est engagé (devient "galactosyl"). * Le glucose garde son C1 libre (est réducteur). * **Conclusion**: Le lactose est réducteur et peut exister sous forme $\alpha$ ou $\beta$ selon l'anomère libre du glucose [12](#page=12). ##### 3.3.1.2 Saccharose (Diholoside non réducteur) * **Composition**: 1 glucose, 1 fructose [12](#page=12). * **Liaison osidique**: $\alpha$(1 USD\rightarrowUSDUSD\beta$2). Le C1 du glucose ($\alpha$) et le C2 du fructose ($\betaUSD) sont engagés [12](#page=12). * **Nom chimique**: D-glucopyranosyl ($\alpha \rightarrow \beta$2)D-fructofuranoside, ou $\alpha$-D-glucopyranosyl-(1$\rightarrow$2)-$\beta$-D-fructofuranoside [12](#page=12). * **Conclusion**: Les deux carbones anomériques (C1 du glucose et C2 du fructose) sont engagés, donc il est non réducteur. C'est le sucre de table [13](#page=13). ##### 3.3.1.3 Maltose (Diholoside réducteur) * **Composition**: 2 molécules de D-glucose [13](#page=13). * **Liaison osidique**: $\alpha$(1$\rightarrow$4). Le C1 du premier glucose est lié au C4 du second glucose [13](#page=13). * **Nom chimique**: D-glucopyranosyl ($\alpha \rightarrow$4)D-glucopyranose, ou D-glucopyranosyl-(1$\rightarrow$4)D-glucopyranose [13](#page=13). * Le premier glucose est engagé (devient "glucosyl"). * Le second glucose garde son C1 libre (est réducteur). * **Conclusion**: Le maltose est réducteur et peut exister sous forme $\alpha$ ou $\beta$ selon l'anomère libre. Il est produit par la digestion de l'amidon ou du glycogène par les amylases [13](#page=13). > **Tip:** La notation $\alpha$ ou $\beta$ avant la liaison (ex: $\alpha$(1$\rightarrow$4)) indique la configuration anomérique du premier ose qui forme la liaison. La notation (1$\rightarrow$4) indique simplement la connexion entre le C1 du premier ose et le C4 du second. ### 3.4 Les polyosides (polysaccharides) Les polysides sont de grands glucides complexes formés par la condensation de nombreuses molécules d'oses (souvent plusieurs centaines ou milliers), unis par des liaisons O-glycosidiques [14](#page=14). #### 3.4.1 Rôles des polysides Ils jouent trois rôles principaux [14](#page=14): * **Réserve énergétique**: Amidon, glycogène [14](#page=14). * **Structure**: Cellulose, chitine [14](#page=14). * **Biologique spécifique**: Acide hyaluronique, héparine [14](#page=14). #### 3.4.2 Caractéristiques différenciant les polysides Les polysides se distinguent selon : 1. **Le type d'oses**: Identiques (homopolysides) ou différents (hétéropolysides) [14](#page=14). 2. **Le type de liaison osidique**: Configuration ($\alpha$ ou $\beta$) et positions des carbones impliqués (1$\rightarrow$4, 1$\rightarrow$6, etc.) [14](#page=14). 3. **La structure de la chaîne**: Linéaire ou ramifiée [14](#page=14). #### 3.4.3 Grandes familles de polysides ##### 3.4.3.1 Les homopolysides Formés d'un seul type d'ose [14](#page=14). | Exemple | Oses constitutifs | Type de liaison | Structure | Rôle | | :-------- | :---------------- | :-------------- | :------------------------------------------- | :----------------------------- | | Amidon | Glucose | $\alpha$(1$\rightarrow$4) et $\alpha$(1$\rightarrow$6) | Ramifiée (amylopectine) et linéaire (amylose) | Réserve énergétique végétale | | Glycogène | Glucose | $\alpha$(1$\rightarrow$4) et $\alpha$(1$\rightarrow$6) | Fortement ramifiée | Réserve énergétique animale | | Cellulose | Glucose | $\beta$(1$\rightarrow$4) | Linéaire | Rôle structural (paroi végétale) | ##### 3.4.3.2 Les hétérosides Un hétéroside est une molécule composée de deux parties : 1. **Une partie glucidique**: Un ose ou un holoside [15](#page=15). 2. **Une partie non glucidique**: Appelée aglycone ou génine [15](#page=15). Ces deux parties sont liées par une liaison osidique, où l'hydroxyle du carbone anomérique du sucre se lie à un atome de la partie aglycone [15](#page=15). * **Hétéroside = (Sucre(s)) + Aglycone** [15](#page=15). #### 3.5 Les hétérosides Les hétérosides contiennent une partie glucidique et une partie non glucidique appelée aglycone [16](#page=16). | Liaison | Type d'hétéroside | Exemple | | :----------------------- | :----------------------- | :----------------------------------------------------- | | Ose + Protéine | Glycoprotéine | Récepteurs membranaires, hormones | | Ose + Lipide | Glycolipide | Membrane cellulaire (ex: globules rouges) | | Ose + Base azotée | Nucléoside | Adénosine (base + ribose) | Dans les cellules, ces liaisons sont essentielles pour : * Identifier les cellules (glycolipides) [16](#page=16). * Communiquer (glycoprotéines) [16](#page=16). * Stocker et transmettre l'information génétique (nucléosides $\rightarrow$ ADN/ARN) [16](#page=16). #### 3.5.1 Types d'hétérosides selon la liaison | Type d'hétéroside | Liaison | Exemple typique | Où retrouvé | | :---------------- | :---------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | :----------------------------------------- | | O-hétéroside | Lié à un O (hydroxyle alcoolique) | Liaison ose – sérine (ou thréonine) dans une protéine | Glycoprotéines | | N-hétéroside | Lié à un N (amine ou base azotée) | Nucléosides (ex : adénosine $\rightarrow$ ribose + adénine) | ADN, ARN | | C-hétéroside | Lié à un C de l'aglycone | Certains pigments végétaux | Plantes médicinales | | S-hétéroside | Lié à un S (thiol -SH) | Composés soufrés (rares) | Plantes alliacées (ail, oignons) | #### 3.5.2 La partie aglycone (ou génine) Ce sont les molécules non glucidiques associées au sucre. Elles peuvent être de plusieurs types [15](#page=15): | Type d'aglycone | Exemple | Rôle / Localisation | | :------------------------ | :----------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------------------------------ | | Lipide + ose | Glycolipide | Composent la membrane cellulaire, servent à la reconnaissance entre cellules | | Protéine + longues chaînes glucidiques (souvent GAG) | Protéoglycane (PG) | Présents dans les tissus conjonctifs, rôle de structure et de lubrification | | Peptides + polysaccharides | Peptidoglycanes | Paroi bactérienne (rigidité) | | Protéine + quelques oses (chaînes courtes) | Glycoprotéine (GP) | Rôles hormonaux, immunitaires, enzymatiques | | Fixation non enzymatique d’un glucose sur une protéine | Protéine glycosylée | Marqueurs biologiques (ex : HbA1c pour la glycémie à long terme) | --- # Structure, propriétés et classification des lipides Voici le résumé du cours prêt pour l'examen sur la structure, les propriétés et la classification des lipides. ## 4. Structure, propriétés et classification des lipides Les lipides sont des composés organiques essentiels caractérisés par leur hydrophobicité, leur composition élémentaire, et leur structure fondamentale souvent basée sur des acides gras et des alcools. ### 4.1 Définition et composition des lipides Les lipides sont des composés organiques principalement constitués de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Leur caractéristique fondamentale est leur caractère hydrophobe, signifiant qu'ils n'interagissent pas avec l'eau mais sont solubles dans les solvants organiques non polaires tels que le chloroforme ou l'éther. La majorité des lipides sont formés de deux parties principales: des acides gras et un alcool. L'union d'un acide gras et d'un alcool forme une liaison ester, base chimique de nombreux lipides comme les graisses et les huiles. Certains composés non constitués d'acides gras, mais partageant un caractère hydrophobe, sont également rattachés aux lipides, tels que les stéroïdes (cholestérol) et les vitamines liposolubles (A, D, E, K) [17](#page=17). Les principaux rôles des lipides incluent l'isolement et la protection des organes par le tissu adipeux, offrant une isolation thermique et une protection mécanique contre les chocs [17](#page=17). ### 4.2 Classification des lipides Les lipides sont classés en deux grandes catégories: simples et complexes [19](#page=19). #### 4.2.1 Lipides simples (ou homolipides) Les lipides simples sont composés uniquement de C, H et O. Ils résultent de la réaction d'estérification entre un alcool et un ou plusieurs acides gras, formant des esters d'acides gras [19](#page=19) [29](#page=29). * **Glycérides (ou acylglycérols)**: L'alcool est le glycérol (propane-1,2,3-triol). Selon le nombre d'acides gras liés au glycérol, ils sont classés en [19](#page=19): * Monoglycérides (1 acide gras + 1 glycérol) [19](#page=19). * Diglycérides (2 acides gras + 1 glycérol) [19](#page=19). * Triglycérides (3 acides gras + 1 glycérol) [19](#page=19). Ce sont les graisses et huiles, servant principalement de réserve d'énergie, d'isolation thermique et de protection. Les triglycérides sont très hydrophobes [19](#page=19) [30](#page=30) [31](#page=31). * **Cérides**: L'alcool est un alcool à longue chaîne (16 à 30 carbones). Ils forment les cires, présentes sur la peau, les feuilles ou les plumes. Leur rôle principal est la protection et l'imperméabilisation. Ils sont formés par la réaction d'un acide gras avec un alcool gras [19](#page=19) [37](#page=37). * **Stérides**: L'alcool est un stérol, comme le cholestérol. Ils forment des esters de cholestérol, servant de réserve et de transport du cholestérol dans l'organisme. Ils sont constitués d'un stérol et d'un acide gras [19](#page=19) [29](#page=29) [32](#page=32). #### 4.2.2 Lipides complexes Les lipides complexes contiennent, en plus de C, H et O, des éléments comme le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont souvent des constituants des membranes cellulaires [19](#page=19). * **Glycérophospholipides**: Ils contiennent du glycérol, deux acides gras et un groupe phosphate, qui peut être lié à un composé azoté. Leur rôle principal est la structure des membranes cellulaires [19](#page=19). * **Sphingolipides**: Constitués d'une base appelée sphingosine, d'un acide gras, et parfois d'un groupement phosphate. Ils sont présents surtout dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline [19](#page=19). * **Glycolipides**: Formés d'un lipide et d'un glucide (sucre). Situés à la surface des membranes cellulaires, leur rôle principal est la reconnaissance et la communication entre les cellules [19](#page=19). #### 4.2.3 Classification physico-chimique Les lipides peuvent être : * **Hydrophobes**: Totalement insolubles dans l'eau (ex: triglycérides, cires) [19](#page=19). * **Amphiphiles**: Possèdent une partie hydrophile (aime l'eau) et une partie hydrophobe (repousse l'eau), typique des phospholipides et glycolipides [19](#page=19). ### 4.3 Acides gras #### 4.3.1 Définition et structure Les acides gras sont des acides monocarboxyliques. Ils possèdent deux parties [20](#page=20): * Une fonction acide carboxylique (–COOH): partie polaire et hydrophile [20](#page=20). * Un radical R: une longue chaîne hydrocarbonée, partie non polaire et hydrophobe [20](#page=20). La formule générale est R–COOH [20](#page=20). Ils sont amphipathiques, ayant une tête hydrophile et une queue hydrophobe. Dans l'eau, la partie hydrophobe s'associe pour former des micelles ou des membranes, tandis que les têtes hydrophiles restent en contact avec l'eau [20](#page=20). Caractéristiques principales des acides gras : 1. Chaîne carbonée: Généralement linéaire et sans ramification [20](#page=20). 2. Nombre de carbones: Presque toujours un nombre pair, car ils sont synthétisés à partir d'unités de 2 carbones (acétyl-CoA). La longueur naturelle varie entre 14 et 24 atomes de carbone [20](#page=20). 3. Degré d'insaturation : * Saturés: Aucune double liaison entre les carbones. Exemple: acide palmitique (C16:0) [20](#page=20). * Insaturés: Une ou plusieurs doubles liaisons. Exemple: acide oléique (C18:1) [20](#page=20). 4. Formes: Peuvent être linéaires, ramifiés ou cycliques [20](#page=20). 5. Non hydrolysables: Contrairement à certains lipides complexes, les acides gras ne sont pas hydrolysés en sous-unités plus petites [20](#page=20). Dans l'eau à pH physiologique (≈7,4), le groupe carboxyle s'ionise en carboxylate (–COO⁻), ce qui augmente son caractère hydrophile [20](#page=20). #### 4.3.2 Types d'acides gras Les acides gras peuvent être classés selon leur degré d'insaturation et le nombre de carbones [21](#page=21). ##### 4.3.2.1 Acides gras saturés Ce sont des acides gras dont la chaîne carbonée est entièrement saturée en hydrogène, sans double liaison [21](#page=21). * **Formule générale**: $C_nH_{2n+2}$ pour la chaîne hydrocarbonée seule, ou $C_nH_{2n}O_2$ pour la molécule entière [21](#page=21). * **Caractéristiques**: Chaîne linéaire, généralement nombre pair de carbones. Abondants dans les graisses animales et certaines huiles végétales [21](#page=21). * **Représentants** : * Acide palmitique: C16:0 [21](#page=21). * Acide stéarique: C18:0 [21](#page=21). * Acide butyrique: C4:0 [21](#page=21). * Acide lignocérique: C24:0 [21](#page=21). * **Numérotation**: Commence à partir du carbone du groupe carboxyle (C1) [21](#page=21). * Acide palmitique (C16:0): $CH_3-(CH_2)_{14}-COOH$ [21](#page=21). * Le symbole 'n-' devant le nom indique une chaîne linéaire [22](#page=22). ##### 4.3.2.2 Acides gras insaturés Ils possèdent au moins une double liaison entre les carbones de leur chaîne [22](#page=22). * **Formule générale**: $C_nH_{2n-2x}O_2$, où x est le nombre de doubles liaisons [22](#page=22). * **Caractéristiques**: Longueur de chaîne typiquement de 16 à 20 carbones. La première double liaison se situe généralement entre C9 et C10. Les doubles liaisons sont séparées par un ou plusieurs groupements méthylènes (–CH₂–) [22](#page=22). Classification selon le nombre de doubles liaisons : * **Acides gras mono-insaturés (AGMI)**: Une seule double liaison, souvent localisée en C9–C10 [23](#page=23). * Exemple: Acide oléique (C18:1Δ9 ou ω9) [23](#page=23). * Formule développée: $CH_3-(CH_2)_7-CH=CH-(CH_2)_7-COOH$ [23](#page=23). * Présents dans l'huile d'olive [23](#page=23). * **Acides gras poly-insaturés (AGPI)**: Plusieurs doubles liaisons séparées par des méthylènes. Ils sont essentiels et doivent être apportés par l'alimentation [23](#page=23). * Acide linoléique: C18:2Δ9,12 (famille ω6) [23](#page=23). * Acide α-linolénique: C18:3Δ9,12,15 (famille ω3) [23](#page=23). * Rôle: Développement, synthèse de molécules et fonctionnement cardiovasculaire [23](#page=23). **Nomenclature des doubles liaisons** : * **Nomenclature Δ (Delta)**: Indique la position de la double liaison en partant du groupe carboxyle (C1). Exemple: C18:1Δ9 signifie que la double liaison est entre C9 et C10 [23](#page=23). * **Nomenclature ω (Oméga)**: Indique la position de la double liaison en partant du groupe méthyle (CH₃) terminal (oméga). Exemple: C18:1ω9 signifie que la double liaison se trouve sur le 9ème carbone à partir du CH₃ terminal [23](#page=23). #### 4.3.3 Configurations des doubles liaisons La double liaison C=C limite la rotation et peut exister sous deux configurations : * **Cis**: Les deux hydrogènes sont du même côté de la double liaison. Entraîne un coude dans la chaîne, empêchant un empilement serré, ce qui rend l'acide gras liquide à température ambiante [24](#page=24). * **Trans**: Les deux hydrogènes sont de part et d'autre de la double liaison. La chaîne est presque linéaire, ressemblant aux acides gras saturés, ce qui conduit à des acides gras solides [24](#page=24). ### 4.4 Propriétés physico-chimiques des acides gras #### 4.4.1 Propriétés physiques Les propriétés physiques dépendent de la longueur de la chaîne carbonée et du degré d'insaturation [26](#page=26). * **Solubilité dans l'eau**: Les acides gras sont peu solubles dans l'eau en raison de leur longue chaîne hydrophobe. Plus la chaîne est longue, plus la partie hydrophobe domine, et moins l'acide gras est soluble. Les chaînes courtes (C4-C6) sont solubles, tandis que les chaînes longues (> C10) sont pratiquement insolubles. Les doubles liaisons augmentent légèrement la solubilité en empêchant l'empilement serré [26](#page=26). * **Masse volumique**: Les acides gras ont une masse volumique inférieure à celle de l'eau (environ 0,8 – 0,95 g/cm³). C'est pourquoi les huiles flottent à la surface de l'eau [26](#page=26). * **Point de fusion** : * **Influence de la longueur de la chaîne carbonée**: Plus la chaîne est longue, plus les molécules s'attachent fortement entre elles, nécessitant plus de chaleur pour fondre. Le point de fusion augmente avec la longueur de la chaîne. Les chaînes courtes sont liquides à température ambiante, tandis que les chaînes longues sont solides [27](#page=27). * **Influence du degré d'insaturation**: Chaque double liaison crée un "pli" dans la chaîne, empêchant l'emboîtement des molécules et réduisant les forces intermoléculaires. Ainsi, plus il y a de doubles liaisons, plus le point de fusion est bas, et plus l'acide gras est liquide. Les graisses solides (beurre) contiennent des acides gras longs et saturés, tandis que les huiles liquides contiennent des acides gras courts ou insaturés [27](#page=27). #### 4.4.2 Propriétés chimiques Les réactions des acides gras dépendent de la fonction acide (–COOH) et des doubles liaisons [27](#page=27). * **Réactions dues à la fonction acide (–COOH)** : * **Formation de sels alcalins (savons)**: La réaction d'un acide gras avec une base forte (NaOH ou KOH) produit un sel d'acide gras (savon) et de l'eau. Le sel de sodium ou de potassium est le savon. Le groupe carboxylate (–COO⁻) est hydrophile, tandis que le cation (Na⁺) est hydrophile, conférant ainsi des propriétés détergentes au savon [27](#page=27). Équation: $R-COOH + NaOH \rightarrow R-COO^-Na^+ + H_2O$ [27](#page=27). ### 4.5 Rôles et propriétés spécifiques de certaines classes de lipides #### 4.5.1 Glycérides (Acylglycérols) * **Définition**: Esters formés par la réaction entre le glycérol et un ou plusieurs acides gras [30](#page=30). Glycérol + Acide gras $\rightarrow$ Glycéride + H₂O [30](#page=30). * **Types**: Monoglycérides, diglycérides (intermédiaires digestifs, amphipathiques) et triglycérides (graisses et huiles, très hydrophobes) [30](#page=30). * **Propriétés physiques**: Monoglycérides et diglycérides sont amphipathiques. Les triglycérides sont totalement hydrophobes. Le point de fusion dépend du type d'acides gras (saturés → solides, insaturés → liquides) [31](#page=31). * **Propriétés chimiques** : * Hydrolyse acide ou enzymatique: $Triglycéride + 3H_2O \rightarrow Glycérol + 3 Acides gras$. Réaction naturelle lors de la digestion par les lipases [31](#page=31). * Hydrolyse alcaline (saponification): $Triglycéride + 3NaOH \rightarrow Glycérol + 3 Savons$. Utilisée pour fabriquer des savons [31](#page=31). * **Rôles des triglycérides** : 1. **Rôle énergétique**: Réserve d'énergie principale (≈9 kcal/g), stockée dans le tissu adipeux. En cas de besoin, ils libèrent des acides gras (pour l'ATP) et du glycérol (pour la néoglucogenèse) [31](#page=31). 2. **Stockage d'énergie**: Stockés dans les adipocytes, stockage efficace car sans eau associée (contrairement au glycogène) [31](#page=31). 3. **Isolation et protection**: Le tissu adipeux sous-cutané isole thermiquement et protège les organes internes [31](#page=31). 4. **Rôle physiopathologique**: En excès, peuvent causer obésité, diabète et maladies cardiovasculaires. Le tissu adipeux produit aussi des facteurs inflammatoires [32](#page=32). * **Digestion et hydrolyse des triglycérides**: Les triglycérides alimentaires sont trop gros et hydrophobes pour être absorbés directement. Ils sont hydrolysés en 1 monoglycéride et 2 acides gras par la lipase pancréatique dans l'intestin grêle. L'hydrolyse dans les cellules (lipolyse) pour libérer énergie utilise les enzymes ATGL, HSL et MGL, produisant 3 acides gras et du glycérol [32](#page=32). #### 4.5.2 Stérides * **Définition**: Lipides simples formés par la réaction entre un stérol (ex: cholestérol) et un acide gras. C'est une estérification entre un alcool stéroïdien et un acide gras [32](#page=32). Formule générale: $R-COOH + Cholestérol-OH \rightarrow R-COO-Cholestérol + H_2O$ [32](#page=32). * **Famille des stéréne / stéroïdes**: Les stérides appartiennent à la famille des stéroïdes, caractérisée par le noyau stérane (cyclopentanoperhydrophénanthrène) composé de 4 cycles accolés (3 hexagonaux, 1 pentagonal) [33](#page=33). * **Cholestérol**: Alcool (stérol), constituant majeur des membranes cellulaires, stabilisant leur fluidité et perméabilité. Il est un précurseur de plusieurs substances (acides biliaires, vitamine D, hormones stéroïdiennes). Sous forme d'ester de cholestérol (cholestérol + acide gras), il est hydrophobe et stocké dans les gouttelettes lipidiques [33](#page=33). * **Dérivés du cholestérol** : * **Acides biliaires**: Synthétisés dans le foie à partir du cholestérol, stockés dans la vésicule biliaire. Ils émulsifient les graisses dans l'intestin pour faciliter leur digestion [34](#page=34). * **Vitamine D**: Synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l'effet des rayons UV. Elle est essentielle pour la minéralisation osseuse en favorisant l'absorption du calcium et du phosphore [34](#page=34). #### 4.5.3 Cérides (Cires) * **Réaction de formation**: Réaction d'estérification entre un acide gras et un alcool gras [37](#page=37). Acide gras + Alcool gras $\rightarrow$ Céride + H₂O [37](#page=37). Exemple: Acide palmitique (C16) + Alcool cétylique (C16) $\rightarrow$ Palmitate de cétyle (une cire) [37](#page=37). * **Structure**: Molécule relativement longue et hydrophobe avec une liaison ester [37](#page=37). * **Propriétés physiques**: Solides à température ambiante en raison de l'empilement de leurs longues chaînes carbonées, ce qui leur confère un point de fusion élevé. Très insolubles dans l'eau car peu de groupes polaires. Leur texture est cireuse [37](#page=37). --- # Rôles et digestion des lipides Les lipides, composés organiques hydrophobes constitués majoritairement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, jouent des rôles multifacettes dans l'organisme, allant de la réserve énergétique à la signalisation cellulaire, tout en nécessitant une hydrolyse enzymatique pour leur absorption [17](#page=17). ### 5.1 Rôles des lipides Les lipides remplissent plusieurs fonctions essentielles pour le corps humain [17](#page=17). #### 5.1.1 Isolement et protection des organes Les lipides forment le tissu adipeux, une couche de graisse sous-cutanée et autour des organes [17](#page=17). * **Isolement thermique:** Ce tissu agit comme une barrière isolante, limitant la perte de chaleur et maintenant la température corporelle constante, particulièrement dans des environnements froids [17](#page=17). * **Protection mécanique:** Les graisses entourent des organes vitaux tels que le cœur, les reins et le foie, agissant comme un amortisseur pour les protéger des chocs physiques et des pressions externes [17](#page=17). #### 5.1.2 Transport et absorption des vitamines Certains lipides sont indispensables au transport des vitamines liposolubles (vitamines A, D, E, K) dans l'organisme [18](#page=18). * Ces vitamines ont des rôles cruciaux: la vitamine A pour la vision et la croissance cellulaire, la vitamine D pour l'absorption du calcium et la solidité osseuse, la vitamine E pour la protection antioxydante des cellules, et la vitamine K pour la coagulation sanguine [18](#page=18). * Les lipides facilitent leur absorption intestinale et leur transport sanguin vers les tissus [18](#page=18). #### 5.1.3 Stockage d'énergie Les lipides constituent la principale réserve d'énergie du corps [18](#page=18). * Les acides gras sont stockés dans les cellules adipeuses sous forme de triacylglycérols (triglycérides) [18](#page=18). * Ces molécules peuvent être dégradées pour fournir de l'énergie, notamment entre les repas ou lors d'efforts physiques [18](#page=18). * Leur rendement énergétique est très élevé: 1 gramme de lipides libère environ 9 kilocalories (kcal), soit plus du double de l'énergie fournie par les glucides ou les protéines (environ 4 kcal/g) [18](#page=18) [31](#page=31). * En tant que forme de stockage d'énergie, les triglycérides sont stockés dans les adipocytes. Contrairement au glycogène, ce stockage est léger car il n'est pas associé à de l'eau [31](#page=31). > **Tip:** La densité énergétique des lipides en fait une source d'énergie efficace et un moyen de stockage privilégié pour les périodes de jeûne prolongé. #### 5.1.4 Synthèse de molécules de signalisation Certains lipides ne sont pas seulement des réserves mais participent également à la communication cellulaire [18](#page=18). * À partir d'acides gras polyinsaturés (comme l'acide arachidonique), le corps synthétise des médiateurs chimiques tels que les prostaglandines, les thromboxanes et les prostacyclines [18](#page=18). * Ces substances ont des rôles physiologiques importants, incluant la régulation de l'inflammation et de la douleur, l'intervention dans la coagulation sanguine, et la participation à la contraction des muscles lisses (par exemple, dans les bronches ou l'utérus) [18](#page=18). #### 5.1.5 Rôle physiopathologique Un excès de lipides ou des déséquilibres dans leur métabolisme peuvent contribuer à diverses pathologies [31](#page=31). * Un apport excessif peut mener à l'obésité, au diabète et aux maladies cardiovasculaires [31](#page=31). * Le tissu adipeux produit également des facteurs inflammatoires, tels que les cytokines [31](#page=31). ### 5.2 Propriétés physiques des lipides Les lipides présentent des propriétés physiques variées qui influencent leur comportement et leur fonction dans l'organisme [17](#page=17) [31](#page=31). #### 5.2.1 Solubilité La solubilité des lipides dépend de leur structure [31](#page=31). * Les monoglycérides et les diglycérides sont amphipathiques, possédant une partie hydrophile (le glycérol) et une partie hydrophobe (les acides gras) [31](#page=31). * Les triglycérides sont totalement hydrophobes, ce qui les rend insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques comme l'éther ou le chloroforme. Cette caractéristique hydrophobe est fondamentale pour leur insolubilité dans l'eau [17](#page=17) [31](#page=31). #### 5.2.2 Point de fusion Le point de fusion des lipides varie en fonction de la nature de leurs acides gras constitutifs [31](#page=31). * Les acides gras saturés tendent à former des composés solides à température ambiante (les graisses) [31](#page=31). * Les acides gras insaturés forment des composés liquides à température ambiante (les huiles) [31](#page=31). ### 5.3 Digestion et hydrolyse des lipides Les triglycérides alimentaires, de par leur taille et leur caractère hydrophobe, ne peuvent pas être absorbés directement par l'organisme. Ils doivent subir une hydrolyse pour être transformés en molécules plus petites et plus facilement absorbables [32](#page=32). #### 5.3.1 Hydrolyse acide ou enzymatique La réaction d'hydrolyse des triglycérides peut se produire en présence d'un acide ou d'enzymes [31](#page=31). $$ \text{Triglycéride} + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Glycérol} + 3\text{Acides gras} $$ [31](#page=31). Cette réaction est naturelle dans le processus de digestion par les lipases [31](#page=31). #### 5.3.2 Hydrolyse alcaline (saponification) L'hydrolyse des triglycérides peut également être réalisée en milieu alcalin, un processus connu sous le nom de saponification [31](#page=31). $$ \text{Triglycéride} + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Glycérol} + 3\text{Sels} $$ [31](#page=31). Ce procédé est utilisé industriellement pour la fabrication de savons [31](#page=31). #### 5.3.3 Hydrolyse enzymatique dans la digestion L'hydrolyse des triglycérides alimentaires est principalement réalisée par la lipase pancréatique dans l'intestin grêle [32](#page=32). $$ \text{Triglycéride} \rightarrow \text{1 Monoglycéride} + \text{2 Acides gras} $$ [32](#page=32). Cette enzyme découpe les triglycérides en monoglycérides et en acides gras, permettant leur absorption [32](#page=32). #### 5.3.4 Hydrolyse dans les cellules (lipolyse) Lorsque le corps a besoin d'énergie, les triglycérides stockés dans les adipocytes sont dégradés par une série de réactions enzymatiques (lipolyse) [32](#page=32). * **ATGL (Adipose Triglyceride Lipase):** Catalyse la première étape, transformant le triglycéride en diglycéride et libérant un premier acide gras [32](#page=32). $$ \text{TG} \xrightarrow{\text{ATGL}} \text{Diglycéride (DG)} + \text{1 AG} $$ [32](#page=32). * **HSL (Hormone Sensitive Lipase):** Hydrolyse le diglycéride pour former un monoglycéride et libérer un deuxième acide gras [32](#page=32). $$ \text{DG} \xrightarrow{\text{HSL}} \text{Monoglycéride (MG)} + \text{1 AG} $$ [32](#page=32). * **MGL (Monoglycerol Lipase):** Dégrade le monoglycéride en glycérol et libère le troisième acide gras [32](#page=32). $$ \text{MG} \xrightarrow{\text{MGL}} \text{Glycérol} + \text{1 AG} $$ [32](#page=32). Le résultat final de cette cascade est la libération d'acides gras et de glycérol [32](#page=32). ### 5.4 Stérides Les stérides sont une classe de lipides caractérisée par une structure stéroïde [32](#page=32). * Ils sont formés par l'estérification d'un stéroïde (comme le cholestérol) avec un acide gras [32](#page=32). * La formule générale de cette réaction est : $$ \text{R–COOH} + \text{Cholestérol–OH} \rightarrow \text{R–COO–Cholestérol} + \text{H}_2\text{O} $$ [32](#page=32). > **Tip:** La capacité des lipides à se dissoudre dans des solvants non polaires est une propriété clé qui sous-tend leur rôle dans le transport des vitamines liposolubles et leur structure membranaire. --- # Acides aminés : structure, classification et propriétés Les acides aminés (AA) sont les unités structurelles fondamentales des protéines, caractérisés par une structure de base commune comprenant un carbone alpha chiral, une fonction amine, une fonction acide carboxylique, un atome d'hydrogène et une chaîne latérale (R) qui détermine leurs propriétés spécifiques. ### 6.1 Structure générale des acides aminés Chaque acide aminé standard possède une structure commune [49](#page=49): ``` H | NH₂ —C —COOH | R ``` * **Fonction amine (–NH₂)**: Basique, peut capter un proton (H⁺). Appelée fonction amine N-terminale [49](#page=49). * **Fonction carboxylique (–COOH)**: Acide, peut libérer un proton (H⁺). Appelée fonction carboxyle C-terminale [49](#page=49). * **Atome d'hydrogène (H)**: Attaché au carbone central [49](#page=49). * **Chaîne latérale (R)**: Varie d'un acide aminé à l'autre, déterminant ses propriétés spécifiques [49](#page=49). * **Carbone α (central)**: Généralement chiral, lié aux quatre éléments mentionnés, sauf dans la glycine où R=H [49](#page=49). > **Tip:** La chiralité du carbone alpha rend la plupart des acides aminés optiquement actifs, existant sous forme L et D. Seules les formes L sont utilisées dans les protéines humaines [49](#page=49). ### 6.2 Nombre et catégories d'acides aminés Il existe plus de 300 acides aminés dans la nature, mais seulement 20 sont utilisés pour la synthèse des protéines humaines; ils sont appelés acides aminés standards ou protéinogènes. Les autres sont non protéinogènes [49](#page=49). #### 6.2.1 Acides aminés essentiels L'organisme ne peut pas les synthétiser et ils doivent être apportés par l'alimentation. Leur manque bloque 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 considérées comme semi-essentielles, surtout chez l'enfant en croissance [50](#page=50). #### 6.2.2 Acides aminés non essentiels L'organisme peut les synthétiser à partir d'autres composés métaboliques [50](#page=50). Ils 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). La disponibilité métabolique de l'arginine et de l'histidine peut varier, les rendant parfois non essentiels [50](#page=50). ### 6.3 Fonctions des acides aminés Au-delà de leur rôle structural dans les protéines, les acides aminés ont diverses fonctions métaboliques [51](#page=51): * **Structurales**: Constituent les protéines [51](#page=51). * **Énergétiques**: Peuvent être dégradés pour fournir de l'énergie ou être précurseurs de glucose (néoglucogenèse) [51](#page=51). * **Métaboliques/Précurseurs**: Servent à synthétiser d'autres molécules importantes (hormones, neurotransmetteurs) [51](#page=51). * **Signalisation/Récepteurs**: Certains jouent un rôle dans la communication cellulaire [51](#page=51). ### 6.4 Classification selon la chaîne latérale (R) La chaîne latérale (R) est le critère principal de classification des acides aminés, influençant leur polarité et leur réactivité [51](#page=51). #### 6.4.1 Acides aminés aliphatiques neutres Ces acides aminés ont des chaînes latérales composées uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène, les rendant hydrophobes [51](#page=51). * **Sous-groupe 1 : Chaînes latérales linéaires** : * **Glycine (Gly, G)**: La plus petite, R=H. Son carbone alpha n'est pas chiral, ce qui lui confère une grande flexibilité à la chaîne peptidique [51](#page=51). * **Alanine (Ala, A)**: R=CH₃. Petite et hydrophobe [51](#page=51). * **Sous-groupe 2 : Chaînes latérales ramifiées** : * **Valine (Val, V)**: R = –CH(CH₃)₂. Très hydrophobe [52](#page=52). * **Leucine (Leu, L)**: R = –CH₂–CH(CH₃)₂. Chaîne plus longue, fréquente dans les protéines [52](#page=52). * **Isoleucine (Ile, I)**: R = –CH(CH₃)–CH₂–CH₃. Isomère de la leucine [52](#page=52). #### 6.4.2 Acides aminés hydroxylés Leur chaîne latérale contient un groupe hydroxyle (–OH), les rendant polaires et hydrophiles [53](#page=53). * **Sérine (Ser, S)**: R = –CH₂OH. Le groupe –OH est primaire. La phosphorylation de ce groupe est un mécanisme régulateur important [53](#page=53). * **Thréonine (Thr, T)**: R = –CH(OH)CH₃. Le groupe –OH est secondaire. Similaire à la sérine, il peut être phosphorylé [53](#page=53). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Contient un groupe phénol (cycle benzénique avec –OH). Bien que aromatique, le groupe –OH lui confère une certaine polarité [64](#page=64) [67](#page=67). #### 6.4.3 Acides aminés soufrés Contiennent un atome de soufre (S) dans leur chaîne latérale, leur conférant une réactivité chimique [55](#page=55). * **Cystéine (Cys, C)**: R = –CH₂–SH. Le groupe thiol (–SH) est réactif. Deux cystéines peuvent former un pont disulfure (–S–S–), stabilisant la structure tertiaire des protéines [55](#page=55). * **Méthionine (Met, M)**: Contient un atome de soufre dans un groupe thioéther. Neutre et hydrophobe [68](#page=68). #### 6.4.4 Acides aminés acides et amides Ces acides aminés possèdent dans leur chaîne latérale un groupement carboxyle supplémentaire (–COOH) ou un amide dérivé (–CONH₂) [57](#page=57). * **Acides aminés acides** : * **Acide aspartique (Asp, D)**: R = –CH₂–COOH. Possède deux groupes carboxyles [57](#page=57). * **Acide glutamique (Glu, E)**: R = –CH₂–CH₂–COOH. Possède deux groupes carboxyles [80](#page=80). Ces acides aminés sont chargés négativement à pH physiologique [70](#page=70). * **Acides aminés amides** : * **Asparagine (Asn, N)**: Amide de l'acide aspartique. R = –CH₂–CONH₂ [69](#page=69) [80](#page=80). * **Glutamine (Gln, Q)**: Amide de l'acide glutamique. R = –CH₂–CH₂–CONH₂ [69](#page=69) [80](#page=80). Ces deux sont polaires et non ionisables [67](#page=67). #### 6.4.5 Acides aminés basiques Possèdent une fonction basique supplémentaire dans leur chaîne latérale, en plus de la fonction amine alpha [61](#page=61). * **Lysine (Lys, K)**: R contient un groupe ε-amino (–(CH₂)₄–NH₂). Fortement basique, porte une charge positive à pH physiologique [61](#page=61). * **Arginine (Arg, R)**: R contient un groupement guanidyle (très basique). Porte une charge positive même à pH élevé [63](#page=63). * **Histidine (His, H)**: R contient un cycle imidazole. Son pKa est proche du pH physiologique, ce qui lui permet d'agir comme tampon et d'être chargée positivement ou neutre selon le pH [70](#page=70). #### 6.4.6 Acides aminés aromatiques Leur chaîne latérale contient un cycle benzénique, les rendant stables, capables d'absorber les UV et souvent hydrophobes [64](#page=64). * **Phénylalanine (Phe, F)**: Cycle phényle. Essentiel. Hydrophobe [64](#page=64). * **Tyrosine (Tyr, Y)**: Cycle phénol (cycle benzénique + –OH). Semi-essentiel [64](#page=64). * **Tryptophane (Trp, W)**: Cycle indole (double cycle aromatique). Essentiel [64](#page=64). #### 6.4.7 Acides imino * **Proline (Pro, P)**: La fonction amine alpha est intégrée dans un cycle avec la chaîne latérale, formant une amine secondaire. Sa structure rigide affecte la conformation des protéines, notamment le collagène. Elle peut être hydroxylée après traduction [66](#page=66). ### 6.5 Classification selon la polarité La polarité est déterminée par la répartition des charges électriques dans une molécule [67](#page=67). * **Non polaire (hydrophobe)**: Les acides aminés de ce groupe n'aiment pas l'eau et tendent à s'agréger à l'intérieur des protéines. Exemples: Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp, Gly [67](#page=67) [68](#page=68). * **Polaire non ionisable (hydrophile)**: Ces acides aminés sont solubles dans l'eau et peuvent former des liaisons hydrogène, mais ne portent pas de charge électrique nette. Exemples: Ser, Thr, Tyr, Cys, Asn, Gln [67](#page=67) [69](#page=69). * **Polaire ionisable**: Ces acides aminés portent une charge électrique (positive ou négative) selon le pH du milieu [70](#page=70). * **Acides** (chargés négativement à pH physiologique): Asp, Glu [67](#page=67) [70](#page=70). * **Basiques** (chargés positivement à pH physiologique): Lys, Arg, His [67](#page=67) [70](#page=70). ### 6.6 Propriétés physiques des acides aminés #### 6.6.1 Chiralité La plupart des acides aminés (sauf la glycine) possèdent un carbone alpha asymétrique, les rendant chiraux. Ils existent sous deux formes énantiomères: L et D. Seuls les acides aminés de la série L sont utilisés dans les protéines humaines [71](#page=71) [73](#page=73). #### 6.6.2 Pouvoir rotatoire Le pouvoir rotatoire mesure la capacité d'une substance à dévier le plan de la lumière polarisée. Les formes L/D ne correspondent pas nécessairement aux signes +/- de rotation [72](#page=72). #### 6.6.3 Absorption UV Les acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp) absorbent la lumière UV (260-280 nm) en raison de leurs cycles aromatiques. Cette propriété est utilisée pour le dosage des protéines par spectrophotométrie [72](#page=72) [73](#page=73). #### 6.6.4 Comportement ionique (amphotérie et zwitterion) Les acides aminés sont amphotères, pouvant agir comme acides ou bases en raison de leurs fonctions amine et carboxyle ionisables [74](#page=74). * En milieu acide (pH faible), ils sont chargés positivement (cationique): R–CH(NH₃⁺)–COOH [74](#page=74). * En milieu neutre (pH ≈ 7), ils existent sous forme de zwitterions, portant une charge positive et une charge négative, résultant en une charge globale neutre: R–CH(NH₃⁺)–COO⁻ [74](#page=74). * En milieu basique (pH élevé), ils sont chargés négativement (anionique): R–CH(NH₂)–COO⁻ [74](#page=74). ### 6.7 Propriétés chimiques liées au carbone alpha #### 6.7.1 Décarboxylation La perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de CO₂. Catalysée par des décarboxylases, elle forme des amines biologiquement actives. Exemple: l'histidine est décarboxylée en histamine, un médiateur important [76](#page=76). #### 6.7.2 Amidation La formation d'une liaison peptidique par la réaction entre un groupe carboxyle et un groupe amine, libérant une molécule d'eau. C'est la réaction fondamentale pour la construction des protéines [76](#page=76). ### 6.8 Réactions impliquant les acides aminés #### 6.8.1 Transamination Transfert d'un groupe amine (–NH₂) d'un acide aminé vers un acide α-cétonique, permettant la dégradation ou la synthèse d'acides aminés sans perte d'azote. Les enzymes impliquées sont les transaminases, utilisant le phosphate de pyridoxal (PLP, dérivé de la vitamine B6) comme coenzyme [78](#page=78). #### 6.8.2 Réaction avec les aldéhydes (formation de la Base de Schiff) Un groupe amine peut réagir avec un aldéhyde pour former une Base de Schiff (–N=CH–). Cette réaction est souvent une étape intermédiaire dans les réactions enzymatiques impliquant les acides aminés, comme avec le PLP [79](#page=79). #### 6.8.3 Réaction avec la ninhydrine La ninhydrine est un réactif utilisé pour détecter et doser les acides aminés. Elle oxyde les acides aminés, entraînant leur dégradation complète (déamination et décarboxylation). Le produit final, le "pourpre de Ruhemann", est de couleur violette intense pour la plupart des acides aminés, et bleue pour la proline et l'hydroxyproline en raison de leur amine secondaire [79](#page=79) [80](#page=80). ### 6.9 Propriétés chimiques liées aux chaînes latérales R #### 6.9.1 Groupement carboxyle de la chaîne latérale R Les acides aspartique et glutamique possèdent un second groupe carboxyle dans leur chaîne latérale, leur conférant des propriétés acides [80](#page=80). #### 6.9.2 Transformation en amides Ces acides aminés peuvent être transformés en amides par réaction avec de l'ammoniac (NH₃), formant l'asparagine (amide de l'acide aspartique) et la glutamine (amide de l'acide glutamique) [80](#page=80). --- # Réactions chimiques et biologiques des acides aminés et de leurs dérivés Voici un résumé détaillé des réactions chimiques et biologiques des acides aminés et de leurs dérivés, conçu pour un guide d'étude. ## 7. Réactions chimiques et biologiques des acides aminés et de leurs dérivés Ce chapitre explore les transformations chimiques et les rôles physiologiques variés des acides aminés et de leurs dérivés, couvrant des réactions clés comme la transamination, la décarboxylation, l'amidation, et l'estérification, ainsi que des exemples concrets tels que la créatine, les catécholamines et la SAM. ### 7.1 Transformations chimiques des groupements fonctionnels des acides aminés Les acides aminés, au-delà de leur rôle de base dans la synthèse des protéines, participent à de nombreuses réactions métaboliques impliquant leurs groupements fonctionnels (amine, carboxyle) et leurs chaînes latérales. #### 7.1.1 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 désignées en biochimie comme Amino Acid Decarboxylases [76](#page=76). La réaction générale peut être représentée comme suit : $$ R–CH(NH_2)–COOH \xrightarrow{décarboxylase} R–CH_2–NH_2 + CO_2 $$ [76](#page=76). Le groupement –COOH est éliminé, conduisant à la formation d'une amine (R–CH₂–NH₂). Un exemple physiologique important est la décarboxylation de l'histidine en histamine [76](#page=76). ##### 7.1.1.1 Histamine L'histamine est un médiateur crucial dans les réactions allergiques et l'inflammation. La réaction est [76](#page=76): $$ \text{Histidine} \xrightarrow{} \text{Histamine} + CO_2 $$ [76](#page=76). ##### 7.1.1.2 Amine physiologiquement active Une amine est une molécule contenant un groupement –NH₂. Les amines formées par décarboxylation peuvent agir comme neurotransmetteurs ou messagers chimiques [76](#page=76). #### 7.1.2 Amidation L'amidation consiste à intégrer un groupement amine (–NH₂) pour former un amide. En biochimie, cette réaction est fondamentale pour la formation des liaisons peptidiques entre les acides aminés [76](#page=76): $$ –COOH + –NH_2 \longrightarrow –CONH– + H_2O $$ [76](#page=76). La liaison –CONH– résultante est une liaison peptidique, essentielle à la construction des protéines [76](#page=76). #### 7.1.3 Estérification L'estérification est une réaction entre un acide carboxylique et un alcool, généralement catalysée par un acide fort (H⁺) [77](#page=77). La réaction générale est : $$ R–CH(NH_2)–COOH + R'–OH \xrightarrow{H^+} R–CH(NH_2)–COOR' + H_2O $$ [77](#page=77). Le groupement amine (–NH₂) reste inchangé pendant cette réaction. Le produit est un ester. La proline peut être transformée en son ester benzylique avec un rendement élevé. Les esters sont souvent utilisés pour protéger temporairement les groupements carboxyles lors de synthèses chimiques complexes [77](#page=77). #### 7.1.4 Désamination oxydative La désamination oxydative est la perte du groupement amine (–NH₂) d'un acide aminé, produisant de l'ammoniac (NH₃). Elle est catalysée par des enzymes appelées désaminases. Cette réaction transforme un acide aminé en un acide α-cétonique [77](#page=77). Elle nécessite des coenzymes d'oxydo-réduction comme NAD⁺ ou NADP⁺ [77](#page=77). Les étapes impliquent : 1. Oxydation de l'acide aminé : formation d'un imine α-cétonique. 2. Hydrolyse : libération d'ammoniac (NH₃) et formation d'un acide α-cétonique. Le produit final, l'acide α-cétonique, est un composé qui peut être soit catabolisé pour produire de l'énergie (ATP), soit utilisé pour d'autres voies métaboliques [77](#page=77). ##### 7.1.4.1 Importance biologique de la désamination oxydative * **Énergie:** Les acides α-cétoniques peuvent entrer dans le cycle de Krebs pour produire de l'ATP [78](#page=78). * **Bilan azoté:** L'azote éliminé sous forme de NH₃ doit être converti en urée pour l'excrétion [78](#page=78). * **Précurseurs biosynthétiques:** Certains acides α-cétoniques peuvent servir à produire des glucides ou des acides gras [78](#page=78). #### 7.1.5 Transamination La transamination est le transfert réversible d'un groupement amine d'un acide aminé à un acide α-cétonique [78](#page=78). * **Enzymes et coenzyme:** Les enzymes responsables sont les transaminases (ou aminotransférases). Le coenzyme indispensable est le phosphate de pyridoxal (PLP), un dérivé de la vitamine B6 [78](#page=78). * **Spécificité:** Chaque acide aminé possède sa propre transaminase spécifique [78](#page=78). Ces réactions permettent à l'organisme de synthétiser des acides aminés non essentiels sans perte d'azote [78](#page=78). #### 7.1.6 Réaction avec les aldéhydes : formation de la Base de Schiff Un aldéhyde peut réagir avec un groupement amine pour former une Base de Schiff [79](#page=79). La réaction générale est : $$ R–NH_2 + R'–CHO \longrightarrow R–N=CH–R' + H_2O $$ [79](#page=79). Le groupement amine primaire réagit avec le groupement carbonyle de l'aldéhyde, formant une double liaison C=N et libérant de l'eau. Les Bases de Schiff sont souvent des intermédiaires enzymatiques dans les réactions impliquant des acides aminés. Par exemple, le PLP forme une Base de Schiff avec l'amine du carbone α de l'acide aminé lors des réactions de transamination [79](#page=79). #### 7.1.7 Réaction avec la ninhydrine La ninhydrine est un réactif oxydant utilisé pour détecter et quantifier les acides aminés. Elle est largement employée en biochimie et en criminalistique [79](#page=79). Lors de la réaction avec un acide aminé : 1. La ninhydrine oxyde l'acide aminé, entraînant sa dégradation complète : * Désamination (perte du groupement –NH₂ libérant NH₃). * Décarboxylation (perte du groupement –COOH libérant CO₂). 2. Le carbone α de l'acide aminé devient un aldéhyde (R–CHO) [79](#page=79). 3. Le NH₃ libéré réagit avec une autre molécule de ninhydrine réduite pour former un complexe coloré appelé pourpre de Ruhemann [79](#page=79). * **Résultat visuel :** * La plupart des acides aminés (sauf proline et hydroxyproline) donnent le pourpre de Ruhemann (violet intense) [80](#page=80). * La proline et l'hydroxyproline, étant des iminoacides (amines secondaires), donnent un complexe de couleur bleue [80](#page=80). * **Intérêt de la réaction :** * Détection qualitative (présence d'acides aminés). * Dosage (quantification par mesure de l'intensité de la couleur) [80](#page=80). * Applications: biochimie, médecine, criminalistique [80](#page=80). #### 7.1.8 Réactions liées aux chaînes latérales R Ces réactions dépendent des groupements fonctionnels présents dans les chaînes latérales des acides aminés. ##### 7.1.8.1 Groupement carboxyle de la chaîne latérale R Les acides aspartique (Asp) et glutamique (Glu) possèdent un groupement carboxyle supplémentaire dans leur chaîne latérale. Ils sont donc acides et peuvent libérer un proton H⁺ [80](#page=80). * **Transformation en amides:** Ces acides peuvent réagir avec de l'ammoniac (NH₃) pour former des amides. Le –OH du groupe –COOH est remplacé par –NH₂, formant un groupement –C NH₂ [80](#page=80). * Aspartate → Asparagine : $$ HOOC–CH(CH_2–COOH)–NH_2 + NH_3 \longrightarrow HOOC–CH(CH_2–C(NH_2))–NH_2 $$ [80](#page=80). * Glutamate → Glutamine : $$ HOOC–CH(CH_2–CH_2–COOH)–NH_2 + NH_3 \longrightarrow HOOC–CH(CH_2–CH_2–C(NH_2))–NH_2 $$ [80](#page=80). ##### 7.1.8.2 Groupement hydroxyle des chaînes latérales * **Hydroxylation de la Lysine:** La lysine peut être hydroxylée pour former la 5-hydroxylysine. Cette réaction, qui se produit lors de la synthèse du collagène, nécessite de la vitamine C. L'hydroxylysine est essentielle à la stabilité du collagène par la formation de liaisons hydrogène entre les chaînes polypeptidiques [62](#page=62). * **Hydroxylation de la Proline:** La proline peut aussi subir une hydroxylation post-traductionnelle, catalysée par la prolyl hydroxylase et nécessitant de la vitamine C. Ceci est crucial pour la structure du collagène [66](#page=66). ##### 7.1.8.3 Groupement imidazole L'histidine possède un groupement imidazole dans sa chaîne latérale. Ce groupement est un tampon biologique car son pKa est proche du pH physiologique (environ 6). Il peut facilement gagner ou perdre un proton, aidant à stabiliser les variations de pH dans les protéines, notamment l'hémoglobine [62](#page=62). ##### 7.1.8.4 Groupement guanidyle L'arginine possède un groupement guanidyle, qui est très basique. Elle peut porter une charge positive même à pH élevé [63](#page=63). ##### 7.1.8.5 Cycles aromatiques Les acides aminés aromatiques (Phénylalanine, Tyrosine, Tryptophane) possèdent des cycles benzéniques ou similaires dans leurs chaînes latérales. Ces cycles leur confèrent stabilité, capacité à absorber les UV et caractère hydrophobe [64](#page=64). ### 7.2 Rôles de dérivés d'acides aminés Plusieurs dérivés d'acides aminés jouent des rôles physiologiques essentiels. #### 7.2.1 S-Adénosylméthionine (SAM) La S-Adénosylméthionine (SAM) est la forme activée de la méthionine. Elle agit comme un donneur de groupe méthyle (–CH₃) dans de nombreuses réactions de méthylation [56](#page=56). * **Méthylation de l'ADN:** La SAM est utilisée par la DNMT (ADN méthyltransférase) pour méthyler la cytosine dans les régions promotrices des gènes. La méthylation d'un promoteur bloque la fixation de l'ARN polymérase, réprimant ainsi la transcription du gène. Ce mécanisme fait partie de la régulation épigénétique [56](#page=56) [57](#page=57). * **Synthèse de la créatine:** La SAM fournit le groupe méthyle nécessaire à la conversion du guanidinoacétate en créatine dans le foie [84](#page=84). #### 7.2.2 Créatine et Phosphocréatine La créatine est une petite molécule azotée synthétisée à partir de la glycine, de l'arginine et de la méthionine [83](#page=83). * **Rôle énergétique:** Dans les cellules musculaires, la créatine sert de réservoir d'énergie rapide via la phosphocréatine [83](#page=83). $$ \text{Créatine} + \text{ATP} \leftrightarrow \text{Phosphocréatine} + \text{ADP} $$ [83](#page=83). La phosphocréatine redonne rapidement un phosphate à l'ADP pour reformer de l'ATP lors d'efforts intenses [83](#page=83). * **Synthèse :** Elle est synthétisée en deux étapes : 1. Dans le rein: Arginine + Glycine → Guanidinoacétate (GAA) + Ornithine [83](#page=83). 2. Dans le foie: GAA + SAM → Créatine + SAH [84](#page=84). * **Métabolisme et élimination:** La créatine se dégrade spontanément en créatinine, qui est éliminée par les reins. La créatinine est un marqueur fiable de la fonction rénale [84](#page=84). #### 7.2.3 Catécholamines et analogues Les catécholamines sont des molécules dérivées des acides aminés aromatiques, phénylalanine et tyrosine. Elles contiennent un cycle catéchol (cycle benzénique avec deux groupes –OH voisins) et un groupement amine [85](#page=85). * **Principales catécholamines :** * Dopamine: neurotransmetteur [85](#page=85). * Noradrénaline: neurotransmetteur [85](#page=85). * Adrénaline: hormone de réponse au stress [85](#page=85). ##### 7.2.3.1 Tyramine La tyramine est un analogue des catécholamines, dérivant de la tyrosine par décarboxylation. Elle agit comme un sympathomimétique indirect, mimant partiellement les effets des catécholamines (vasoconstriction, augmentation de la pression artérielle). Elle est produite dans l'intestin par l'action de bactéries sur la tyrosine alimentaire, et se retrouve dans les aliments fermentés (fromage, vin) [86](#page=86) [87](#page=87). ##### 7.2.3.2 Tryptamine La tryptamine dérive du tryptophane par décarboxylation. C'est un vasoconstricteur puissant qui mime les effets des catécholamines [87](#page=87). ##### 7.2.3.3 Sérotonine (5-hydroxytryptamine) La sérotonine dérive également du tryptophane via deux réactions: hydroxylation puis décarboxylation. Elle joue un rôle clé dans le système nerveux central (sommeil, humeur, appétit), le système cardiovasculaire, et lors de processus inflammatoires [87](#page=87) [88](#page=88). #### 7.2.4 Le cycle de l'urée Le cycle de l'urée est un processus hépatique qui transforme l'ammoniac (toxique, issu de la dégradation des acides aminés) en urée (non toxique). Les composants importants incluent le carbamyl phosphate, la citrulline, l'argininosuccinate et l'arginine. L'aspartate est crucial pour introduire un groupement amine dans le cycle [59](#page=59). * **Enzymes impliquées:** Ornithine transcarbamylase, Arginase, Aspartate aminotransférase [59](#page=59). * **Entrées:** NH₃, CO₂, H₂O [60](#page=60). * **Sorties:** Urée, Fumarate [60](#page=60). * **Pathologies:** Des déficiences enzymatiques entraînent une hyperammoniémie, avec des conséquences neurologiques graves [60](#page=60). #### 7.2.5 Iodotyrosines Les iodotyrosines sont des dérivés iodés de la tyrosine. Elles sont les précurseurs des hormones thyroïdiennes T₃ (triiodothyronine) et T₄ (thyroxine), qui régulent le métabolisme [65](#page=65) [89](#page=89). ### 7.3 Méthodes d'identification des acides aminés Plusieurs techniques permettent de séparer et d'identifier les acides aminés dans un mélange. #### 7.3.1 Électrophorèse Cette technique sépare les molécules chargées dans un champ électrique. La vitesse de migration dépend de la charge de l'acide aminé, de sa taille et du pH du tampon [90](#page=90). #### 7.3.2 Chromatographie La chromatographie utilise deux phases: une phase stationnaire (fixe) et une phase mobile (en mouvement) [90](#page=90). * **Principe:** Les acides aminés sont répartis entre les deux phases en fonction de leurs propriétés (polarité, charge, solubilité). Le "tir à la corde" entre la rétention par la phase stationnaire et l'entraînement par la phase mobile détermine la vitesse de migration [91](#page=91). * **Types de chromatographie :** * **Chromatographie sur Couche Mince (CCM):** Méthode rapide et simple pour séparer et identifier les acides aminés. L'identification se fait après révélation à la ninhydrine et calcul du rapport frontal (Rf) [92](#page=92). * **Chromatographie Ionique:** Repose sur la charge des acides aminés qui varie avec le pH. Elle utilise des résines échangeuses d'ions. Les acides aminés sont séparés selon leur charge et leur affinité pour la résine, puis libérés par ajustement du pH ou de la force ionique [93](#page=93). * **Détection:** Les acides aminés sortant de la colonne sont détectés par UV (pour les aromatiques) ou par réaction à la ninhydrine, produisant un chromatogramme avec des pics caractéristiques [94](#page=94). #### 7.3.3 Méthodes quantitatives * **Méthodes photométriques:** Mesurent l'absorbance de la lumière UV, applicable uniquement aux acides aminés aromatiques (Tryptophane, Tyrosine, Phénylalanine) autour de 280 nm [94](#page=94). * **Méthodes colorimétriques:** Utilisent des réactifs comme la ninhydrine qui forment des composés colorés avec les acides aminés. L'intensité de la couleur, mesurée par un spectrophotomètre, est proportionnelle à la concentration de l'acide aminé. La proline donne une couleur jaune, contrairement à la plupart des autres acides aminés qui donnent une couleur violette [95](#page=95). --- # Peptides et protéines : structure et propriétés Absolument ! Voici une synthèse détaillée et structurée sur la formation, la nomenclature, les structures et les propriétés des peptides et des protéines, conçue pour être un outil d'étude efficace. ## 8. Peptides et protéines : structure et propriétés Les peptides et les protéines sont des macromolécules biologiques essentielles formées de chaînes d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, dont la structure et les propriétés physico-chimiques déterminent leur fonction [48](#page=48). ### 8.1 Formation des peptides par liaisons peptidiques #### 8.1.1 Définition et structure d'un acide aminé Un peptide est une petite molécule constituée de plusieurs acides aminés (AA) reliés bout à bout par des liaisons peptidiques. Chaque acide aminé possède une structure générale comprenant [96](#page=96): * Un groupement amine (–NH₂) [96](#page=96). * Un groupement acide carboxylique (–COOH) [96](#page=96). * Un carbone alpha (α) lié à un hydrogène (H) [96](#page=96). * Un radical R, qui est la partie variable différenciant chaque acide aminé [96](#page=96). #### 8.1.2 Formation de la liaison peptidique La liaison peptidique se forme lors de la réaction entre le groupement carboxyle (–COOH) d'un acide aminé et le groupement amine (–NH₂) du second acide aminé. Cette réaction est une **condensation** (ou déshydratation) car elle entraîne l'élimination d'une molécule d'eau (H₂O), où un H provient du groupe amine et un OH du groupe carboxyle. Il se forme alors une liaison covalente forte entre le carbone du groupe carbonyle (C=O) du premier AA et l'azote (N) du groupe amine du second AA [76](#page=76) [96](#page=96). La réaction peut être schématisée ainsi : $$-COOH + -NH_2 \longrightarrow -CONH- + H_2O$$ [76](#page=76). Cette liaison est plane et rigide en raison d'un phénomène de **résonance**, impliquant un partage d'électrons entre le C=O et le N–H [96](#page=96). #### 8.1.3 Directionnalité et nomenclature des peptides Les peptides possèdent une directionnalité due à la présence de groupements libres aux extrémités : * Une **extrémité N-terminale**: celle qui possède un groupement amine libre (–NH₂) [96](#page=96). * Une **extrémité C-terminale**: celle qui possède un groupement carboxyle libre (–COOH) [96](#page=96). La nomenclature des peptides se fait en commençant par l'acide aminé N-terminal (placé à gauche), en terminant par l'acide aminé C-terminal (placé à droite), et en remplaçant les suffixes "-ine" ou "-ate" des acides aminés intermédiaires par le suffixe "-yl" [97](#page=97) [99](#page=99). * **Dipeptide**: formé de 2 AA [99](#page=99). * **Tripeptide**: formé de 3 AA [97](#page=97). * **Tétrapeptide**: formé de 4 AA [97](#page=97). * **Oligopeptide**: moins de 10 AA [97](#page=97). * **Polypeptide**: de 10 à 100 AA [97](#page=97) [99](#page=99). * **Protéine**: plus de 50 AA, souvent plus de 100 AA [48](#page=48) [98](#page=98). **Exemple:** Alanine + Glycine + Tyrosine → Alanyl–Glycyl–Tyrosine [99](#page=99). Les radicaux R des différents acides aminés sont orientés de part et d'autre de la chaîne peptidique de manière alternée. Cette alternance est due à la structure plane et rigide de la liaison peptidique, qui empêche l'alignement de tous les R du même côté, rendant la chaîne plus stable et influençant sa structure tridimensionnelle [97](#page=97). ### 8.2 Détermination de la composition et de la séquence d'un peptide #### 8.2.1 Détermination de la composition en acides aminés Pour connaître la composition d'un peptide, on le casse en acides aminés individuels par **hydrolyse** [100](#page=100). * **Hydrolyse acide**: Réalisée avec de l'acide chlorhydrique (HCl) concentré à 110°C pendant 24-48 heures. Elle rompt les liaisons peptidiques [100](#page=100). * **Inconvénient**: Détruit le tryptophane (Trp) en raison de sa sensibilité aux acides forts [100](#page=100). * **Traitement des ponts disulfure (S-S)**: Avant l'hydrolyse, les ponts disulfure doivent être cassés par oxydation (ex: acide performique) ou réduction (ex: DTT) car ils maintiennent la structure du peptide [100](#page=100). * **Hydrolyse alcaline**: Réalisée avec une base forte (NaOH) à 100°C pendant 4-8 heures. Elle permet de détecter spécifiquement le tryptophane sans le détruire . Après hydrolyse, les acides aminés sont séparés par **chromatographie d'échange d'ions** selon leur charge, puis identifiés et quantifiés par réaction à la **ninhydrine**, qui produit un colorant violet (ou jaune pour la proline) visible et mesurable par spectrophotométrie . #### 8.2.2 Détermination de l'acide aminé N-terminal Plusieurs méthodes permettent d'identifier l'acide aminé N-terminal (celui avec le groupe –NH₂ libre) : * **Méthode de Sanger (DNFB)** : 1. **Marquage du N-terminal**: Le réactif 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB, "réactif de Sanger") réagit spécifiquement avec le groupe amine libre du N-terminal, formant un complexe jaune (DNF–Peptide) . 2. **Hydrolyse acide**: Le peptide marqué est hydrolysé en acides aminés individuels . 3. **Séparation et identification**: Le composé DNF–AA, coloré en jaune, est séparé par chromatographie et comparé à des standards pour identifier l'acide aminé N-terminal . * **Méthode au chlorure de dansyl (méthode de Gray)** : 1. **Marquage du N-terminal**: Le chlorure de dansyl (DANS–Cl) marque le groupe amine libre du N-terminal. Le produit formé (DANS–Peptide) est fluorescent . 2. **Hydrolyse acide**: Le peptide est hydrolysé en acides aminés . 3. **Séparation et identification**: Le DANS–AA fluorescent est détecté sous lampe UV et identifié par chromatographie. Cette méthode est plus sensible et le produit final est fluorescent sous UV . #### 8.2.3 Détermination de la séquence d'acides aminés (méthode d'Edman) La **méthode d'Edman** permet de déprotéiner séquentiellement un acide aminé de l'extrémité N-terminale sans détruire le reste de la chaîne polypeptidique. Ce processus peut être répété plusieurs fois ("cycle d'Edman") pour lire la séquence de N-terminal vers C-terminal . 1. **Marquage du N-terminal**: Le phénylisothiocyanate (PITC) réagit avec le groupe amine libre du premier acide aminé à pH légèrement alcalin (≈9) . 2. **Cyclisation et libération**: En milieu acide faible (pH ≈3), le premier acide aminé libéré sous forme cyclique (PTH–AA), tandis que le reste du peptide reste intact mais raccourci d'un acide aminé . 3. **Identification du PTH–AA**: Le dérivé PTH–AA est identifié par chromatographie ou spectrométrie . 4. **Répétition du cycle**: Le processus est répété sur le peptide raccourci pour identifier le second, puis le troisième acide aminé, et ainsi de suite . #### 8.2.4 Méthodes enzymatiques et chimiques pour la dégradation des peptides * **Aminopeptidases**: Ce sont des exopeptidases qui agissent sur l'extrémité N-terminale, libérant progressivement les acides aminés un par un . * **Carboxypeptidases**: Ce sont des exopeptidases qui agissent sur l'extrémité C-terminale. La Carboxypeptidase A libère la majorité des AA C-terminaux (sauf Cys, Arg, Lys), tandis que la Carboxypeptidase B libère les AA basiques (Arg, Lys) . * **Hydrazine (méthode chimique)**: L'hydrazine (NH₂–NH₂) rompt toutes les liaisons peptidiques, transformant tous les acides aminés (sauf le C-terminal) en hydrazides. Le C-terminal, conservant son groupe –COOH libre, reste identifiable . * **Endopeptidases** : Ces enzymes coupent les liaisons peptidiques à l'intérieur de la chaîne polypeptidique, générant des fragments plus petits. * **Trypsine**: Coupe après Arg et Lys (sauf si Proline) . * **Chymotrypsine**: Coupe après Tyr, Trp, Phe . * **Pepsine**: Coupe après des AA aromatiques et hydrophobes à pH acide . * **Thermolysine**: Coupe avant des AA hydrophobes (Leu, Ile, Val, Phe) . * **Bromure de cyanogène (BrCN)**: Ce réactif chimique coupe spécifiquement les liaisons peptidiques situées après la méthionine (Met), produisant des fragments dont le premier se termine par un dérivé de méthionine et le second commence par l'acide aminé suivant la Met . ### 8.3 Structures des protéines Les protéines adoptent une structure tridimensionnelle bien définie, essentielle à leur activité biologique. On distingue quatre niveaux de structure : #### 8.3.1 Structure primaire Correspond à la **séquence en acides aminés** de la chaîne polypeptidique, du N-terminal au C-terminal. Elle est déterminée génétiquement par l'ADN. Les ponts disulfure font également partie de la structure primaire . #### 8.3.2 Structure secondaire Il s'agit du **repliement local de la chaîne d'acides aminés**, stabilisé par des liaisons hydrogène entre les groupements –NH et –CO du squelette peptidique. Les deux structures secondaires principales sont : * **Hélice α**: La chaîne polypeptidique s'enroule en structure hélicoïdale. Les radicaux R sont dirigés vers l'extérieur. Les liaisons hydrogène se forment entre l'oxygène du groupe carbonyle d'un AA et l'hydrogène du groupe aminé d'un AA situé quatre résidus plus loin . * **Feuillet β**: Formé par l'association d'au moins deux brins β. Les liaisons hydrogène unissent le groupe –CO d'un brin au groupe –NH d'un brin adjacent. Les brins peuvent être antiparallèles ou parallèles . #### 8.3.3 Structure tertiaire Représente la **conformation tridimensionnelle complète de la protéine**. Elle est stabilisée par diverses interactions entre les chaînes latérales des acides aminés : * **Liaisons covalentes**: Ponts disulfure entre résidus cystéine . * **Liaisons non covalentes**: liaisons hydrogène, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes (les chaînes latérales hydrophobes se regroupent à l'intérieur, formant un cœur hydrophobe) et interactions ioniques . Elle est essentielle à la fonctionnalité de la protéine, notamment pour la formation des sites actifs des enzymes . #### 8.3.4 Structure quaternaire Décrit l'**association de deux ou plusieurs chaînes peptidiques (sous-unités)** pour former une protéine fonctionnelle. Les sous-unités peuvent être identiques (homopolymères) ou différentes (hétéropolymères). L'hémoglobine A, par exemple, est un hétérotétramère composé de quatre sous-unités différentes (2α et 2β) . ### 8.4 Propriétés des protéines #### 8.4.1 Propriétés physiques * **Solubilité**: La plupart des protéines globulaires sont solubles dans l'eau, tandis que les scléroprotéines (protéines fibreuses) sont insolubles . * **Cristallisation**: Il est possible de cristalliser les protéines en modulant le pH, la concentration saline et les solvants organiques . * **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** (complexe coloré violet avec des ions cuivriques en milieu alcalin) permet le dosage des protéines . * **Masse moléculaire (MM)**: Chaque protéine a une MM caractéristique, supérieure à 6000 daltons. Elle peut être déterminée par chromatographie par gel-filtration . #### 8.4.2 Propriétés chimiques * **Composition élémentaire**: Les protéines contiennent majoritairement C, H, O, N et souvent S . * **Acides aminés dérivés**: Les protéines naturelles sont formées des 20 acides aminés standards. Des modifications post-traductionnelles peuvent donner naissance à des acides aminés dérivés comme l'hydroxyproline et l'hydroxylysine, particulièrement abondants dans le collagène pour stabiliser les fibres . * **Caractère amphotère**: Les protéines sont amphotères car elles contiennent des groupements acides (–COOH) et basiques (–NH₂) . * **Ionisation**: L'ionisation des groupes (extrémités peptidiques, chaînes latérales des AA) dépend du pH du milieu . * **Point isoélectrique (pI)**: C'est le pH auquel la protéine a une charge nette globale nulle. À ce pH, la protéine ne migre pas en électrophorèse et est souvent moins soluble, pouvant précipiter . #### 8.4.3 Propriétés biologiques * **Propriétés antigéniques**: Les protéines sont des antigènes qui induisent la synthèse d'anticorps . * **Activités biologiques spécifiques**: Elles peuvent avoir une activité catalytique (enzymes), hormonale (GH, EPO), être des toxines (exotoxines bactériennes) ou posséder une activité antibiotique (VanX) . ### 8.5 Classification des protéines Les protéines peuvent être classées en deux grandes catégories : #### 8.5.1 Holoprotéines Formées exclusivement d'acides aminés . * **Holoprotéines globulaires solubles**: Protéines sphéroïdes, solubles dans l'eau (chaînes latérales hydrophobes à l'intérieur). Elles comprennent les enzymes, hormones, anticorps . * **Albumines**: Abondantes dans le plasma, maintiennent la pression oncotique et transportent diverses substances . * **Globulines**: Présentes dans le sérum sanguin, jouent des rôles dans le transport, la défense immunitaire, la coagulation et l'inflammation. Elles sont classées en α-, β- et γ-globulines selon leur mobilité électrophorétique. Les γ-globulines sont les immunoglobulines (anticorps) . #### 8.5.2 Hétérotéines Composées d'une partie protéique (acides aminés) et d'une partie non protéique (groupement prosthétique) . * **Phosphoprotéines**: Protéine liée à un groupe phosphorique (ex: caséine du lait) . * **Nucléoprotéines**: Protéine liée à un acide nucléique (ADN ou ARN) (ex: télomérase) . * **Glycoprotéines**: Protéines liées de façon covalente à une séquence glucidique (ex: mucines, immunoglobulines, glycoprotéines de groupe sanguin) . * **Lipoprotéines**: Complexes protéines-lipides permettant le transport des lipides dans le plasma (ex: chylomicrons, VLDL, LDL, HDL) . * **Chromoprotéines**: Protéines liées à un pigment coloré . --- > **Tip:** N'oubliez pas que la structure des protéines est directement liée à leur fonction. Toute altération de structure (par exemple, due à des dénaturants ou des mutations) peut entraîner une perte d'activité biologique. Pensez à bien maîtriser les différents niveaux de structure et les liaisons qui les stabilisent. > **Example:** L'hémoglobine, avec sa structure quaternaire, est un exemple parfait de la relation structure-fonction. Ses quatre sous-unités permettent le transport optimal de l'oxygène, et les changements conformationnels lors de la liaison de l'oxygène facilitent la libération de l'O₂ dans les tissus . --- --- ## 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 | |------|------------| | Terme | Définition | | Filiation des aldoses | Ensemble de réactions chimiques permettant de relier les oses entre eux selon leur nombre d'atomes de carbone, autorisant l'allongement ou le raccourcissement de la chaîne carbonée pour établir une relation généalogique. | | Synthèse de Kiliani-Fischer | Méthode chimique permettant d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un atome de carbone. Elle implique l'addition de HCN sur la fonction aldéhyde, suivie d'une hydrolyse en acide carboxylique, puis d'une réduction en aldéhyde, produisant un nouvel aldose à une unité carbonée supérieure. | | Épimères | Stéréoisomères qui diffèrent uniquement par la configuration absolue d'un seul centre chiral, souvent observés lors de réactions comme la synthèse de Kiliani-Fischer où deux sucres différents peuvent être obtenus. | | Structure cyclique des oses | Forme prédominante des oses (surtout ceux de plus de quatre carbones) en solution aqueuse ou dans les milieux biologiques, résultant de la réaction intramoléculaire d'une fonction carbonyle avec un groupe hydroxyle pour former un hémiacétal ou un hémicétal. | | Hémiacétal | Fonction résultant de la réaction entre une fonction aldéhyde et un groupe alcool, caractérisée par un carbone lié à un groupe hydroxyle (-OH) et à un groupe alkoxy (-OR). | | Hémicétal | Fonction résultant de la réaction entre une fonction cétone et un groupe alcool, caractérisée par un carbone lié à un groupe hydroxyle (-OH) et à deux groupes alkoxy (-OR). | | Cyclisation selon Tollens | Processus de formation de la structure cyclique des oses, où le groupe hydroxyle d'un carbone attaque le carbone du groupe carbonyle, formant ainsi un cycle et un centre anomérique. | | Pyranose | Cycle à six atomes (cinq carbones et un oxygène) formé par la cyclisation des oses, typiquement lorsque le groupe -OH du carbone 5 attaque le carbonyle d'un aldose. | | Furanose | Cycle à cinq atomes (quatre carbones et un oxygène) formé par la cyclisation des oses, typiquement lorsque le groupe -OH du carbone 4 attaque le carbonyle d'un aldose. | | Projection de Haworth | Représentation schématique des cycles des sucres en trois dimensions, où le cycle est dessiné comme un anneau presque plat, facilitant la visualisation de la position des substituants. | | Carbone anomérique | Le carbone qui était initialement le groupe carbonyle dans la forme linéaire de l'ose et qui devient un centre chiral après la cyclisation, donnant lieu aux formes α et β. | | Conformation chaise | La forme spatiale la plus stable adoptée par les cycles des oses, notamment les pyranoses, dans les solutions, comparée à la conformation bateau moins stable. | | Pouvoir rotatoire spécifique | Propriété des oses en solution de faire dévier le plan de la lumière polarisée, utilisée pour leur identification et leur dosage quantitatif. | | Caramélisation | Processus de dégradation des oses par chauffage, entraînant leur brunissement et la formation de composés complexes, résultant de réactions de déshydratation et de polymérisation. | | Fonction carbonyle | Groupe fonctionnel composé d'un atome de carbone doublement lié à un atome d'oxygène (C=O), présent dans les aldéhydes et les cétones. | | Groupement hémiacétalique | La fonction hémiacétal présente dans les oses cycliques, jouant un rôle clé dans leur réactivité chimique, notamment leur caractère réducteur. | | Fonction alcool | Groupe fonctionnel contenant un groupe hydroxyle (-OH) lié à un atome de carbone. Les oses en possèdent plusieurs, qui participent à leur réactivité. | | Oxydation enzymatique | Réaction catalysée par une enzyme (comme la glucose oxydase) utilisant de l'oxygène pour oxyder une molécule, par exemple la transformation du glucose en acide gluconique. | | Glucose oxydase (GOD) | Enzyme spécifique qui catalyse l'oxydation du D-glucose en acide gluconique, utilisée notamment dans les tests de glycémie. | | Acide gluconique | Acide carboxylique résultant de l'oxydation du groupe aldéhyde (C1) du glucose. | | Oxydation chimique douce | Réaction chimique qui oxyde sélectivement le groupe aldéhyde d'un aldose en acide carboxylique, sans affecter les autres fonctions hydroxyles, en utilisant des réactifs comme le dibrome ($Br_2$). | | Acide aldarique | Acide dicarboxylique obtenu par oxydation forte d'un aldose, où les groupes aldéhyde (C1) et alcool primaire (C6) sont convertis en groupes carboxyliques (-COOH). | | Oxydation forte | Réaction d'oxydation vigoureuse, souvent réalisée avec un oxydant puissant comme l'acide nitrique ($HNO_3$), qui oxyde à la fois les fonctions aldéhyde et alcool primaire d'un aldose, et peut même cliver la chaîne carbonée des cétoses. | | Acide saccharique | Synonyme d'acide aldarique, obtenu par oxydation forte des aldoses. | | Acide glycolique | Acide carboxylique simple ($HOCH_2-COOH$) obtenu lors de l'oxydation forte de certains cétoses (comme le fructose) suite au clivage de la chaîne carbonée. | | Acide tartrarique | Acide dicarboxylique hydroxyé ($HOOC-CHOH-CHOH-COOH$) pouvant être formé lors de l'oxydation forte de certains cétoses. | | Sels de métaux lourds | Composés contenant des métaux de transition, utilisés comme agents oxydants doux pour les oses réducteurs, tels que la liqueur de Fehling (ions $Cu^{2+}$) et la solution de Tollens (ions $Ag^{+}$). | | Liqueur de Fehling | Réactif utilisé pour détecter les sucres réducteurs, contenant des ions cuivreux ($Cu^{2+}$) qui sont réduits en ions cuivreux ($Cu^{+}$) par les oses. | | Solution de Tollens | Réactif utilisé pour détecter les aldéhydes et les sucres réducteurs, contenant des ions argent ($Ag^{+}$) qui sont réduits en argent métallique par les oses réducteurs. | | Sucre réducteur | Glucide qui possède un groupe aldéhyde libre ou un groupe carbonyle (cétone) qui peut s'isomériser en aldéhyde en milieu basique, lui permettant de réduire des ions métalliques dans des conditions alcalines douces. | | Isomérisation | Réaction chimique qui transforme une molécule en l'un de ses isomères, par exemple la conversion d'un cétose en aldose en milieu basique. | | Réduction chimique des oses | Réaction complémentaire à l'oxydation, où le groupe carbonyle des oses (aldéhyde ou cétone) est réduit en groupe alcool, transformant les oses en polyols. | | Polyol | Alcool comportant plusieurs groupes hydroxyles (-OH) dans sa molécule, obtenu par la réduction des oses. | | Borohydrure de sodium ($NaBH_4$) | Agent réducteur couramment utilisé en chimie organique pour réduire les aldéhydes et les cétones en alcools primaires et secondaires, respectivement. | | Oxydation douce | Réaction chimique où le groupement aldéhyde (–CHO) d'un aldose est converti en fonction acide carboxylique (–COOH), sans affecter les autres fonctions hydroxyles de la molécule. Le réactif typique est le dibrome (Br₂/H₂O). | | Réaction d'oxydoréduction | Réaction chimique impliquant le transfert d'électrons, où une espèce est oxydée (perd des électrons) et une autre est réduite (gagne des électrons). Les oses peuvent agir comme agents réducteurs en présence d'oxydants puissants. | | Agent réducteur | Substance capable de réduire une autre espèce chimique en lui donnant des électrons. Les aldoses, grâce à leur fonction aldéhyde ou la capacité de la régénérer, agissent comme agents réducteurs, notamment avec les sels de métaux lourds. | | Réaction de condensation | Réaction chimique où deux molécules se lient pour former une molécule plus grande, avec l'élimination d'une petite molécule comme l'eau (H₂O). La formation de liaisons glycosidiques entre les oses est un exemple clé. | | Liaison glycosidique | Liaison covalente formée entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle (–OH) ou un autre groupement fonctionnel d'une autre molécule (un autre ose, un alcool, une amine). | | Holoside | Glucide formé uniquement par des unités osidiques reliées par des liaisons glycosidiques. Les disaccharides et polysaccharides sont des exemples d'holosides. | | Hétéroside | Composé formé par la condensation d'un ose (la partie osidique) avec une autre molécule non glucidique (appelée aglycone). Les N-hétérosides, comme ceux présents dans l'ADN et l'ARN, impliquent une base azotée. | | Oside | Molécule glucidique complexe dont l'hydrolyse libère des oses, ou un ose lié à une molécule non glucidique (aglycone). | | Oligoside | Holoside formé par la condensation de 2 à 10 molécules d'oses. Le maltose, le saccharose et le lactose sont des exemples courants. | | Polysaccharide (ou Polyoside) | Glucide complexe formé par la condensation de nombreuses molécules d'oses (souvent plusieurs centaines ou milliers). Ils jouent des rôles de réserve énergétique, structuraux ou biologiques spécifiques. | | Liaison osidique | Liaison covalente formée entre le carbone anomérique (C1) d'un ose et un groupement hydroxyle (–OH) d'un autre ose. Elle peut être de type α ou β, et implique des carbones spécifiques (par exemple, 1→4). | | Ose réducteur | Ose dont la fonction hémiacétalique est libre, permettant la réduction de sels métalliques. Un disaccharide est réducteur si l'un de ses oses possède encore une fonction hémiacétalique libre. | | Ose non réducteur | Ose dont la fonction hémiacétalique est engagée dans une liaison osidique, l'empêchant de réduire des sels métalliques. Le saccharose est un exemple typique. | | Homopolyside | Polysaccharide constitué d'un seul type d'ose. L'amidon, le glycogène et la cellulose sont des exemples d'homopolysides. | | Hétéopolyside | Polysaccharide composé de différents types d'oses et/ou d'autres molécules. Ils sont moins courants que les homopolysides et souvent impliqués dans des rôles biologiques spécifiques. | | Aglycone | Partie non glucidique d'un hétéroside, liée à la partie sucrée (ose ou oside). Les aglycones peuvent être de nature diverse (alcool, amine, acide carboxylique, etc.). | | Glycoprotéine | Hétéroside dans lequel la partie glucidique est liée à une protéine. Elles jouent des rôles essentiels dans la reconnaissance cellulaire, les fonctions immunitaires et hormonales. | | Glycolipide | Hétéroside dans lequel la partie glucidique est liée à un lipide. Ils sont des composants importants des membranes cellulaires et participent à la reconnaissance intercellulaire. | | Lipides | Composés organiques principalement formés de carbone, hydrogène et oxygène, caractérisés par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires. Ils jouent des rôles essentiels comme réserve d'énergie, isolation et protection. | | Hydrophobe | Caractéristique d'une substance qui repousse l'eau, c'est-à-dire qu'elle n'interagit pas ou peu avec les molécules d'eau en raison de sa nature non polaire. | | Acides gras | Molécules constituées d'une longue chaîne carbonée hydrophobe et d'un groupe acide carboxylique (-COOH) polaire et hydrophile. Ils sont les unités de base de nombreux lipides. | | Alcool | Composé organique contenant un ou plusieurs groupes hydroxyles (-OH). Le glycérol est un alcool couramment trouvé dans la structure des lipides. | | Ester | Composé chimique formé par la réaction d'un acide avec un alcool, impliquant la perte d'une molécule d'eau. De nombreux lipides sont des esters d'acides gras et d'alcools. | | Lipides simples | Lipides composés uniquement de carbone, hydrogène et oxygène, résultant généralement de l'union d'acides gras avec un alcool (comme les glycérides, cérides, stérides). | | Lipides complexes | Lipides contenant, en plus du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, des atomes d'autres éléments comme le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont souvent des constituants des membranes cellulaires. | | Glycérides | Lipides simples formés par la réaction du glycérol avec un ou plusieurs acides gras. Ils incluent les mono-, di-, et triglycérides, qui sont les principales graisses et huiles. | | Cérides | Lipides simples formés par la réaction d'un acide gras avec un alcool à longue chaîne. Ils constituent les cires, protégeant et imperméabilisant diverses surfaces. | | Stérides | Lipides simples formés par l'estérification d'un stérol (comme le cholestérol) avec un acide gras. Ils sont impliqués dans le stockage et le transport du cholestérol. | | Acide gras saturé | Acide gras dont la chaîne carbonée ne contient aucune double liaison entre les atomes de carbone. Sa chaîne est entièrement saturée en hydrogène. | | Acide gras insaturé | Acide gras possédant au moins une double liaison carbone-carbone dans sa chaîne. La présence de ces doubles liaisons réduit la fluidité de la molécule. | | Acide mono-insaturé (AGMI) | Acide gras insaturé qui ne possède qu'une seule double liaison carbone-carbone dans sa chaîne. | | Acide poly-insaturé (AGPI) | Acide gras insaturé qui contient plusieurs doubles liaisons carbone-carbone dans sa chaîne. Ces acides gras sont souvent essentiels à l'alimentation. | | Configuration Cis | Configuration d'une double liaison dans un acide gras insaturé où les atomes d'hydrogène sont du même côté de la double liaison, créant un coude dans la chaîne et rendant la molécule plus liquide. | | Configuration Trans | Configuration d'une double liaison dans un acide gras insaturé où les atomes d'hydrogène sont de part et d'autre de la double liaison, résultant en une chaîne plus linéaire, similaire aux acides gras saturés, et donc plus solide. | | Point de fusion | Température à laquelle un corps passe de l'état solide à l'état liquide. Pour les acides gras, il est influencé par la longueur de la chaîne carbonée et le degré d'insaturation. | | Saponification | Réaction chimique entre un acide gras et une base forte (comme le NaOH ou le KOH) pour former un sel d'acide gras (savon) et de l'eau. | | Triglycéride | Lipide simple composé de glycérol estérifié avec trois molécules d'acides gras. Ils constituent la principale forme de stockage d'énergie chez les organismes. | | Glycérol | Alcool simple à trois groupes hydroxyles (-OH), servant de squelette à de nombreux lipides, notamment les glycérides. | | Stéroïde | Type de lipide complexe caractérisé par une structure de quatre cycles de carbone fusionnés (noyau stérane). Le cholestérol est un stéroïde important. | | Cholestérol | Un stéroïde essentiel présent dans les membranes cellulaires des animaux, précurseur de nombreuses autres molécules stéroïdes comme les hormones et la vitamine D. | | Alcool (en tant que composant des lipides) | Une molécule, souvent le glycérol, qui possède un ou plusieurs groupes hydroxyles (-OH). Il se lie aux acides gras pour former la structure de base de nombreux lipides, tels que les triglycérides. | | Caractère hydrophobe | Propriété fondamentale des lipides, signifiant qu'ils n'interagissent pas bien avec l'eau, car ils sont non polaires. Cette caractéristique les rend insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques non polaires. | | Digestion des triglycérides | Processus par lequel les triglycérides alimentaires sont décomposés en molécules plus petites, principalement un monoglycéride et deux acides gras, grâce à l'action d'enzymes appelées lipases, notamment dans l'intestin grêle. | | Hydrolyse | Réaction chimique durant laquelle une molécule est scindée en deux parties par l'ajout d'une molécule d'eau. Dans le contexte des lipides, l'hydrolyse peut être acide, alcaline (saponification) ou enzymatique, menant à la séparation des acides gras de l'alcool (comme le glycérol). | | Isolement et protection des organes | Rôle des lipides stockés dans le tissu adipeux, qui forment une couche protectrice sous la peau et autour des organes vitaux. Ils assurent une protection mécanique contre les chocs et une isolation thermique pour maintenir la température corporelle. | | Lipases | Enzymes responsables de l'hydrolyse des lipides (triglycérides) en molécules plus simples, telles que les acides gras et les monoglycérides. La lipase pancréatique est cruciale pour la digestion des lipides alimentaires. | | Lipolyse | Processus enzymatique par lequel les triglycérides stockés dans les adipocytes sont dégradés pour libérer de l'énergie. Cette dégradation se fait en plusieurs étapes impliquant des enzymes comme l'ATGL, la HSL et la MGL. | | Molécules de signalisation | Substances dérivées de certains lipides, notamment les acides gras polyinsaturés, qui jouent un rôle crucial dans la communication cellulaire. Elles incluent les prostaglandines, les thromboxanes et les leucotriènes, intervenant dans l'inflammation, la douleur et la coagulation. | | Rôle énergétique des lipides | Fonction primaire des lipides qui constituent la principale réserve d'énergie du corps. 1 gramme de lipides libère environ 9 kcal, soit plus du double de l'énergie fournie par les glucides ou les protéines. | | Stéroïdes | Classe de lipides qui, bien que ne contenant pas toujours d'acides gras, sont regroupés avec eux en raison de leur caractère hydrophobe. Le cholestérol et les hormones stéroïdes en sont des exemples. | | Tissu adipeux | Tissu corporel constitué de cellules (adipocytes) spécialisées dans le stockage des graisses sous forme de triglycérides. Il remplit des fonctions d'isolation thermique, de protection mécanique et sert de réserve d'énergie. | | Triglycérides (TG) | Composés lipidiques formés de la liaison d'un glycérol avec trois acides gras. Ils sont la principale forme de stockage d'énergie dans le corps et constituent la majorité des graisses alimentaires. | | Vitamines liposolubles | Vitamines (A, D, E, K) qui, comme les lipides, sont solubles dans les graisses et les solvants organiques. Les lipides jouent un rôle dans leur transport et leur absorption dans l'organisme. | | Acide aminé | Molécule organique constituant l'unité de base des protéines, caractérisée par un groupe amine (NH₂) et un groupe carboxylique (COOH) liés à un carbone central (carbone alpha), ainsi qu'une chaîne latérale variable (R). | | Acides aminés essentiels | Acides aminés que l'organisme ne peut pas synthétiser et qui doivent donc être apportés par l'alimentation pour permettre la synthèse protéique. | | Acides aminés non essentiels | Acides aminés que l'organisme est capable de synthétiser à partir d'autres composés métaboliques, ne nécessitant pas d'apport alimentaire direct. | | Acides aminés protéinogènes | Les 20 acides aminés standards que notre organisme utilise pour fabriquer les protéines, codés par notre ADN et incorporés lors de la traduction de l'ARNm. | | Amphotère | Qualité d'un composé, comme les acides aminés, capable d'agir à la fois comme un acide (donneur de proton) et comme une base (accepteur de proton), en fonction du pH du milieu. | | Carbone alpha (Cα) | Le carbone central d'un acide aminé, auquel sont directement attachés le groupe amine, le groupe carboxylique, un atome d'hydrogène et la chaîne latérale (R). | | Chirale | Se dit d'une molécule qui possède un centre stéréogène (généralement un carbone asymétrique) et qui existe sous deux formes images miroir non superposables, appelées énantiomères. | | Cycle de l'urée | Voie métabolique hépatique qui transforme l'ammoniac (toxique) en urée (non toxique) pour son excrétion, visant à éliminer l'excès d'azote provenant de la dégradation des acides aminés. | | Dipeptide | Molécule formée par la liaison peptidique de deux acides aminés. | | Groupe amine (–NH₂) | Fonction chimique basique présente dans tous les acides aminés, capable de capter un proton (H⁺), et parfois appelée fonction amine N-terminale. | | Groupe carboxylique (–COOH) | Fonction chimique acide présente dans tous les acides aminés, capable de libérer un proton (H⁺), et parfois appelée fonction carboxylique C-terminale. | | Groupe hydroxyle (–OH) | Groupe fonctionnel caractéristique des alcools, présent dans la chaîne latérale de certains acides aminés (comme la sérine et la thréonine), les rendant plus polaires et hydrophiles. | | Groupe thiol (–SH) | Groupe fonctionnel contenant du soufre, présent dans la chaîne latérale de la cystéine, qui est très réactif et peut former des ponts disulfures (S–S) pour stabiliser la structure des protéines. | | Hydrophile | Propriété d'une molécule qui attire l'eau ; les chaînes latérales hydrophiles des acides aminés interagissent favorablement avec l'eau. | | Liaison peptidique | Liaison covalente forte qui unit le groupe carboxyle d'un acide aminé au groupe amine d'un autre acide aminé lors de la formation d'un peptide ou d'une protéine, avec libération d'une molécule d'eau. | | Métabolisme | Ensemble des transformations chimiques qui se déroulent dans les cellules d'un organisme vivant, incluant la synthèse (anabolisme) et la dégradation (catabolisme) des molécules. | | Peptide | Chaîne d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, généralement composée de moins de 50 résidus d'acides aminés. | | Polarité | Propriété d'une molécule ou d'un groupement chimique dépendant de la répartition des charges électriques ; une molécule polaire présente des zones de charge positive et négative partielles. | | Pont disulfure (–S–S–) | Liaison covalente formée entre les groupes thiols (–SH) de deux résidus de cystéine, jouant un rôle crucial dans la stabilisation de la structure tridimensionnelle des protéines. | | Pouvoir rotatoire | Capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée ; les acides aminés chiraux (sauf la glycine) présentent un pouvoir rotatoire. | | Protéine | Macromolécule biologique complexe composée d'une ou plusieurs chaînes polypeptidiques (longues chaînes d'acides aminés) dont la séquence d'acides aminés détermine sa structure tridimensionnelle et sa fonction. | | Radioprotecteur | Substance qui protège les cellules contre les dommages causés par les radiations ionisantes ; certains acides aminés, comme la cystéine, peuvent avoir des propriétés radioprotectrices grâce à leur groupe thiol. | | Zwitterion | Molécule qui porte simultanément une charge positive et une charge négative, résultant en une charge globale neutre ; c'est la forme prédominante d'un acide aminé en solution aqueuse neutre (pH 7). | | S-Adénosylméthionine (SAM) | Molécule dérivée de la méthionine, agissant comme donneur de groupe méthyle (–CH₃) dans de nombreuses réactions chimiques de la cellule, notamment la méthylation de l'ADN. Elle est formée à partir de méthionine et d'ATP. | | Méthylation | Réaction chimique consistant en l'ajout d'un groupe méthyle (–CH₃) sur une molécule. Dans le cas de l'ADN, elle peut se produire sur la cytosine et affecter l'expression des gènes en bloquant la fixation de l'ARN polymérase. | | Promoteur | Région d'un gène où se fixe l'ARN polymérase pour initier la transcription. La méthylation de cette région peut entraîner la répression de l'expression génique. | | Transamination | Réaction chimique où un groupe amine (–NH₂) est transféré d'un acide aminé à un acide cétonique, permettant la synthèse ou la dégradation d'acides aminés. Ces réactions sont catalysées par des enzymes appelées aminotransférases. | | Amidation | Réaction chimique qui consiste à remplacer un groupe hydroxyle (–OH) par un groupe amine (–NH₂) pour former un amide. C'est la base de la formation des liaisons peptidiques dans les protéines. | | Hydroxylation | Ajout d'un groupe hydroxyle (–OH) à une molécule, souvent après la synthèse d'une protéine (modification post-traductionnelle). Par exemple, la lysine peut être hydroxylée en 5-hydroxylysine, essentielle à la structure du collagène. | | Tampon biologique | Molécule qui aide à réguler les variations de pH dans un système. Le groupement imidazole de l'histidine, avec un pKa proche du pH physiologique, agit comme un tampon dans les protéines. | | Guanidyle (ou Guanidinium) | Groupement fonctionnel présent dans la chaîne latérale de l'arginine, qui est basique et peut porter une charge positive, même à pH élevé. | | Catécholamines | Molécules dérivées d'acides aminés aromatiques (phénylalanine et tyrosine) possédant un cycle benzénique avec deux groupes hydroxyles voisins et un groupe amine. Elles agissent comme hormones et neurotransmetteurs (ex: dopamine, adrénaline). | | Tyramine | Analogue des catécholamines, dérivé de la tyrosine par décarboxylation. Elle agit comme un sympathomimétique indirect, provoquant notamment la vasoconstriction et l'augmentation de la pression artérielle. | | Tryptamine | Analogue des catécholamines, dérivé du tryptophane par décarboxylation. C'est un vasoconstricteur puissant qui mime les effets des catécholamines. | | Sérotonine (ou 5-hydroxytryptamine) | Neurotransmetteur et hormone dérivé du tryptophane par hydroxylation puis décarboxylation. Elle régule le sommeil, l'humeur, l'appétit et joue un rôle dans la coagulation et l'inflammation. | | Créatine | Petite molécule azotée, dérivée de la glycine, de l'arginine et de la méthionine. Elle sert de réservoir d'énergie rapide dans les cellules musculaires sous forme de phosphocréatine, permettant de reconstituer l'ATP. | | Phosphocréatine | Forme phosphorylée de la créatine. Elle donne un groupe phosphate à l'ADP pour reformer de l'ATP rapidement lors d'efforts musculaires intenses. | | Créatinine | Déchet métabolique résultant de la dégradation de la créatine. Elle est éliminée par les reins et son taux sanguin est un marqueur de la fonction rénale. | | Base de Schiff | Molécule formée par la réaction entre un groupement amine et un aldéhyde. Les Bases de Schiff sont souvent des intermédiaires enzymatiques, comme celle formée entre le phosphate de pyridoxal et le carbone alpha d'un acide aminé. | | Ninhydrine | Réactif chimique utilisé pour détecter et quantifier les acides aminés. Elle oxyde complètement les acides aminés, produisant une couleur violette intense (pourpre de Ruhemann), sauf pour la proline et l'hydroxyproline qui donnent une couleur bleue. | | Rapport frontal (Rf) | Mesure utilisée en chromatographie, calculée comme la distance parcourue par une tache par rapport à la distance parcourue par le front du solvant. Il est caractéristique de chaque acide aminé et permet son identification. | | Chromatographie Ionique | Méthode de séparation basée sur les différences de charge des acides aminés à un pH donné. Elle utilise des résines chargées pour retenir sélectivement les acides aminés acides ou basiques. | | Point isoélectrique (pHi) | pH auquel un acide aminé porte une charge globale neutre. À ce pH, la molécule est moins soluble et se comporte différemment lors des séparations chromatographiques. | | Méthodes photométriques | Techniques quantitatives d'analyse basées sur la mesure de l'absorption de la lumière par une substance. Pour les acides aminés, cette méthode s'applique aux acides aminés aromatiques (Trp, Tyr, Phe) qui absorbent dans l'UV. | | Méthodes colorimétriques | Techniques quantitatives d'analyse basées sur la formation de composés colorés. L'intensité de la couleur, mesurée par un spectrophotomètre, est proportionnelle à la concentration de l'analyte, comme dans la réaction avec la ninhydrine. | | Acide aminé (AA) | Unité de base des protéines, composé d'un groupement amine (–NH₂), d'un groupement acide carboxylique (–COOH), d'un carbone alpha (α) lié à un hydrogène, et d'un radical R variable. | | Aminopeptidase | Type d'exopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques à partir de l'extrémité N-terminale d'un peptide, libérant séquentiellement les acides aminés. | | Anticorps | Protéines globulaires (γ-globulines) produites par les lymphocytes B, intervenant dans la défense immunitaire spécifique pour neutraliser les agents étrangers. | | Carboxypeptidase | Type d'exopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques à partir de l'extrémité C-terminale d'un peptide ou d'une protéine, libérant l'acide aminé final. | | Chiralité | Propriété de certains acides aminés (à l'exception de la glycine) où le carbone alpha est asymétrique, portant quatre substituants différents, ce qui leur confère une activité optique. | | Chromoprotéines | Hétéroprotéines dont le groupement prosthétique est un pigment coloré, comme l'hémoglobine qui contient un groupement hème. | | Cristallisation des protéines | Processus permettant d'obtenir des cristaux de protéines à partir de solutions, en ajustant des paramètres tels que le pH, la concentration saline et l'ajout de solvants organiques. | | Doublure d'Edman | Ensemble des réactions chimiques utilisées dans la méthode d'Edman pour dériver séquentiellement et identifier les acides aminés d'un peptide à partir de l'extrémité N-terminale. | | Électrophorèse | Technique de séparation basée sur la migration des molécules chargées (comme les protéines) dans un champ électrique, en fonction de leur charge et de leur taille. | | Endopeptidases | Enzymes qui coupent les liaisons peptidiques à l'intérieur de la chaîne polypeptidique, reconnaissant des séquences spécifiques d'acides aminés. | | Étape de la méthode de Sanger | Désigne les trois phases principales de la méthode de Sanger : marquage du N-terminal avec le DNFB, hydrolyse acide du peptide, et séparation des acides aminés marqués et non marqués. | | Exopeptidase | Enzyme qui hydrolyse une liaison peptidique à une extrémité d'un peptide, agissant soit sur l'extrémité N-terminale (aminopeptidase), soit sur l'extrémité C-terminale (carboxypeptidase). | | Fragmentation | Processus de découpage d'une chaîne polypeptidique en fragments plus petits, réalisé par des endopeptidases ou des réactifs chimiques (comme le BrCN), afin de faciliter la détermination de la séquence. | | Gène | Unité d'hérédité codant pour un acide aminé spécifique par un triplet de nucléotides (codon), déterminant ainsi la séquence primaire d'une protéine. | | Glycoprotéines | Hétéroprotéines dont le groupement prosthétique est un sucre, impliquées dans la reconnaissance cellulaire, la protection des épithéliums et la défense immunitaire. | | Hélice α | Structure secondaire des protéines, où la chaîne polypeptidique s'enroule en spirale, stabilisée par des liaisons hydrogène entre les groupements amide et carbonyle du squelette peptidique. | | Hémoglobine | Protéine de transport de l'oxygène dans le sang, composée de quatre chaînes polypeptidiques (deux alpha et deux bêta) et d'un groupement hème contenant du fer. | | Hétéropolymère | Protéine dont la structure quaternaire est formée par l'association de sous-unités polypeptidiques différentes. | | Holoprotéines | Protéines exclusivement composées d'acides aminés, sans groupement prosthétique. | | Homopolymère | Protéine dont la structure quaternaire est formée par l'association de sous-unités polypeptidiques identiques. | | Hydrazide | Dérivé formé par réaction avec l'hydrazine, utilisé dans la méthode chimique pour transformer les acides aminés en hydrazides, sauf le C-terminal. | | Hydrolyse alcaline | Hydrolyse réalisée en milieu basique (NaOH), utilisée pour casser les liaisons peptidiques tout en préservant le tryptophane, qui est sensible aux acides forts. | | Hydrolyse acide | Hydrolyse réalisée en milieu acide fort (HCl) à haute température, qui rompt les liaisons peptidiques mais peut dégrader certains acides aminés comme le tryptophane. | | Interactions hydrophobes | Forces faibles qui poussent les chaînes latérales non polaires des acides aminés à se regrouper à l'intérieur de la protéine, à l'écart du solvant aqueux. | | Liaison amide | Synonyme de liaison peptidique, formée par la réaction entre le groupement carboxyle d'un acide aminé et le groupement amine d'un autre. | | Lipoprotéines | Hétéroprotéines formées de lipides et de protéines, responsables du transport des lipides insolubles dans le plasma sanguin. | | Macromolécule | Très grande molécule, comme les protéines, constituée de nombreuses unités répétitives (monomères). | | Masse moléculaire (MM) | Poids moléculaire d'une protéine, généralement supérieur à 6000 Daltons, déterminé par diverses méthodes comme la chromatographie par gel-filtration. | | Méthode de Gray | Méthode alternative à celle de Sanger pour identifier l'acide aminé N-terminal, utilisant le chlorure de dansyl qui rend le dérivé fluorescent sous UV. | | Méthode de Sanger | Première méthode historique pour déterminer la séquence d'un peptide, impliquant le marquage du N-terminal avec le DNFB, suivi d'une hydrolyse acide et d'une séparation chromatographique. | | Modification post-traductionnelle | Modification chimique d'un acide aminé après sa synthèse sur le ribosome, comme l'hydroxylation de la proline et de la lysine dans le collagène. | | Mucines | Glycoprotéines présentes dans les sécrétions muqueuses, assurant la protection des épithéliums. | | Nucléoprotéines | Hétéroprotéines formées par une protéine liée à un acide nucléique (ADN ou ARN), comme la télomérase. | | Ondes de Van der Waals | Interactions faibles entre atomes voisins, contribuant à la stabilisation des structures protéiques. | | Oligopeptide | Peptide composé de moins de 10 acides aminés. | | Oxydation | Réaction chimique impliquant la perte d'électrons, utilisée notamment pour transformer les ponts disulfure (–S–S–) en groupes acides (–SO₃H) avant une hydrolyse. | | Peptide hormonal | Peptide agissant comme hormone, régulant diverses fonctions physiologiques (ex: insuline, oxytocine, vasopressine). | | Peptide antibiotique | Peptide naturel produit par des microorganismes, possédant une activité antibactérienne (ex: Bacitracine). | | Phosphoprotéines | Hétéroprotéines comportant un groupement phosphate lié par une liaison ester à un résidu sérine ou thréonine. | | Pression oncotique | Pression osmotique exercée par les protéines plasmatiques, principalement l'albumine, qui maintient l'eau dans les vaisseaux sanguins et prévient la formation d'œdèmes. | | Pont disulfure | Liaison covalente forte (–S–S–) formée entre les atomes de soufre de deux résidus cystéine, contribuant à la stabilisation de la structure tertiaire des protéines. | | Polypeptide | Chaîne d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, généralement plus longue qu'un peptide (> 50 acides aminés). | | Pré-traitement | Étapes préliminaires nécessaires avant l'analyse d'un peptide, comme la rupture des ponts disulfure ou la protection de certains acides aminés. | | Protéines fibreuses (Scléroprotéines) | Protéines structurales insolubles dans l'eau, souvent de forme allongée, comme le collagène et la kératine. | | Protéines globulaires | Protéines de forme sphéroïde, solubles dans l'eau, dont les chaînes latérales hydrophobes sont orientées vers l'intérieur. Elles incluent enzymes, hormones et anticorps. | | Réaction à la ninhydrine | Réaction chimique utilisant la ninhydrine qui réagit avec les groupements amines libres des acides aminés pour former un composé coloré, permettant leur visualisation et leur dosage. | | Réduction | Réaction chimique impliquant un gain d'électrons, utilisée pour rompre les ponts disulfure en les transformant en groupes thiols (–SH). | | Séquence | Ordre spécifique des acides aminés le long de la chaîne polypeptidique d'une protéine, déterminé génétiquement. | | Structure covalente | Terme souvent utilisé pour désigner la structure primaire, décrivant la séquence des acides aminés et la présence de ponts disulfure. | | Structure primaire | Séquence linéaire des acides aminés dans une protéine, déterminée par les gènes. | | Structure quaternaire | Association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine active, comme dans l'hémoglobine. | | Structure secondaire | Repliement local de la chaîne polypeptidique, principalement sous forme d'hélice α ou de feuillet β, stabilisé par des liaisons hydrogène. | | Structure tertiaire | Conformation tridimensionnelle complète d'une protéine, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés et stabilisée par diverses liaisons. | | Télomérase | Nucléoprotéine qui assure l'élongation des télomères, les extrémités des chromosomes. | | Thermolysine | Endopeptidase qui coupe avant les acides aminés hydrophobes (Leu, Ile, Val, Phe), offrant une fragmentation spécifique. | | Trypsine | Endopeptidase qui coupe spécifiquement après les acides aminés basiques (Arginine et Lysine), sauf si la proline suit. | | Tryptophane | Acide aminé aromatique dont le noyau indolique est sensible aux acides forts, ce qui peut entraîner sa dégradation lors de l'hydrolyse acide. | | UV (ultraviolet) | Spectre de lumière dont l'absorption par les protéines à 280 nm est due à la présence de résidus aromatiques, utilisé pour le dosage et la détection de certaines molécules. | | VLDL (Very Low Density Lipoprotein) | Classe de lipoprotéines de très basse densité, impliquées dans le transport des triglycérides. |

# Structure et propriétés des oses Ce sujet aborde la filiation des aldoses, le calcul du nombre d'isomères, la formation des cycles des oses (pyranose et furanose) ainsi que leur représentation simplifiée par les projections de Haworth et leurs conformations spatiales [ ](#page=1) [ ](#page=2) [ ](#page=3) [1](#page=1) [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.1 Filiation des aldoses La filiation des aldoses établit une relation entre les oses en permettant d'allonger ou de raccourcir leur chaîne carbonée, définissant ainsi une sorte de "généalogie" des sucres [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.1.1 Synthèse de Kiliani-Fischer Cette synthèse permet d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un carbone [ ](#page=1). Le processus se déroule en trois étapes principales [1](#page=1): 1. Addition d'acide cyanhydrique (HCN) sur le groupe aldéhyde (CHO) pour former un cyanhydrine. Le carbone anciennement aldéhydique devient asymétrique [ ](#page=1) [1](#page=1). 2. Hydrolyse du groupe cyano (-CN) en groupe acide carboxylique (-COOH) suivie d'une déshydratation, transformant le groupe -COOH en groupe aldéhyde (-CHO) [ ](#page=1) [1](#page=1). 3. Cette addition de HCN conduit à la formation de deux diastéréoisomères (épimères) car le nouveau centre asymétrique peut se former de deux manières différentes [ ](#page=1) [1](#page=1). Le même mécanisme s'applique aux cétoses [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 1.2 Nombre d'isomères Le nombre d'isomères d'un ose dépend de sa structure (aldose ou cétose) et du nombre de ses carbones asymétriques. * **Aldoses**: Le nombre d'isomères est donné par la formule $2^{n-2}$, où $n$ est le nombre total d'atomes de carbone. Pour le glucose ($n=6$), il y a $2^{6-2} = 16$ isomères (8 séries D et 8 séries L) [ ](#page=2) [2](#page=2). * **Cétoses**: Le nombre d'isomères est donné par la formule $2^{n-3}$, où $n$ est le nombre total d'atomes de carbone. Pour le fructose ($n=6$), il y a $2^{6-3} = 8$ isomères (4 séries D et 4 séries L) [ ](#page=2) [2](#page=2). ### 1.3 Structure cyclique des oses En solution aqueuse ou dans les milieux biologiques, les oses de quatre carbones ou plus existent majoritairement sous forme cyclique, formée par la réaction intramoléculaire d'un groupe hydroxyle (-OH) avec la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) pour former un hémiacétal [ ](#page=2) [2](#page=2). #### 1.3.1 Mécanisme de cyclisation (Tollens) 1. Le groupe -OH d'un carbone (souvent C5 pour un aldose, ou C4 pour une cétose) attaque le carbone du groupe carbonyle [ ](#page=2) [2](#page=2). 2. La double liaison C=O est rompue, et l'oxygène forme une liaison avec le carbone du carbonyle, refermant ainsi le cycle [ ](#page=2) [2](#page=2). 3. Le carbone du carbonyle devient un carbone tétraédrique et un nouveau centre stéréogène, appelé carbone anomérique [ ](#page=2) [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 -OH du C5 attaque le carbone anomérique, créant un cycle à 6 atomes (5 carbones + 1 oxygène). L'exemple est le D-glucopyranose [ ](#page=2) [2](#page=2). * **Furanose**: Formé lorsque le -OH du C4 attaque le carbone anomérique, créant un cycle à 5 atomes (4 carbones + 1 oxygène). L'exemple est le D-fructofuranose [ ](#page=2) [2](#page=2). ### 1.4 Projection de Haworth La projection de Haworth est une représentation simplifiée en 3D des cycles des sucres [ ](#page=3) [3](#page=3). #### 1.4.1 Représentation * Le cycle est représenté comme un anneau hexagonal (pour les pyranoses) ou pentagonal (pour les furanoses) légèrement incliné, avec l'oxygène du cycle généralement placé en haut à droite ou en haut à gauche [ ](#page=3) [3](#page=3). * Les atomes de carbone sont numérotés dans le sens des aiguilles d'une montre en partant du carbone anomérique [ ](#page=3) [3](#page=3). #### 1.4.2 Conversion Fischer-Haworth Les règles de conversion entre la projection de Fischer (linéaire) et la projection de Haworth (cyclique) sont les suivantes : * Les groupes -OH situés à droite dans la projection de Fischer se retrouvent en bas du cycle dans la projection de Haworth [ ](#page=3) [3](#page=3). * Les groupes -OH situés à gauche dans la projection de Fischer se retrouvent en haut du cycle dans la projection de Haworth [ ](#page=3) [3](#page=3). #### 1.4.3 Carbone anomérique Le carbone anomérique (C1 pour les aldoses) peut exister sous deux formes : * **Forme $\alpha$ (alpha)**: Le groupe -OH du carbone anomérique est orienté vers le bas [ ](#page=3) [3](#page=3). * **Forme $\beta$ (bêta)**: Le groupe -OH du carbone anomérique est orienté vers le haut [ ](#page=3) [3](#page=3). ### 1.5 Conformation spatiale des oses En solution, les cycles des oses adoptent des conformations spatiales spécifiques. * Les deux conformations principales sont la **forme chaise** et la **forme bateau** [ ](#page=3) [3](#page=3). * Ces conformations sont en équilibre dynamique [ ](#page=3) [3](#page=3). * La **forme chaise** est la plus stable et est la conformation adoptée par la majorité des oses naturels [ ](#page=3) [3](#page=3). --- # Réactions chimiques des oses Cette section explore les réactions chimiques fondamentales des oses, axées sur leurs groupements fonctionnels et conduisant à diverses transformations chimiques importantes [4](#page=4). ### 2.1 Propriétés physico-chimiques des oses Les oses présentent des propriétés physiques et chimiques distinctes. Physiquement, ils sont hautement solubles dans l'eau en raison de leurs nombreux groupements hydroxyles, possèdent un pouvoir rotatoire spécifique en solution, et leur structure est thermodégradable, conduisant à la caramélisation lors du chauffage. Chimiquement, leurs propriétés découlent principalement de leur fonction carbonyle (ou hémiacétalique) et de leurs fonctions alcools [4](#page=4). #### 2.1.1 Propriétés dues à la fonction carbonyle La fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) est responsable de plusieurs réactions clés, notamment l'oxydation, la réduction et la condensation [4](#page=4). ##### 2.1.1.1 Oxydation des oses L'oxydation des oses peut être douce, forte, ou catalysée par des enzymes, et elle a des conséquences chimiques importantes [4](#page=4). ###### 2.1.1.1.1 Oxydation enzymatique L'oxydation enzymatique, telle que celle du glucose par la glucose oxydase (GOD), est cruciale en biochimie, notamment pour les tests de glycémie. L'enzyme GOD utilise l'oxygène ($\text{O}_2$) pour oxyder spécifiquement le D-glucose en acide gluconique, produisant du peroxyde d'hydrogène ($\text{H}_2\text{O}_2$) comme sous-produit [4](#page=4). $$ \text{Glucose} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{glucose oxydase}} \text{Acide gluconique} + \text{H}_2\text{O}_2 $$ Dans cette réaction, le groupe aldéhyde en $\text{C}1$ du glucose est oxydé en groupe carboxylique ($\text{–COOH}$), formant l'acide gluconique ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_7$) [4](#page=4). ###### 2.1.1.1.2 Oxydation chimique douce L'oxydation chimique douce d'un aldose vise à transformer le groupement aldéhyde ($\text{–CHO}$) en acide carboxylique ($\text{–COOH}$) sans affecter les autres parties de la molécule. Le carbone $\text{C}1$ est le seul carbone oxydé [4](#page=4). **Réaction générale :** Le groupement aldéhyde ($\text{–CHO}$) en $\text{C}1$ devient un acide carboxylique ($\text{–COOH}$), tandis que les autres groupements hydroxyles restent intacts [4](#page=4). > **Exemple:** L'oxydation du D-glucose conduit à l'acide D-gluconique [4](#page=4). Plusieurs réactifs peuvent réaliser cette oxydation, notamment le dibrome en milieu aqueux ($\text{Br}_2/\text{H}_2\text{O}$) [5](#page=5). ###### 2.1.1.1.3 Oxydation chimique forte L'oxydation forte utilise des oxydants puissants, comme l'acide nitrique ($\text{HNO}_3$), pour oxyder simultanément le groupement aldéhyde en $\text{C}1$ et le groupement alcool primaire en $\text{C}6$ (pour les aldoses). Le produit résultant est un acide dicarboxylique, appelé acide aldarique [5](#page=5). **Principe général :** Le $\text{C}1$ (aldéhyde $\text{–CHO}$) et le $\text{C}6$ (alcool primaire $\text{–CH}_2\text{OH}$) sont tous deux oxydés en groupes carboxyliques ($\text{–COOH}$) [5](#page=5). **Réaction générale :** $$ \text{HOCH}_2\text{–(CHOH)}_4\text{–CHO} \xrightarrow{\text{HNO}_3, \text{chaleur}} \text{HOOC–(CHOH)}_4\text{–COOH} + \text{H}_2\text{O} $$ Chez les aldoses, cela produit un acide aldarique (par exemple, l'acide D-glucarique ou acide saccharique à partir du D-glucose) [5](#page=5). **Cas des cétoses :** Les cétoses, possédant une fonction cétone (souvent en $\text{C}2$), subissent un clivage de la chaîne carbonée autour de la fonction cétone sous l'action de l'acide nitrique. Les fragments résultants sont ensuite oxydés [6](#page=6). > **Exemple:** Le D-fructose, un cétose, peut être clivé entre $\text{C}2$ et $\text{C}3$, produisant de l'acide glycolique ($\text{HOCH}_2\text{–COOH}$) et de l'acide tartrique ($\text{HOOC–CHOH–CHOH–COOH}$) [6](#page=6). ###### 2.1.1.1.4 Oxydation par les sels de métaux lourds (agents réducteurs) Certains sels métalliques, comme la liqueur de Fehling ou la solution de Tollens, agissent comme des oxydants doux en milieu alcalin ou neutre. Les oses capables de réduire ces ions métalliques (comme $\text{Cu}^{2+}$ en $\text{Cu}^{+}$ ou $\text{Ag}^{+}$ en $\text{Ag}$) sont qualifiés de sucres réducteurs [6](#page=6). **Principe général :** $$ \text{Ose (réducteur)} + \text{Sel métallique (oxydant)} \rightarrow \text{Acide d'ose} + \text{Métal réduit} $$ Les aldoses sont des sucres réducteurs car ils possèdent un groupement aldéhyde libre ou peuvent en générer un par tautomérisation, même à partir de leur forme cyclique [6](#page=6). > **Cas particulier:** Certains cétoses, comme le fructose, peuvent se tautomériser en aldoses en milieu basique, devenant ainsi réducteurs indirectement [6](#page=6). ##### 2.1.1.2 Réduction des oses La réduction des oses, généralement effectuée avec des agents réducteurs comme le borohydrure de sodium ($\text{NaBH}_4$), transforme la fonction carbonyle en alcool [7](#page=7). **Réduction des aldoses :** Le groupement aldéhyde ($\text{–CHO}$) en $\text{C}1$ est réduit en alcool primaire ($\text{–CH}_2\text{OH}$). Le produit final est un polyol (un alcool avec plusieurs groupements $\text{–OH}$) [7](#page=7). **Structure générale d'un aldose :** $$ \text{R–CHO} \rightarrow [\text{Réduction}] \rightarrow \text{R–CH}_2\text{OH} $$ **Réduction des cétoses :** Le groupement cétone ($\text{–CO–}$) est réduit en alcool secondaire ($\text{–CHOH–}$). Le produit final est également un polyol [7](#page=7). **Structure générale d'un cétose :** $$ \text{R}_1\text{–CO–R}_2 \rightarrow [\text{Réduction}] \rightarrow \text{R}_1\text{–CHOH–R}_2 $$ #### 2.1.2 Déshydratation des oses La déshydratation des oses se produit en milieu acide et à chaud, entraînant une perte d'eau. Cette réaction conduit à la cyclisation des oses et à la formation de composés aromatiques comme le furfural ou l'hydroxyméthylfurfural (HMF) [10](#page=10). **Principe général :** Un ose perd des molécules d'eau sous l'action d'un acide fort et de la chaleur, formant un produit cyclisé et aromatique [10](#page=10). $$ \text{Ose} \xrightarrow{\text{Acide fort + chaleur}} \text{Furfural / HMF} + \text{H}_2\text{O} $$ **Types de produits formés :** * **Pentoses (C5):** Donnent du furfural après perte de 3 molécules d'eau [10](#page=10). > **Exemple:** Le ribose (C5) donne du furfural [10](#page=10). * **Hexoses (C6):** Donnent de l'hydroxyméthylfurfural (HMF) après perte de 3 molécules d'eau [10](#page=10). > **Exemple:** Le glucose (C6) donne du HMF [10](#page=10). --- # Les osides : holosides et hétérosides Cette section aborde la définition et la classification des osides, qui sont des molécules glucidiques complexes résultant de la condensation d'oses, incluant les holosides (oligosides et polyosides) et les hétérosides, en détaillant leurs structures, liaisons et rôles. ### 3.1 Définition et principes généraux des osides Un oside est une molécule glucidique complexe dont l'hydrolyse libère des oses ou des oses et une autre molécule non glucidique. Ils sont formés par des réactions de condensation entre les fonctions hydroxyle (–OH) d'un ose, permettant la création de liaisons glycosidiques [11](#page=11) [8](#page=8). #### 3.1.1 Formation des liaisons glycosidiques et osidiques La condensation entre la fonction hydroxyle d'un ose et un groupe –OH ou –NH₂ d'un autre composé forme une liaison covalente, libérant une molécule d'eau (H₂O). Cette réaction est une déshydratation [8](#page=8) [9](#page=9). * **Liaison osidique (ou glycosidique)**: liaison covalente formée entre le carbone anomérique (C1 de l'ose réducteur) et un groupement hydroxyle (–OH) d'un autre ose [11](#page=11). > **Tip:** La formation de liaisons glycosidiques est une réaction de condensation typique, impliquant la perte d'une molécule d'eau. #### 3.1.2 Types de condensation La nature du partenaire de condensation détermine la classification de l'oside formé : * **Condensation avec un autre ose**: forme un holoside (disaccharide ou polysaccharide) [8](#page=8). * Exemple: Glucose + Glucose → Maltose (liaison α-1,4-glycosidique) + H₂O [8](#page=8). * Produit: Holoside (uniquement des sucres) [8](#page=8). * Lien: O-glycosidique (impliquant le carbone anomérique) [8](#page=8). * **Condensation avec une molécule non sucrée (alcool, phénol)**: forme un O-hétéroside [8](#page=8). * Exemple: Glucose + R–OH → O-hétéroside + H₂O [8](#page=8). * **Condensation avec une amine**: forme un N-hétéroside [8](#page=8). * Exemple: Sucre + Base azotée → N-glycoside [8](#page=8). * Ces N-hétérosides sont cruciaux en biochimie, présents dans l'ADN et l'ARN [8](#page=8). ### 3.2 Classification des osides Les osides sont classifiés en deux grandes familles: les holosides et les hétérosides [11](#page=11). | Type d'oside | Produits d'hydrolyse | Exemple | Composition | | :------------- | :----------------------------------- | :------------------------------------------ | :---------------------------------------- | | Holoside | Uniquement des oses | Maltose, Saccharose, Lactose | Ose + Ose | | Hétéroside | Ose(s) + aglycone (partie non sucrée) | ADN, glycoprotéines, glycolipides | Ose + molécule non osidique | #### 3.2.1 Les holosides Les holosides sont exclusivement constitués d'oses unis par des liaisons osidiques. Ils se subdivisent en oligosides et polyosides [11](#page=11). ##### 3.2.1.1 La liaison osidique Cette liaison covalente se forme entre : 1. Le carbone anomérique (généralement C1) d'un ose. 2. Un groupement hydroxyle (–OH) d'un autre ose. Les caractéristiques déterminant la liaison osidique sont : 1. **Nature des oses liés**: L'identité des sucres (ex: glucose, galactose) [11](#page=11). 2. **Forme cyclique de chaque ose**: Pyrane (cycle à 6) ou furane (cycle à 5) [11](#page=11). 3. **Configuration anomérique** : * $ \alpha $ ( $ \alpha $ ): si le groupe –OH anomérique est orienté vers le bas dans la représentation cyclique [11](#page=11). * $ \beta $ ( $ \beta $ ): si le groupe –OH anomérique est orienté vers le haut [11](#page=11). ##### 3.2.1.2 Classification des holosides par taille * **Oligosides**: Composés de 2 à 10 unités d'oses [11](#page=11). * Exemples: Maltose (glucose + glucose), Saccharose (glucose + fructose), Lactose (glucose + galactose) [11](#page=11). * Rôle: Souvent impliqués dans le stockage énergétique et la reconnaissance cellulaire [11](#page=11). * **Polyosides (polysaccharides)**: Composés de plus de 10 unités d'oses (souvent des centaines ou milliers) [11](#page=11) [14](#page=14). * Exemples: Amidon, Glycogène, Cellulose [11](#page=11). * Rôles: Réserve énergétique (amidon, glycogène), structurel (cellulose, chitine), ou biologique spécifique (acide hyaluronique, héparine) [14](#page=14). ##### 3.2.1.3 Diholosides réducteurs et non réducteurs Un diholoside est dit réducteur si son carbone anomérique n'est pas engagé dans la liaison osidique, conservant ainsi une fonction hémiacétalique libre. Cela lui permet de réduire les sels métalliques (comme la liqueur de Fehling). Les diholosides réducteurs peuvent exister sous forme $ \alpha $ ou $ \beta $ [11](#page=11). Inversement, un diholoside est non réducteur si ses deux carbones anomériques sont engagés dans la liaison osidique [12](#page=12). ##### 3.2.1.4 Nomenclature des osides La nomenclature des osides dépend de l'état de la fonction hémiacétalique : * **-ose**: L'ose a sa fonction hémiacétalique libre; il est réducteur [12](#page=12). * **-osyl**: L'ose a sa fonction hémiacétalique engagée dans la liaison osidique; il s'agit généralement du premier ose d'un diholoside [12](#page=12). * **-oside**: La fonction hémiacétalique du dernier ose est engagée; le sucre peut être non réducteur [12](#page=12). > **Example:** > * **Lactose**: Diholoside réducteur (D-galactopyranosyl ( $ \beta \rightarrow 4 $ ) D-glucopyranose). Le galactose est l'osyl, le glucose reste un ose réducteur [12](#page=12). > * **Saccharose**: Diholoside non réducteur (D-glucopyranosyl ( $ \alpha \rightarrow \beta $ ) D-fructofuranoside). Les carbones anomériques C1 du glucose et C2 du fructose sont engagés, rendant le sucre non réducteur [12](#page=12). > * **Maltose**: Diholoside réducteur (D-glucopyranosyl ( $ \alpha \rightarrow 4 $ ) D-glucopyranose). Le premier glucose est l'osyl, le second glucose reste réducteur [13](#page=13). ##### 3.2.1.5 Les polyosides (polysaccharides) Les polyosides sont de grands polymères d'oses. Ils se différencient par [14](#page=14): 1. Le type d'oses constitutifs (identiques ou différents) [14](#page=14). 2. Le type de liaison osidique ( $ \alpha $ ou $ \beta $, positions des carbones: 1→4, 1→6, etc.) [14](#page=14). 3. La structure de la chaîne (linéaire ou ramifiée) [14](#page=14). > **Remarque sur la nomenclature des liaisons glycosidiques :** > La notation $ \alpha $ (1→4) indique une liaison entre le carbone 1 (en position $ \alpha $) du premier ose et le carbone 4 du deuxième ose [15](#page=15). **Grandes familles de polyosides :** * **Homopolysides**: Formés d'un seul type d'ose [14](#page=14). | Exemple | Oses constitutifs | Type de liaison | Structure | Rôle | | :--------- | :---------------- | :-------------- | :---------------------- | :----------------------- | | Amidon | Glucose | $ \alpha $(1→4) et $ \alpha $(1→6) | Ramifiée / Linéaire | Réserve énergétique végétale | | Glycogène | Glucose | $ \alpha $(1→4) et $ \alpha $(1→6) | Fortement ramifiée | Réserve énergétique animale | | Cellulose | Glucose | $ \beta $(1→4) | Linéaire | Rôle structural (végétal) | #### 3.2.2 Les hétérosides Un hétéroside est une molécule composée d'une partie glucidique (un ou plusieurs oses) et d'une partie non glucidique appelée aglycone. Ces deux parties sont liées par une liaison covalente [15](#page=15). * **Formation**: La liaison se fait entre la fonction hémiacétalique du sucre et un atome de la partie aglycone [15](#page=15). > **Tip:** La distinction entre différents types d'hétérosides dépend de l'atome de l'aglycone participant à la liaison. **Types d'hétérosides selon la liaison :** | Type d'hétéroside | Liaison | Exemple typique | Où les trouver | | :---------------- | :--------------------------------------- | :------------------------------------------------------ | :---------------------------------------------- | | O-hétéroside | Ose lié à un O (hydroxyle alcoolique) | Liaison ose–sérine dans une protéine | Glycoprotéines | | N-hétéroside | Ose lié à un N (amine ou base azotée) | Nucléosides (adénosine : ribose + adénine) | ADN, ARN | | C-hétéroside | Ose lié à un C de l'aglycone | Certains pigments végétaux | Plantes médicinales | | S-hétéroside | Ose lié à un S (thiol –SH) | Composés soufrés (rares) | Plantes alliacées (ail, oignons) | **La partie aglycone (ou groupement) :** Elle peut être de plusieurs types : * **Lipides**: Ose + lipide → Glycolipide [15](#page=15). * Présents dans les membranes cellulaires servent à la reconnaissance cellulaire [15](#page=15) [16](#page=16). * **Protéines**: Protéine + longues chaînes glucidiques (GAG) → Protéoglycane (PG) [15](#page=15). * Présents dans les tissus conjonctifs, rôle structurel et de lubrification [15](#page=15). * **Peptides + polysaccharides** → Peptidoglycanes [15](#page=15). * Constituent la paroi bactérienne, assurant sa rigidité [15](#page=15). * **Protéines + quelques oses (chaînes courtes)** → Glycoprotéine (GP) [15](#page=15). * Rôles hormonaux, immunitaires, enzymatiques. Exemples: récepteurs membranaires, hormones [15](#page=15) [16](#page=16). * **Fixation non enzymatique de glucose sur une protéine** → Protéine glyquée [15](#page=15). * Marqueurs biologiques, ex: HbA1c pour la glycémie à long terme [15](#page=15). **Rôles des liaisons dans les cellules :** * Identification des cellules (glycolipides) [16](#page=16). * Communication cellulaire (glycoprotéines) [16](#page=16). * Stockage et transmission de l'information génétique (nucléosides → ADN/ARN) [16](#page=16). ### 3.3 Réactions dues à la fonction alcool : Estérification des oses L'estérification des oses est une réaction clé en biochimie, particulièrement dans le métabolisme énergétique [9](#page=9). * **Principe général**: L'estérification consiste à faire réagir un groupe hydroxyle (–OH) avec un acide (H–X) pour former un ester (R–O–X), avec élimination d'eau [9](#page=9). * Formule: $ R–OH + H–X \rightarrow R–O–X + H_2O $ [9](#page=9). * **Pour les oses**: Les fonctions hydroxyles des oses peuvent être estérifiées par des acides typiques comme l'acide phosphorique ( $ H_3PO_4 $ ), l'acide sulfurique, ou des acides carboxyliques [9](#page=9). > **Exemple concret : Formation de glucose 6-phosphate** > * Réaction: Glucose + $ H_3PO_4 $ → Glucose 6-phosphate + $ H_2O $ [9](#page=9). > * Explication: Le groupe –OH en C6 du glucose réagit avec l'acide phosphorique pour former un ester phosphorique. Cette réaction est la première étape de la glycolyse [9](#page=9). * **Observation**: L'estérification est une réaction de déshydratation, typique des réactions de condensation [9](#page=9). --- # Les lipides : structure, propriétés et classification Voici une synthèse détaillée sur la structure, les propriétés et la classification des lipides, prête pour l'étude. ## 4. Les lipides : structure, propriétés et classification Les lipides sont une classe hétérogène de molécules organiques essentielles à la vie, caractérisées par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires, jouant des rôles cruciaux dans le stockage d'énergie, la structure cellulaire, et la signalisation [17](#page=17). ### 4.1 Définition et caractéristiques fondamentales des lipides Les lipides sont des composés organiques principalement constitués de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Leur propriété fondamentale est leur caractère hydrophobe, ce qui signifie qu'ils n'interagissent pas avec l'eau. Cette hydrophobicité découle de leur nature non polaire. La majorité des lipides sont formés de deux composantes principales: des acides gras et un alcool, souvent le glycérol. La liaison entre un acide gras et un alcool forme un ester, une structure de base pour de nombreux lipides [17](#page=17). ### 4.2 Substances apparentées aux lipides Certains composés, bien que ne contenant pas d'acides gras, sont classés parmi les lipides en raison de leur caractère hydrophobe. Il s'agit notamment des stéroïdes (comme le cholestérol et les hormones stéroïdes) et des vitamines liposolubles (vitamines A, D, E, K) [17](#page=17). ### 4.3 Rôles physiologiques des lipides Les lipides remplissent plusieurs fonctions vitales dans l'organisme : * **Isolement et protection des organes**: Ils forment le tissu adipeux sous-cutané, assurant une isolation thermique pour maintenir la température corporelle et une protection mécanique autour des organes vitaux [17](#page=17). * **Transport et absorption des vitamines**: Les lipides facilitent l'absorption intestinale et le transport sanguin des vitamines liposolubles (A, D, E, K) [18](#page=18). * **Stockage d'énergie**: Ils constituent la principale réserve énergétique du corps, stockée sous forme de triacylglycérols dans les adipocytes. 1 gramme de lipides fournit environ 9 kcal plus du double des glucides ou des protéines [18](#page=18). * **Synthèse de molécules de signalisation**: Certains lipides, dérivés d'acides gras polyinsaturés, donnent naissance à des médiateurs chimiques comme les prostaglandines, les thromboxanes et les leucotriènes, impliqués dans l'inflammation, la douleur, la coagulation et la contraction musculaire [18](#page=18). ### 4.4 Classification des lipides Les lipides sont classifiés en deux grandes catégories: les lipides simples et les lipides complexes. Une classification basée sur leurs propriétés physico-chimiques les distingue également en lipides hydrophobes et amphiphiles [19](#page=19). #### 4.4.1 Lipides simples (homolipides) Ces lipides sont composés exclusivement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ils résultent généralement de l'estérification entre un alcool et des acides gras [19](#page=19) [29](#page=29). * **Glycérides (ou acylglycérols)**: L'alcool est le glycérol. Ils peuvent être des mono-, di-, ou triacylglycérols selon le nombre d'acides gras liés. Les triglycérides sont les graisses et huiles alimentaires, servant principalement de réserve d'énergie [19](#page=19) [30](#page=30) [31](#page=31). * **Cérides (ou cires)**: L'alcool est une longue chaîne carbonée. Ils forment les cires naturelles, protégeant et imperméabilisant. Par exemple, l'acide palmitique estérifié avec l'alcool cétylique forme le palmitate de cétile, une cire. Les cérides sont solides à température ambiante et insolubles dans l'eau en raison de leurs longues chaînes hydrophobes et de leur absence quasi-totale de groupes polaires [19](#page=19) [37](#page=37). * **Stérides**: L'alcool est un stérol, comme le cholestérol. Ils forment des esters de cholestérol, jouant un rôle dans le stockage et le transport du cholestérol [19](#page=19) [32](#page=32). #### 4.4.2 Lipides complexes (hétérolipides) Ces lipides contiennent, en plus du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, d'autres éléments comme le phosphore (P) ou l'azote (N). Ils sont des constituants majeurs des membranes cellulaires [19](#page=19) [38](#page=38). * **Glycérophospholipides**: Composés de glycérol, de deux acides gras, d'un groupe phosphate, et souvent d'un autre alcool lié au phosphate. Ils sont amphiphiles et forment la bicouche lipidique des membranes cellulaires. Les types varient selon l'alcool: phosphatidylcholine, phosphitydéthanolamine, phosphatidylsérine, phosphatidylinositol, et cardiolipine [19](#page=19) [38](#page=38) [40](#page=40) [43](#page=43). * **Sphingolipides**: Ils ont pour squelette la sphingosine (un amino-dialcool à 18 carbones) au lieu du glycérol. Ils se lient à un acide gras par une liaison amide, formant un céramide [19](#page=19) [44](#page=44) [45](#page=45). * **Sphingophospholipides (sphingomyélines)**: Contiennent un groupe phosphate et un alcool, comme la choline. Ils sont abondants dans la gaine de myéline isolant les neurones [46](#page=46). * **Sphingoglycolipides**: Le céramide est lié à un ou plusieurs sucres (oses). Ils ne contiennent pas de phosphate. Les cérébrosides n'ont qu'un seul ose, tandis que les gangliosides possèdent plusieurs oses et un acide sialique. Ils sont impliqués dans la reconnaissance cellulaire et la signalisation [47](#page=47). * **Glycérolycolipides**: Formés d'un lipide lié à un glucide (sucre), sans groupement phosphate. Ils sont présents dans les membranes végétales [19](#page=19). #### 4.4.3 Classification par caractère physico-chimique * **Hydrophobes**: Totalement insolubles dans l'eau, comme les triglycérides et les cires [19](#page=19). * **Amphiphiles**: Possédant une partie hydrophile (affinité pour l'eau) et une partie hydrophobe (répulsion de l'eau). C'est le cas des phospholipides et des glycolipides, essentielle à leur organisation en membranes [19](#page=19) [43](#page=43). ### 4.5 Les acides gras #### 4.5.1 Définition et structure générale Les acides gras sont des acides monocarboxyliques constitués d'une fonction acide carboxylique (-COOH), polaire et hydrophile, et d'une longue chaîne carbonée, apolaire et hydrophobe. Ils peuvent être représentés par la formule générale R–COOH [20](#page=20). #### 4.5.2 Caractère amphipathique Leur double nature (hydrophile et hydrophobe) leur permet de former des structures comme les micelles ou les membranes biologiques. La partie -COOH est la "tête" hydrophile, tandis que la chaîne carbonée est la "queue" hydrophobe [20](#page=20). #### 4.5.3 Caractéristiques des chaînes carbonées * **Structure linéaire**: Généralement sans ramification [20](#page=20). * **Nombre pair de carbones**: Synthétisés à partir d'unités de deux carbones (acétyl-CoA) [20](#page=20). * **Longueur de chaîne**: Typiquement entre 14 et 24 atomes de carbone [20](#page=20). * **Degré d'insaturation**: Absence (saturés) ou présence (insaturés) de doubles liaisons C=C [20](#page=20). * **Formes possibles**: Linéaires, ramifiées ou cycliques [20](#page=20). * **Non hydrolysables directement**: Contrairement à certains lipides complexes [20](#page=20). #### 4.5.4 Ionisation du groupement carboxyle En milieu aqueux à pH physiologique (≈7,4), le groupement carboxyle se déprotone (-COOH → -COO⁻ + H⁺), acquérant une charge négative et augmentant l'hydrophilie de cette partie de la molécule [20](#page=20). #### 4.5.5 Acides gras saturés * **Définition et formule**: Chaîne carbonée sans double liaison, entièrement saturée en hydrogène. Formule générale: $C_nH_{2n+2}$ ou $CH_3-(CH_2)_n-COOH$ [21](#page=21). * **Exemples représentatifs**: Acide palmitique (C16:0), acide stéarique (C18:0), acide butyrique (C4:0), acide lignocérique (C24:0) [21](#page=21). * **Nomenclature**: La numérotation commence par le carbone du groupe carboxyle. Le symbole C16:0 indique 16 carbones et 0 double liaison [21](#page=21) [22](#page=22). #### 4.5.6 Acides gras insaturés * **Définition**: Possèdent au moins une double liaison carbone-carbone (C=C). Formule générale: $C_nH_{2n-2x}$ où x est le nombre de doubles liaisons [22](#page=22). * **Structure**: Longueur de chaîne typiquement entre 16 et 20 carbones. La première double liaison se situe souvent entre C9 et C10. Les doubles liaisons sont généralement séparées par des groupes méthylènes (-CH₂-) [22](#page=22). * **Classification selon le nombre de doubles liaisons** : * **Mono-insaturés (AGMI)**: Une seule double liaison, souvent en C9-C10. Exemple: acide oléique (C18:1Δ9). Ils sont communs dans les huiles végétales [23](#page=23). * **Poly-insaturés (AGPI)**: Plusieurs doubles liaisons. Exemples essentiels: acide linoléique (C18:2Δ9,12) et acide α-linolénique (C18:3Δ9,12,15). Ils sont essentiels et doivent être apportés par l'alimentation [23](#page=23). * **Nomenclature Δ et ω**: La notation Δ indique la position de la double liaison à partir du groupe carboxyle (C1). La notation ω (ou n-) indique la position à partir du méthyle terminal (CH₃) [23](#page=23). #### 4.5.7 Configurations des doubles liaisons * **Cis**: Les deux atomes d'hydrogène sont du même côté de la double liaison. Cela induit un coude dans la chaîne, empêchant un empilement serré, ce qui rend la molécule liquide à température ambiante [24](#page=24). * **Trans**: Les deux atomes d'hydrogène sont de part et d'autre de la double liaison. La chaîne est plus linéaire, similaire aux acides gras saturés, rendant la molécule solide à température ambiante [24](#page=24). #### 4.5.8 Propriétés physico-chimiques des acides gras * **Solubilité dans l'eau**: Diminue avec l'augmentation de la longueur de la chaîne carbonée (queue hydrophobe). Les chaînes courtes (C4-C6) sont solubles, les chaînes longues (>C10) sont pratiquement insolubles. La présence de doubles liaisons augmente légèrement la solubilité car elle empêche l'empilement [26](#page=26). * **Masse volumique**: Inférieure à celle de l'eau (environ 0,8 à 0,95 g/cm³) ce qui explique pourquoi les huiles flottent à la surface de l'eau [26](#page=26). * **Point de fusion** : * Augmente avec la longueur de la chaîne carbonée en raison des interactions intermoléculaires plus fortes [27](#page=27). * Diminue avec le degré d'insaturation, car les doubles liaisons créent des "pliures" qui empêchent un empilement compact. 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). #### 4.5.9 Propriétés chimiques des acides gras * **Réactions dues à la fonction acide (-COOH)** : * **Formation de sels alcalins (savons)**: Réaction avec une base forte (NaOH, KOH) pour former un sel d'acide gras et de l'eau. Le sel est amphiphile, expliquant le pouvoir détergent des savons [27](#page=27). $R-COOH + NaOH \rightarrow R-COO^-Na^+ + H_2O$ * **Estérification**: Réaction avec un alcool (R'-OH) pour former un ester et de l'eau. C'est la réaction de base pour la formation des triglycérides [28](#page=28). $R-COOH + R'-OH \rightarrow R-COO-R' + H_2O$ * **Réactions dues à la présence de doubles liaisons (C=C) (acides gras insaturés)** : * **Hydrogénation**: Addition d'hydrogène (H₂) sur les doubles liaisons pour les supprimer, transformant un acide gras insaturé en acide gras saturé. C'est le principe de solidification des huiles végétales pour fabriquer des margarines [28](#page=28). $CH_2=CH-CH=CH-CH + H_2 \rightarrow CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2$ * **Oxydation**: L'oxydation des doubles liaisons, par exemple avec du permanganate de potassium (KMnO₄), conduit à la rupture de la chaîne et à la formation d'acides carboxyliques. Cette réaction est responsable du rancissement des graisses [28](#page=28). $R-CH=CH-R'-COOH + KMnO_4 \rightarrow R-COOH + HOOC-R'-COOH$ ### 4.6 Les triglycérides (acylglycérols) #### 4.6.1 Définition et formation Les triglycérides sont des esters formés par la réaction entre une molécule de glycérol et trois molécules d'acides gras. Le glycérol est un triol (propane-1,2,3-triol) avec des positions nommées α, β, et α' [30](#page=30). #### 4.6.2 Types de glycérides * **Monoglycérides**: 1 acide gras + 1 glycérol. Intermédiaires digestifs, amphipathiques [30](#page=30). * **Diglycérides**: 2 acides gras + 1 glycérol. Intermédiaires métaboliques, amphipathiques [30](#page=30). * **Triglycérides**: 3 acides gras + 1 glycérol. Graisses et huiles, très hydrophobes [30](#page=30). #### 4.6.3 Triglycérides simples vs mixtes * **Simples (homogènes)**: Les trois acides gras sont identiques (R₁ = R₂ = R₃) [30](#page=30). * **Mixtes (hétérogènes)**: Les acides gras sont différents (R₁ ≠ R₂ ≠ R₃) [30](#page=30). #### 4.6.4 Propriétés physiques des triglycérides * **Solubilité**: Totalement hydrophobes, insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques [31](#page=31). * **Point de fusion**: Dépend du type d'acides gras: saturés (solides, graisses) et insaturés (liquides, huiles) [31](#page=31). #### 4.6.5 Propriétés chimiques des triglycérides * **Hydrolyse acide ou enzymatique**: Par des lipases lors de la digestion, produisant du glycérol et 3 acides gras [31](#page=31) [32](#page=32). $Triglycéride + 3H_2O \xrightarrow{Enzyme} Glycérol + 3 Acides Gras$ * **Hydrolyse alcaline (saponification)**: Réaction avec une base forte pour produire du glycérol et des savons. Utilisée industriellement pour fabriquer des savons [31](#page=31). $Triglycéride + 3NaOH \rightarrow Glycérol + 3 Savons$ #### 4.6.6 Rôles des triglycérides * **Rôle énergétique**: Molécules de réserve énergétique primaires, fournissant 9 kcal/g. Stockés dans le tissu adipeux, ils sont mobilisés en cas de besoin [31](#page=31). * **Stockage compact**: Moins d'eau associée que le glycogène, permettant un stockage efficace [31](#page=31). * **Isolation et protection**: Le tissu adipeux sous-cutané isole thermiquement, et le tissu adipeux viscéral protège les organes [31](#page=31). * **Rôle physiopathologique**: Un excès peut entraîner obésité, diabète, maladies cardiovasculaires, et le tissu adipeux produit des facteurs inflammatoires [31](#page=31). ### 4.7 Les stérides #### 4.7.1 Définition et formation Les stérides sont des lipides simples formés par l'estérification d'un stérol (comme le cholestérol) avec un acide gras [32](#page=32). #### 4.7.2 Famille des stéroïdes Ils appartiennent à la famille des stéroïdes, caractérisée par un noyau stérane (cyclopentanophénanthrène) rigide composé de 4 cycles accolés: 3 cycles hexagonaux et 1 cycle pentagonal [33](#page=33). #### 4.7.3 Le cholestérol Le cholestérol (C₂₇H₄₆) est un stérol, un alcool stéroïdien, majeur constituant des membranes cellulaires où il stabilise la fluidité. Il est précurseur d'autres molécules: acides biliaires, vitamine D, hormones stéroïdiennes. Estérifié avec un acide gras, il devient un stéride, plus hydrophobe et stocké dans les gouttelettes lipidiques [33](#page=33). #### 4.7.4 Dérivés du cholestérol * **Acides biliaires**: Synthétisés dans le foie à partir du cholestérol, ils émulsifient les graisses dans l'intestin pour faciliter leur digestion. Les types primaires (cholique, chénodésoxycholique) et secondaires (désoxycholique, lithocholique) sont distingués [34](#page=34). * **Vitamine D**: Synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l'action des UV. Elle est essentielle à la minéralisation osseuse en favorisant l'absorption du calcium et du phosphore [34](#page=34). * **Hormones stéroïdiennes**: Molécules dérivées du cholestérol, possédant le noyau stérane. Elles sont produites par diverses glandes (corticosurrénale, testicules, ovaires) et agissent comme messagers chimiques [35](#page=35). * **Glucocorticoïdes** (ex: Cortisol): Régulent le métabolisme du glucose, anti-inflammatoires et immunomodulateurs [35](#page=35). * **Minéralocorticoïdes** (ex: Aldostérone): Contrôlent la quantité de sel et d'eau, régulent la tension artérielle [36](#page=36). * **Androgènes** (ex: Testostérone): Hormones mâles, stimulent la spermatogenèse, la croissance musculaire et osseuse [36](#page=36). * **Œstrogènes** (ex: Estradiol): Hormones féminines, développement des caractères sexuels secondaires, préparent l'utérus à la fécondation [36](#page=36). * **Progestatifs** (ex: Progestérone): Préparent l'utérus à la nidation et maintiennent la grossesse [36](#page=36). ### 4.8 Les lipides complexes : glycérophospholipides et sphingolipides #### 4.8.1 Glycérophospholipides * **Structure de base**: Formés de glycérol lié à deux acides gras (un saturé en C1, un insaturé en C2) et un groupement phosphate sur C3, formant l'acide phosphatidique [38](#page=38). * **Formation des glycérophospholipides**: Par ajout d'un alcool (ex: choline, éthanolamine, sérine, inositol) sur le groupement phosphate de l'acide phosphatidique [40](#page=40). * **Caractère amphiphile**: Tête polaire (glycérophosphate + alcool) hydrophile et queues apolaires (2 acides gras) hydrophobes. Cette propriété leur permet de former la bicouche lipidique des membranes cellulaires [40](#page=40) [43](#page=43) [44](#page=44). * **Types et rôles** : Les propriétés dépendent de l'alcool fixé au phosphate : * Phosphatidylcholine (lécithine): Composant des membranes, transport des lipides [40](#page=40). * Phosphatidyléthanolamine (céphaline): Membranes, cerveau [40](#page=40). * Phosphatidylsérine: Signalisation cellulaire (apoptose) [40](#page=40). * Phosphatidylinositol: Transmission du signal cellulaire [40](#page=40). * Phosphatidylglycérol: Membranes mitochondriales [40](#page=40). * Cardiolipine: Double acide phosphatidique lié par du glycérol, présent dans la membrane interne des mitochondries [40](#page=40). #### 4.8.2 Sphingolipides * **Définition**: Lipides complexes sans glycérol, dont le squelette est la sphingosine (amino-dialcool à 18 carbones avec une double liaison trans) [44](#page=44). * **Formation du céramide**: La fonction amine (–NH₂) de la sphingosine se lie à un acide gras par une liaison amide stable, formant le céramide [45](#page=45). * **Familles** : * **Sphingophospholipides (sphingomyélines)**: Le groupe OH en C1 de la sphingosine est lié à un groupe phosphate auquel est attaché un alcool (ex: choline). Abondants dans la gaine de myéline. L'hydrolyse par la sphingomyélinase est importante pour le métabolisme; un défaut peut causer la maladie de Tay-Sachs [46](#page=46). * **Sphingoglycolipides**: Le groupe OH en C1 est lié à un ou plusieurs sucres (oses), sans phosphate [47](#page=47). * **Cérébrosides**: Un seul ose (galactocérébroside, glucocérébroside), présents dans le tissu nerveux [47](#page=47). * **Gangliosides**: Plusieurs oses (dont un acide sialique), abondants dans les neurones, impliqués dans la reconnaissance cellulaire et la signalisation. Par exemple, le ganglioside GM1 est un récepteur pour la toxine cholérique [47](#page=47). --- # Les acides aminés : structure, classification et fonctions Ce sujet explore la nature fondamentale des acides aminés, en détaillant leur architecture moléculaire, leur catégorisation en essentiels et non essentiels, ainsi que leurs diverses fonctions biologiques et méthodes d'analyse. ### 5.1 Définition et structure de base des acides aminés Les acides aminés (AA) sont les unités structurales fondamentales des protéines. Chaque acide aminé partage une structure commune comprenant un atome de carbone central (carbone α) lié à quatre groupes: une fonction amine (–NH₂), une fonction carboxylique (–COOH), un atome d'hydrogène (H), et une chaîne latérale (R) qui varie d'un acide aminé à l'autre et détermine ses propriétés spécifiques. Le carbone α est généralement chiral, sauf dans le cas de la glycine où R=H. La fonction amine est basique (car capable de capter un proton H⁺) et la fonction carboxylique est acide (car capable de libérer un proton H⁺). Les protéines sont des chaînes d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques [48](#page=48) [49](#page=49). ### 5.2 Nombre et catégories d'acides aminés Il existe plus de 300 acides aminés connus, mais seuls 20 sont utilisés dans la synthèse des protéines humaines, appelés acides aminés standards ou protéinogènes. Les autres sont non protéinogènes [49](#page=49). #### 5.2.1 Acides aminés essentiels Ces acides aminés ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme et doivent être apportés par l'alimentation. Leur absence bloque la synthèse protéique. Les 8 acides aminés essentiels chez l'homme sont: Arginine*, Histidine*, Isoleucine, Leucine, Lysine, Méthionine, Phénylalanine, Thréonine, Tryptophane, et Valine. L'arginine et l'histidine sont considérées comme semi-essentielles, particulièrement importantes chez l'enfant en croissance [50](#page=50). #### 5.2.2 Acides aminés non essentiels L'organisme peut synthétiser ces acides aminés à partir d'autres composés métaboliques. Les acides aminés non essentiels sont: Alanine, Asparagine, Acide aspartique, Cystéine, Acide glutamique, Glutamine, Glycine, Proline, Sérine, et Tyrosine. L'arginine et l'histidine peuvent également être considérées comme non essentielles selon le contexte physiologique [50](#page=50). ### 5.3 Fonctions des acides aminés Outre leur rôle structural dans les protéines, les acides aminés remplissent diverses autres fonctions métaboliques. Ils peuvent être utilisés comme source d'énergie ou pour former du glucose (néoglucogenèse). Ils servent aussi à la synthèse d'autres molécules importantes, à la signalisation cellulaire, et certains agissent comme neurotransmetteurs [51](#page=51). ### 5.4 Classification selon la chaîne latérale (R) La classification des acides aminés est principalement basée sur la nature de leur chaîne latérale R, qui influence leurs propriétés physiques et chimiques [51](#page=51). #### 5.4.1 Acides aminés aliphatiques non polaires Ces acides aminés possèdent une chaîne latérale composée uniquement de carbone et d'hydrogène, sans cycles aromatiques ou polaires. Ils sont hydrophobes et tendent à se placer à l'intérieur des protéines pour éviter le contact avec l'eau [51](#page=51). ##### 5.4.1.1 Acides aminés aliphatiques linéaires * **Glycine (Gly)**: Sa chaîne latérale est R = H, ce qui en fait le plus petit acide aminé. Son carbone α n'est pas chiral, lui conférant une grande flexibilité aux protéines [51](#page=51). * **Alanine (Ala)**: Sa chaîne latérale est R = CH₃, un groupe méthyle. Elle est petite et hydrophobe [51](#page=51). ##### 5.4.1.2 Acides aminés aliphatiques ramifiés Leur chaîne carbonée est ramifiée, les rendant plus volumineux et très hydrophobes. Ils se retrouvent préférentiellement à l'intérieur des protéines [52](#page=52). * **Valine (Val)**: R = –CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Leucine (Leu)**: R = –CH₂–CH(CH₃)₂ [52](#page=52). * **Isoleucine (Ile)**: R = –CH(CH₃)–CH₂–CH₃ [52](#page=52). #### 5.4.2 Acides aminés hydroxylés Leur chaîne latérale R contient un groupe hydroxyle (–OH), ce qui les rend plus polaires et hydrophiles [53](#page=53). * **Sérine (Ser)**: Possède un groupe –CH₂–OH. Son groupe –OH peut être phosphorylé (phosphorylation), un mécanisme clé dans la régulation enzymatique. Elle joue un rôle dans la réponse aux dommages de l'ADN, notamment en étant un site de phosphorylation par des kinases comme ATM [53](#page=53) [54](#page=54). * **Thréonine (Thr)**: Contient également un groupe hydroxyle [53](#page=53). #### 5.4.3 Acides aminés soufrés Ces acides aminés contiennent de l'atome de soufre (S) dans leur chaîne latérale [55](#page=55). * **Cystéine (Cys)**: Sa chaîne latérale contient un groupement thiol (–SH). Deux cystéines peuvent s'oxyder pour former un pont disulfure (–S–S–), qui stabilise la structure tridimensionnelle des protéines. Les cheveux, par exemple, sont riches en ponts disulfures [55](#page=55). * **Méthionine (Met)**: Sa chaîne latérale contient un thioéther (–S–CH₃). Elle est le premier acide aminé de toute protéine et initie la synthèse protéique. Elle peut être transformée en S-adénosylméthionine (SAM), une forme activée de la méthionine qui agit comme donneur de groupe méthyle (–CH₃) dans de nombreuses réactions, notamment la méthylation de l'ADN [56](#page=56). #### 5.4.4 Acides aminés acides et amides Ces acides aminés possèdent un groupement carboxyle (–COOH) additionnel ou un amide dérivé de celui-ci dans leur chaîne latérale [57](#page=57). * **Acide aspartique (Asp)**: Possède deux groupes carboxyles. Il est impliqué dans la synthèse de l'urée et dans la transamination (transfert d'un groupe amine). Il est essentiel dans le cycle de l'urée pour l'élimination de l'ammoniac [57](#page=57) [58](#page=58) [59](#page=59). * **Acide glutamique (Glu)**: Similaire à l'acide aspartique, avec une chaîne latérale plus longue [57](#page=57). * **Asparagine (Asn)**: Dérivé amide de l'acide aspartique. Sert au transport de l'azote dans l'organisme [60](#page=60). * **Glutamine (Gln)**: Dérivé amide de l'acide glutamique. Assure le transport de l'azote entre les organes [60](#page=60). #### 5.4.5 Acides aminés dibasiques Ces acides aminés ont deux fonctions basiques (capables de capter des protons H⁺): la fonction amine α et une autre fonction amine ou groupement basique sur la chaîne latérale R. Ils sont fortement positifs à pH physiologique [61](#page=61). * **Lysine (Lys)**: Possède un groupe ε-amino sur sa chaîne latérale. Elle est présente dans les protéines structurales comme le collagène. Elle peut subir une hydroxylation post-traductionnelle en 5-hydroxylysine, cruciale pour la structure du collagène [61](#page=61) [62](#page=62). * **Arginine (Arg)**: Sa chaîne latérale contient un groupement guanidyle, très basique. Elle est un précurseur de l'urée dans le cycle de l'urée et de l'oxyde nitrique (NO), un messager cellulaire important [63](#page=63). * **Histidine (His)**: Possède un groupement imidazole dans sa chaîne latérale. Le groupement imidazole est tampon et peut gagner ou perdre un proton facilement, ce qui en fait un tampon biologique. Elle est indispensable pendant la croissance et intervient dans les sites actifs des enzymes [62](#page=62). #### 5.4.6 Acides aminés aromatiques Leur chaîne latérale contient un cycle benzénique, ce qui les rend stables, capables d'absorber les UV, et souvent hydrophobes [64](#page=64). * **Phénylalanine (Phe)**: Contient un cycle phényle. Elle est indispensable et doit être apportée par l'alimentation. Elle peut être hydroxylée en tyrosine [64](#page=64). * **Tyrosine (Tyr)**: Similaire à la phénylalanine, mais avec un groupe hydroxyle (–OH) sur le cycle benzénique. Elle est semi-essentielle et sert de précurseur aux hormones thyroïdiennes, aux catécholamines (dopamine, adrénaline), et à la mélanine [65](#page=65). * **Tryptophane (Trp)**: Son R est un groupement indole (double cycle aromatique azoté). Il est indispensable, volumineux et hydrophobe [65](#page=65). #### 5.4.7 Iminoacides La proline est le seul iminoacide. Son groupe amine est secondaire car il est intégré dans un cycle avec sa chaîne latérale R, formant un cycle pyrrolidine. Cette rigidité est essentielle pour la structure du collagène. La proline peut être hydroxylée post-traductionnellement en hydroxyproline [66](#page=66). ### 5.5 Propriétés physiques des acides aminés #### 5.5.1 Polarité La polarité d'une molécule dépend de la répartition des charges électriques. Les molécules polaires interagissent avec l'eau (hydrophiles), tandis que les non polaires sont hydrophobes [67](#page=67). * **Non polaire (hydrophobe)**: Chaîne latérale sans charge ni polarité significative. Exemples: Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp, Gly. Ils se rassemblent au centre des protéines [67](#page=67) [68](#page=68). * **Polaire non ionisable (hydrophile)**: Possède des groupements polaires mais pas de charge électrique. Soluble, forme des liaisons hydrogène. Exemples: Ser, Thr, Tyr, Cys, Asn, Gln. Ser, Thr, Tyr peuvent être phosphorylés. Cys forme des ponts disulfures. Asn et Gln servent au transport de l'azote [67](#page=67) [69](#page=69). * **Polaire ionisable (chargé)**: Présente une charge électrique selon le pH. Très soluble [67](#page=67). * **Acides (chargés négativement)**: Contiennent un groupe carboxyle additionnel qui perd un proton H⁺ à pH physiologique. Exemples: Asp, Glu. Ils lient des cations et sont impliqués dans les sites actifs enzymatiques [70](#page=70). * **Basiques (chargés positivement)**: Contiennent un groupe amine additionnel ou un groupement basique qui capte un proton H⁺. Exemples: Lys, Arg, His [70](#page=70). #### 5.5.2 Chiralité et pouvoir rotatoire La plupart des acides aminés possèdent un carbone α chiral, leur permettant d'exister sous deux formes énantiomères: L (lévogyre) et D (dextrogyre). Les formes L sont utilisées dans les protéines humaines. Le pouvoir rotatoire est la capacité d'une substance à faire tourner le plan de la lumière polarisée; la notation D/L concerne la configuration spatiale, tandis que +/- concerne le sens de rotation. Les formes D existent dans certaines bactéries [71](#page=71) [72](#page=72) [73](#page=73). #### 5.5.3 Absorption des UV Les acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp) absorbent la lumière UV (260-280 nm) en raison de leurs cycles aromatiques. Cette propriété permet leur dosage par spectrophotométrie [72](#page=72) [73](#page=73). #### 5.5.4 Comportement acido-basique et zwitterion Les acides aminés sont amphotères, agissant comme acides ou bases selon le pH, grâce à leurs groupes carboxyle et amine ionisables. À pH neutre (environ 7), ils existent sous forme de zwitterions, où la charge globale est nulle (une charge positive sur l'amine –NH₃⁺ et une charge négative sur le carboxyle –COO⁻) [74](#page=74). * **En milieu acide (pH faible)**: Charge globale positive (cationique), forme R–CH(NH₃⁺)–COOH [74](#page=74). * **En milieu basique (pH élevé)**: Charge globale négative (anionique), forme R–CH(NH₂)–COO⁻ [74](#page=74). Le **point isoélectrique (pHi)** est le pH auquel la charge globale de l'acide aminé est nulle et la forme zwitterionique est majoritaire. Le pHi est calculé comme la moyenne des pK des groupements ionisables du pH < pHi, l'AA est cationique; à pH > pHi, l'AA est anionique. Cette propriété est exploitée en électrophorèse pour séparer les acides aminés selon leur pHi [75](#page=75). ### 5.6 Réactions chimiques des acides aminés Les acides aminés peuvent subir diverses réactions, soit au niveau du carbone α, soit au niveau de leur chaîne latérale R. #### 5.6.1 Réactions au niveau du carbone α * **Décarboxylation**: Perte d'un groupe carboxyle (–COOH) sous forme de CO₂, formant une amine. Par exemple, l'histidine est décarboxylée en histamine [76](#page=76). * **Amidation**: Formation de liaisons peptidiques par réaction entre un groupe carboxyle et un groupe amine, libérant de l'eau [76](#page=76). * **Estérification**: Réaction d'un groupe carboxyle avec un alcool pour former un ester. Utilisée pour protéger temporairement les groupes COOH [77](#page=77). * **Déshydrogénation**: Perte du groupe amine (–NH₂) sous forme d'ammoniac (NH₃), transformant un acide aminé en acide α-cétonique. Ces acides α-cétoniques peuvent être utilisés pour produire de l'énergie (ATP) ou entrer dans le cycle de Krebs [77](#page=77) [78](#page=78). * **Transamination**: Transfert d'un groupe amine d'un acide aminé vers un acide α-cétonique, catalysé par des transaminases. Permet de régénérer des acides aminés et de produire des intermédiaires métaboliques [78](#page=78). #### 5.6.2 Réactions impliquant les chaînes latérales R * **Groupement carboxyle de la chaîne latérale R**: L'acide aspartique et l'acide glutamique possèdent un groupe –COOH additionnel. Ils peuvent être transformés en amides (asparagine et glutamine) par réaction avec l'ammoniac [80](#page=80). * **Groupement hydroxyle (–OH)**: Présent dans la sérine, la thréonine et la tyrosine. Ils sont des sites de phosphorylation et d'O-glycosylation (ajout de sucre) [81](#page=81). * **Groupement thiol (–SH)**: Présent dans la cystéine. Permet la formation de ponts disulfures (S–S) entre deux cystéines, stabilisant la structure des protéines. L'insuline utilise ces ponts pour sa structure active [82](#page=82). * **Groupement amine (–NH₂) de la chaîne latérale R**: Présent dans la lysine (ε-amino) et l'arginine (guanidinium) (#page=61, 63) [61](#page=61) [63](#page=63). * **Groupement imidazole**: Présent dans l'histidine, rôle tampon [62](#page=62). * **Groupement phényle, phénol, indole**: Cycle aromatique des acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp) (#page=64, 65) [64](#page=64) [65](#page=65). #### 5.6.3 Réactions avec des réactifs spécifiques * **Réaction avec la ninhydrine**: La ninhydrine réagit avec les acides aminés pour former un composé coloré (pourpre de Ruhemann, ou bleu pour la proline), permettant leur détection qualitative et quantitative (#page=79, 95) [79](#page=79) [95](#page=95). ### 5.7 Dérivés d'acides aminés et molécules apparentées Certaines molécules biologiques importantes sont des dérivés ou des analogues d'acides aminés (#page=83, 85, 86, 87) [83](#page=83) [85](#page=85) [86](#page=86) [87](#page=87). * **Créatine**: Molécule azotée dérivée de la glycine, de l'arginine et de la méthionine. Elle sert de réserve d'énergie dans les muscles sous forme de phosphocréatine. Sa concentration sanguine est un marqueur de la fonction rénale [83](#page=83) [85](#page=85). * **Catécholamines**: Hormones et neurotransmetteurs dérivés d'acides aminés aromatiques (phénylalanine, tyrosine) comme la dopamine, la noradrénaline et l'adrénaline [85](#page=85). * **Analogues des catécholamines**: Molécules chimiquement proches, comme la tyramine (dérivée de la tyrosine par décarboxylation) et la tryptamine (dérivée du tryptophane par décarboxylation) (#page=86, 87) [86](#page=86) [87](#page=87). * **Sérotonine**: Neurotransmetteur dérivé du tryptophane [87](#page=87). * **S-adénosylméthionine (SAM)**: Dérivé activé de la méthionine, coenzyme donneur de groupe méthyle. Essentiel dans la synthèse de la créatine au foie [88](#page=88) [89](#page=89). * **Iodotyrosines**: Dérivés iodés de la tyrosine, précurseurs des hormones thyroïdiennes T₃ et T₄ [89](#page=89). ### 5.8 Méthodes d'identification et de dosage des acides aminés #### 5.8.1 Méthodes qualitatives (identification) Ces méthodes permettent de déterminer quels acides aminés sont présents dans un échantillon [90](#page=90). * **Électrophorèse**: Séparation des acides aminés en fonction de leur charge électrique à un pH donné [90](#page=90). * **Chromatographie**: Technique de séparation basée sur la différence d'affinité des molécules pour une phase stationnaire et une phase mobile [90](#page=90). * **Chromatographie sur couche mince (CCM)**: Méthode rapide utilisant une plaque de silice ou d'alumine comme phase stationnaire. Le rapport frontal (Rf) est utilisé pour l'identification [92](#page=92). * **Chromatographie ionique**: Utilise des résines chargées pour séparer les acides aminés en fonction de leur charge électrique à un pH donné et de leur affinité pour la résine. Le pH du milieu et le pHi de l'acide aminé déterminent sa charge et donc sa migration [93](#page=93). #### 5.8.2 Méthodes quantitatives (dosage) Ces méthodes permettent de mesurer la concentration des acides aminés dans un échantillon [94](#page=94). * **Méthodes photométriques**: Basées sur l'absorption de la lumière ultraviolette par les acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp). L'absorbance à 280 nm est proportionnelle à leur concentration [94](#page=94). * **Méthodes colorimétriques**: Utilisation de réactifs comme la ninhydrine qui forment des composés colorés avec les acides aminés. L'intensité de la couleur, mesurée par un spectrophotomètre, est proportionnelle à la quantité d'acides aminés présents. La proline donne une couleur jaune distincte du violet des autres acides aminés [95](#page=95). --- # Les peptides et les protéines : structure, propriétés et fonction Cette section explore la nature, la composition, la structure et les propriétés des peptides et des protéines, ainsi que les méthodes d'analyse et leur classification. ### 6.1 Les peptides Un peptide est une petite molécule constituée de plusieurs acides aminés reliés par des liaisons peptidiques [96](#page=96). #### 6.1.1 Acides aminés : les briques élémentaires Chaque acide aminé possède : * Un groupement amine libre (–NH₂) [96](#page=96). * Un groupement acide carboxylique libre (–COOH) [96](#page=96). * Un carbone central (α) lié à un hydrogène (H) [96](#page=96). * Un radical R, qui varie selon l'acide aminé et le différencie des autres [96](#page=96). #### 6.1.2 La liaison peptidique La liaison peptidique se forme lors de la réaction de condensation entre le groupement carboxyle (–COOH) d'un acide aminé et le groupement amine (–NH₂) d'un autre acide aminé, avec élimination d'une molécule d'eau. Il s'agit d'une liaison covalente forte, plane et rigide en raison d'un phénomène de résonance [96](#page=96). #### 6.1.3 Orientation et nomenclature des peptides Les peptides ont une directionnalité : * Une extrémité **N-terminale** (avec un –NH₂ libre) [96](#page=96). * Une extrémité **C-terminale** (avec un –COOH libre) [96](#page=96). La nomenclature se fait de l'extrémité N-terminale vers l'extrémité C-terminale. Les radicaux R des différents acides aminés sont orientés de manière alternée de part et d'autre de la chaîne peptidique [96](#page=96) [97](#page=97). #### 6.1.4 Classification des peptides par taille * Dipeptide: 2 acides aminés [97](#page=97). * Tripeptide: 3 acides aminés [97](#page=97). * Tétrapeptide: 4 acides aminés [97](#page=97). * Oligopeptide: moins de 10 acides aminés [97](#page=97). * Polypeptide: entre 10 et 100 acides aminés [97](#page=97). * Protéine: plus de 100 acides aminés [97](#page=97). Certains peptides peuvent avoir des fonctions hormonales (insuline, vasopressine), antibiotiques ou neurotransmettrices [99](#page=99). #### 6.1.5 Détermination de la composition et de la séquence des peptides Déterminer la structure d'un peptide implique de connaître sa composition en acides aminés et leur ordre (séquence) [100](#page=100). ##### 6.1.5.1 Détermination de la composition en acides aminés Le principe est de casser le peptide pour libérer les acides aminés, puis de les identifier et de les doser [100](#page=100). * **Méthode : Hydrolyse acide** * **Principe:** Rompre les liaisons peptidiques à l'aide d'acide chlorhydrique concentré (HCl 6 mol/L) à haute température (110°C) pendant une durée prolongée (24-48h) [100](#page=100). * **Limitations :** * Les ponts disulfure (S–S) doivent être préalablement cassés (par oxydation ou réduction) pour une libération complète des acides aminés [100](#page=100). * Le tryptophane (Trp) est détruit par l'hydrolyse acide concentrée [100](#page=100). * **Hydrolyse alcaline:** Utilisée spécifiquement pour préserver le tryptophane, avec de la soude (NaOH) à 100°C pendant 4 à 8 heures . * **Séparation et dosage des acides aminés :** * **Chromatographie d'échange d'ions:** Sépare les acides aminés selon leur charge électrique variable en fonction du pH . * **Révélation et dosage à la ninhydrine:** La ninhydrine réagit avec le groupe amine libre des acides aminés pour former un composé coloré violet (ou jaune pour la proline), dont l'intensité permet la quantification par spectrophotométrie . ##### 6.1.5.2 Détermination de l'acide aminé N-terminal Il s'agit d'identifier l'acide aminé dont le groupe amine est libre . * **Méthode de Sanger (DNFB)** * **Principe :** Marquage du groupe amine libre du N-terminal avec le 1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (DNFB). Le peptide marqué subit ensuite une hydrolyse acide, libérant les acides aminés. Le dérivé DNFB-AA, jaune, est identifié par chromatographie [102-103](#page=102,103). * **Méthode au chlorure de dansyl (DANS-Cl)** * **Principe:** Similaire à la méthode de Sanger, mais utilise le chlorure de dansyl. Le dérivé DANSYL-AA est fluorescent sous UV, rendant la détection plus sensible et facile . ##### 6.1.5.3 Détermination de la séquence des acides aminés * **Méthode d'Edman** * **Principe :** Réaction séquentielle et contrôlée du peptide avec le phénylisothiocyanate (PITC) en milieu légèrement alcalin. Le PITC se fixe sur le groupe amine N-terminal. Une réaction douce en milieu acide faible libère le premier acide aminé sous forme de dérivé cyclique stable (PTH-AA), laissant le reste du peptide intact mais raccourci d'un acide aminé. Ce processus peut être répété pour déterminer la séquence entière du N-terminal au C-terminal [105-106](#page=105,106). * **Méthodes enzymatiques (Aminopeptidases)** * Les **aminopeptidases** sont des exopeptidases qui hydrolysent les liaisons peptidiques à partir de l'extrémité N-terminale, libérant les acides aminés un par un . * **Détermination des acides aminés C-terminaux** * **Carboxypeptidases:** Enzymes exopeptidases qui agissent sur l'extrémité C-terminale. La carboxypeptidase A libère la plupart des AA (sauf Cys, Arg, Lys), tandis que la carboxypeptidase B libère Arg et Lys . * **Méthode chimique à l'hydrazine :** L'hydrazine (NH₂-NH₂) rompt toutes les liaisons peptidiques, transformant les acides aminés en hydrazides, sauf le C-terminal qui reste libre et peut être identifié [108-109](#page=108,109). ##### 6.1.5.4 Fragmentation du peptide pour l'analyse Pour les peptides trop longs à séquencer directement, une fragmentation en morceaux plus petits est nécessaire . * **Fragmentation par endopeptidases :** * **Principe:** Utilisation d'enzymes spécifiques qui coupent la chaîne polypeptidique en des sites précis en fonction de la nature des acides aminés . * **Exemples d'enzymes :** * **Trypsine:** Coupe après Arg et Lys (sauf si Proline suit) . * **Chymotrypsine:** Coupe après Tyr, Trp et Phe . * **Pepsine:** Coupe après des AA aromatiques et hydrophobes (Phe, Tyr, Trp, Leu) à pH acide . * **Thermolyne:** Coupe avant des AA hydrophobes (Leu, Ile, Val, Phe) . * **Fragmentation chimique :** * **Bromure de cyanogène (BrCN):** Coupe spécifiquement la liaison peptidique située après la méthionine (Met) [110-111](#page=110,111). Le fragment résultant se termine par une hydroxyméthylénamine (dérivé de la Met) et le second fragment commence par l'AA suivant la Met . ### 6.2 Les protéines Les protéines sont des macromolécules complexes formées d'un grand nombre d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Leur séquence, déterminée génétiquement, est essentielle à leur activité biologique car elle dicte leur structure tridimensionnelle (conformation) . #### 6.2.1 Structures des protéines On distingue quatre niveaux de structure : * **Structure primaire:** La séquence linéaire des acides aminés, déterminée par les gènes, incluant les ponts disulfure . * **Structure secondaire:** Repliement local de la chaîne peptidique, stabilisé par des liaisons hydrogène entre les groupements amide (–NH) et carbonyle (–CO) du squelette peptidique. Les formes principales sont l'hélice α et le feuillet β . * **Hélice α:** Structure hélicoïdale où les radicaux R sont orientés vers l'extérieur. Stabilisée par des liaisons H entre l'oxygène du groupe carbonyle et l'hydrogène du groupe aminé . * **Feuillet β:** Structure formée par l'association de plusieurs brins β, maintenue par des liaisons H entre les radicaux –CO et –NH de peptides adjacents. Les brins peuvent être parallèles ou antiparallèles . * **Structure tertiaire:** La conformation tridimensionnelle complète de la protéine, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés (liaisons covalentes comme les ponts disulfure, et non covalentes comme les liaisons H, forces de Van der Waals, interactions hydrophobes et ioniques). Les chaînes latérales hydrophiles sont orientées vers l'extérieur, les hydrophobes à l'intérieur . * **Structure quaternaire:** Association de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine active. Les sous-unités peuvent être identiques (homopolymères) ou différentes (hétéropolymères). L'hémoglobine A est un exemple d'hétérotétramère . #### 6.2.2 Propriétés physiques des protéines * **Solubilité:** La plupart des protéines globulaires sont solubles dans l'eau, tandis que les scléroprotéines (fibreuses) sont insolubles . * **Cristallisation:** Possibilité de cristalliser les protéines en ajustant le pH, la concentration saline et les solvants organiques . * **Propriétés optiques:** Les protéines sont optiquement actives. Elles absorbent la lumière UV à 280 nm (présence d'AA aromatiques). La réaction du Biuret avec des ions cuivriques en milieu alcalin donne un complexe coloré, utile pour le dosage . * **Masse moléculaire (MM):** Supérieure à 6000 Daltons (Da). La chromatographie par gel-filtration permet de la déterminer . #### 6.2.3 Propriétés chimiques des protéines * **Composition élémentaire:** Contiennent C, H, O, N et souvent S . * **Acides aminés dérivés:** Certaines protéines subissent des modifications post-traductionnelles, créant des acides aminés comme l'hydroxyproline et l'hydroxylysine (particulièrement dans le collagène) . * **Réactivité:** La réactivité d'une protéine dépend des acides aminés qui la composent (tendances basiques ou acides) . * **Caractère amphotère:** Les protéines peuvent se comporter comme des acides ou des bases, car elles possèdent des groupes ionisables (extrémités N et C, et chaînes latérales d'AA acides et basiques) . * **Point isoélectrique (pI):** Le pH auquel une protéine a une charge nette globale nulle. À ce pH, la protéine est souvent moins soluble et ne migre pas en électrophorèse . #### 6.2.4 Propriétés biologiques des protéines * **Propriétés antigéniques:** Les protéines peuvent induire la synthèse d'anticorps . * **Activités biologiques spécifiques:** Catalyse enzymatique, activité hormonale (GH, EPO), toxicité (exotoxines) et activité antibiotique (VanX) . #### 6.2.5 Classification des protéines * **Holoprotéines :** Composées uniquement d'acides aminés. * **Globulaires solubles :** Molécules sphéroïdes, solubles dans l'eau. Incluent les enzymes, hormones, anticorps et albumines (principales protéines du plasma, maintiennent la pression oncotique) [117-118](#page=117,118). * **Globulines:** Protéines solubles du sérum sanguin, classées par mobilité électrophorétique (α, β, γ). Jouent des rôles dans le transport, l'immunité, la coagulation . * **Hétéroprotéines :** Composées d'une partie protéique et d'une partie non protéique (groupement prosthétique). * **Phosphoprotéines:** Protéine + groupe phosphorique (ex: caséine) . * **Nucléoprotéines:** Protéine + acide nucléique (ADN ou ARN) (ex: télomérase) . * **Glycoprotéines:** Protéine + glucide (ex: mucines, immunoglobulines, glycoprotéines de groupes sanguins) . * **Lipoprotéines :** Protéine + lipide. Permettent le transport des lipides dans le plasma (ex: chylomicrons, VLDL, LDL, HDL) [119-120](#page=119,120). * **Chromoprotéines :** Protéine + 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 | Sucre simple dont la chaîne carbonée se termine par un groupement aldéhyde (-CHO). Les aldoses sont caractérisés par la filiation des aldoses. | | Synthèse de Kiliani-Fischer | Procédé chimique permettant d'allonger la chaîne carbonée d'un aldose d'un carbone, en introduisant une nouvelle fonction aldéhyde et un nouveau carbone asymétrique. Ce processus conduit à la formation de deux épimères. | | Carbone anomérique | Le carbone qui était initialement le groupement carbonyle (aldéhyde ou cétone) et qui devient un centre chiral après la cyclisation. Il porte un groupe hydroxyle qui peut exister sous deux formes, alpha et bêta, et qui est impliqué dans la formation de la liaison osidique. | | Projection de Haworth | Représentation schématique des cycles des sucres en 3D, simplifiée sous forme d'un anneau presque plat, permettant de visualiser la position des substituants par rapport au cycle. | | Pouvoir rotatoire | Capacité d'une substance, comme les oses, à faire tourner le plan de la lumière polarisée. Il est utilisé pour l'identification et le dosage des sucres. | | Oxydation | Réaction chimique qui implique la perte d'électrons ou l'ajout d'oxygène. Dans le cas des oses, elle peut transformer le groupe aldéhyde en acide carboxylique (oxydation douce) ou oxyder d'autres fonctions alcool en acide carboxylique (oxydation forte). | | Réduction | Réaction chimique qui implique le gain d'électrons ou la perte d'oxygène. Pour les oses, elle transforme le groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) en groupe hydroxyle, formant ainsi des polyols. | | Liaison glycosidique | Liaison covalente formée entre le carbone anomérique d'un ose et un groupement hydroxyle (ou amine) d'un autre ose ou d'une autre molécule. Elle est caractéristique des osides. | | Holoside | Oside formé exclusivement d'oses unis par des liaisons glycosidiques. Les holosides peuvent être des oligosides (2 à 10 oses) ou des polyosides (plus de 10 oses). | | Hétéroside | Oside composé d'une partie glucidique (un ou plusieurs oses) et d'une partie non glucidique appelée aglycone. | | Lipides | Classe de molécules organiques caractérisées par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques. Ils sont composés principalement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, et ont souvent une structure basique d'ester d'acides gras et d'alcool. | | Acide gras | Acide monocarboxylique caractérisé par une longue chaîne carbonée hydrophobe et un groupement carboxyle (-COOH) hydrophile. Ils sont les constituants de base de nombreux lipides. | | Triglycéride | Ester formé par la réaction entre le glycérol et trois acides gras. Ils constituent la principale réserve d'énergie du corps et sont stockés dans le tissu adipeux. | | Acides gras saturés | Acides gras dont la chaîne carbonée ne contient aucune double liaison carbone-carbone. Ils sont généralement solides à température ambiante. | | Acides gras insaturés | Acides gras possédant une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone dans leur chaîne. Ils sont généralement liquides à température ambiante. | | Stérides | Lipides simples formés par l'estérification d'un stérol (comme le cholestérol) avec un acide gras. Ils jouent un rôle dans le stockage et le transport du cholestérol et sont présents dans les membranes cellulaires. | | Glycérophospholipides | Lipides complexes contenant un squelette de glycérol, deux acides gras, un groupe phosphate et un alcool. Ils sont des constituants majeurs des membranes cellulaires et sont amphiphiles. | | Sphingolipides | Lipides complexes dont le squelette est constitué de sphingosine (un amino-alcool) au lieu de glycérol. Ils sont importants dans le système nerveux et la formation des gaines de myéline. | | Acide aminé | Molécule organique possédant à la fois une fonction amine (-NH₂) et une fonction acide carboxylique (-COOH), ainsi qu'une chaîne latérale R variable. Les acides aminés sont les unités de base des protéines. | | Liaison peptidique | Liaison covalente formée entre le groupe carboxyle d'un acide aminé et le groupe amine d'un autre acide aminé, avec libération d'une molécule d'eau. Elle relie les acides aminés dans les peptides et les protéines. | | Peptide | Molécule constituée de quelques acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Les peptides sont classés en oligopeptides (<10 AA) et polypeptides (>10 AA). | | Protéine | Macromolécule biologique constituée d'une longue chaîne d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Les protéines ont des structures complexes (primaire, secondaire, tertiaire, quaternaire) qui déterminent leurs fonctions biologiques diverses. | | Structure primaire | Séquence linéaire des acides aminés dans une protéine, déterminée génétiquement et stabilisée par des ponts disulfures dans certains cas. | | Structure secondaire | Repliement local de la chaîne polypeptidique en structures régulières, comme l'hélice alpha (enroulement) ou le feuillet bêta (plissement), stabilisées par des liaisons hydrogène. | | Structure tertiaire | Conformation tridimensionnelle complète d'une protéine, résultant des interactions entre les chaînes latérales des acides aminés, incluant liaisons covalentes et non covalentes. | | Structure quaternaire | Association de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une protéine fonctionnelle. Les sous-unités peuvent être identiques (homopolymères) ou différentes (hétéropolymères). | | Zwitterion | Molécule portant à la fois une charge positive et une charge négative, mais globalement neutre. C'est la forme prédominante des acides aminés en milieu neutre. | | Point isoélectrique (pHi) | pH auquel un acide aminé ou une protéine porte une charge nette nulle, existant principalement sous forme de zwitterion. | | Électrophorèse | Technique de séparation basée sur la migration de molécules chargées dans un champ électrique, permettant de séparer les acides aminés ou les protéines selon leur charge et leur taille. | | Chromatographie | Technique de séparation de mélanges basée sur la distribution différentielle des composants entre une phase stationnaire et une phase mobile. | | Ninhydrine | Réactif chimique utilisé pour détecter et quantifier les acides aminés, formant un complexe coloré (pourpre de Ruhemann) lors de la réaction. | | Urée | Composé organique résultant de la dégradation des acides aminés, servant de moyen de transport et d'élimination de l'azote toxique chez les mammifères. Elle est éliminée par les reins. | | Catécholamines | Molécules dérivées d'acides aminés aromatiques (phénylalanine, tyrosine) contenant un cycle benzénique avec deux groupes hydroxyles voisins et une fonction amine. Elles agissent comme hormones et neurotransmetteurs. | | Sérotonine | Neurotransmetteur dérivé du tryptophane, jouant un rôle clé dans la régulation du sommeil, de l'humeur et de l'appétit, ainsi que dans la vasoconstriction et l'inflammation. | | S-Adénosylméthionine (SAM) | Coenzyme dérivé de la méthionine, jouant un rôle crucial en tant que donneur de groupe méthyle (-CH₃) dans de nombreuses réactions de méthylation, notamment la régulation de l'expression génique. | | Créatine | Petite molécule azotée, dérivée de la glycine, l'arginine et la méthionine, qui sert de réserve d'énergie rapide dans les cellules musculaires sous forme de phosphocréatine. | | Créatinine | Déchet métabolique formé par la dégradation spontanée de la créatine. Sa concentration sanguine est un indicateur de la fonction rénale. | | Peptide hormonal | Peptide agissant comme hormone, capable de transmettre des messages chimiques à distance dans l'organisme. Exemples : oxytocine, vasopressine, insuline, glucagon. | | Peptide antibiotique | Peptide d'origine naturelle (produit par bactéries ou champignons) possédant une activité antibactérienne. | | Holoprotéines | Protéines formées uniquement d'acides aminés. Elles peuvent être globulaires (sphéroïdes, solubles) ou fibreuses (allongées, insolubles). | | Hétéroprotéines | Protéines composées d'une partie protéique et d'une partie non protéique (groupement prosthétique), comme les phosphoprotéines, nucléoprotéines, glycoprotéines, lipoprotéines et chromoprotéines. | | Glycoprotéine | Hétéroprotéine dans laquelle un ou plusieurs glucides sont liés de manière covalente à la partie protéique. Elles jouent des rôles variés dans la reconnaissance cellulaire, la communication et la structure. | | Lipoprotéine | Complexe formé de lipides et de protéines, essentiel au transport des lipides insolubles dans le plasma sanguin et à leur distribution aux tissus. |