I. Définition et domaines de la biochimie
Qu'est-ce que la biochimie ?
- Définition : Science qui étudie la composition, la structure, les propriétés et les transformations des molécules du vivant
- Discipline indispensable à la formation médicale
- Inventaire des composés biologiques et leur localisation
- Comprendre les processus pathologiques, leurs causes et les effets thérapeutiques
- Étude des fonctions cellulaires liées aux interactions moléculaires
- Toutes les activités cellulaires = transformations de molécules
- Voies de synthèse + dégradation avec intermédiaires cycliques
Les 3 grands domaines
- Biochimie métabolique : voies et cycles de transformation moléculaire
- Énergétique moléculaire : oxydations phosphorylantes → contraction musculaire, transport membranaire
- Génétique moléculaire : maintien de l'espèce, différenciation, division cellulaire, cancer
⚠️ Lien biochimie → médecine (À retenir absolument)
Nombreuses maladies congénitales = anomalie de constitution moléculaire (mutations ancestrales ou acquises).Mécanisme : Mutation de l'ADN → ARN modifié → protéine anormale = pathologie de l'anatomie moléculaire.
Biochimie analytique et clinique
Cycle : Demande d'analyses (prescription, préparation du malade, prélèvement, transport) → Réalisation des analyses (respect protocole) → Rendu des résultats interprétés (précision, sensibilité, spécificité, valeurs prédictives)→ Nécessite une collaboration cliniciens-biologistes
La biochimie étudie les transformations moléculaires dans la cellule, pas seulement les molécules elles-mêmes.
II. Classification périodique et structure atomique
Structure de l'atome
- Noyau = protons (+) + neutrons (0)
- Électrons (-) orbitent autour du noyau
- Les électrons déterminent les propriétés chimiques de l'atome
- Numéro atomique (Z) = nombre de protons
- Nombre de masse (A) = protons + neutrons
- Ex : ¹²C = 6 protons + 6 neutrons + 6 électrons
Tableau périodique — points clés
- Colonne 1 = alcalins, très électropositifs
- Colonne 17 = halogènes (7 électrons de valence)
- Stabilité maximale = 8 électrons sur la couche de valence
- Électronégativité ↑ de gauche à droite (dans une période)
- Électronégativité ↑ de bas en haut (dans un groupe)
- Fluor = élément le plus électronégatif
III. L'électronégativité — Notion fondamentale
Définition
Électronégativité = aptitude d'un atome à attirer vers lui le doublet de liaison.Ordre croissant : C < N < O < F
| Situation | Résultat | Exemple |
|---|---|---|
| A moins électronégatif que B → A lié à B | A = déficit en électrons (δ+) / B = excédent (δ-) | C–O : C est δ+, O est δ- |
| Différence d'électronégativité = 0 | Liaison non polarisée (nuage uniforme) | C–C |
| Différence entre 0,4 et 1,7 | Liaison covalente polarisée | H–Cl |
| Différence > 1,7 | Liaison ionique | Na⁺ Cl⁻ (ΔEN Na-Cl = supérieure à 1,7) |
Valeurs d'électronégativité à retenir (Échelle de Pauling)
| Atome | H | Li | Na | B | C | N | O | F | Al | Si | P | S | Cl |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Valeur EN | 2.1 | 1.0 | 0.9 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 3.0 |
La molécule AB sera dite polarisée si A et B ont des électronégativités différentes. B aura un excédent d'électrons (δ-) et A un déficit (δ+).
Plus la différence d'électronégativité est grande, plus la liaison est polarisée. Si ΔEN = 0 → non polarisée / 0,4–1,7 → polarisée / >1,7 → ionique.
IV. Les liaisons chimiques
| Type de liaison | Mécanisme | Caractéristiques | Exemple |
|---|---|---|---|
| Liaison ionique | Transfert d'un électron d'un atome à l'autre → ions | Attraction électrique entre 2 ions (charges opposées). Électrons NON partagés. ΔEN > 1,7 | NaCl : Na cède 1 e⁻ à Cl → Na⁺ + Cl⁻ (ΔEN Na–Cl supérieure à 1,7) |
| Liaison covalente | Partage de 2 électrons entre 2 atomes | Peut être simple (−), double (=) ou triple (≡) | H–H, C=O |
| Covalente polarisée | Partage inégal (ΔEN 0,4–1,7) | Nuage électronique déformé vers l'atome le plus électronégatif | H–Cl (Cl est δ-) |
| Covalente de coordination (dative) | Les 2 électrons partagés proviennent du même atome | L'atome donneur fournit le doublet complet | NH₃ + H⁺ → NH₄⁺ (l'azote donne les 2 électrons) |
| Liaison hydrogène | Entre H (δ+) d'un groupement O–H ou N–H et un atome riche en électrons (O, N) | Faible individuellement mais très nombreuse → assure la stabilité des protéines et de l'ADN. Intra ou inter-moléculaire. | Paires A–T (2 liaisons H), G–C (3 liaisons H) dans l'ADN. Eau H₂O. |
| Van der Waals | Interactions dipôle instantané / dipôle induit | Très faibles interactions non covalentes dépendant de la proximité entre molécules | Entre molécules non polaires |
⚠️ Liaison hydrogène — À retenir pour l'ADN
Liaison H intramoléculaire : au sein d'une même molécule (ex : beta-cétoacide)Liaison H intermoléculaire : entre 2 molécules différentes (ex : eau, paires de bases ADN)
Dans l'ADN : A–T = 2 liaisons H | G–C = 3 liaisons H (G≡C plus stable !)
La liaison ionique : les électrons ne sont PAS partagés, contrairement à la liaison covalente.
Liaison dative/coordination : les 2 électrons viennent du MÊME atome donneur.
V. Conventions d'écriture des réactions chimiques
⌒→
Flèche courbe double (grande) = déplacement de 2 électrons
⌒→
Flèche courbe simple (petite) = déplacement d'1 électron
⇌
Double flèche = réaction réversible (équilibrée) — transformation directe limitée par l'inverse
↔
Double flèche plate = mésomérie (déplacement d'électrons par résonance)
→
Flèche simple = réaction irréversible — transformation dans un seul sens
| Écriture | Type de réaction | Sens possible |
|---|---|---|
| Réactifs → Produits | Irréversible | Un seul sens |
| Réactifs → Produits + énergie | Irréversible exergonique | Un seul sens avec libération d'énergie |
| Réactifs ⇌ Produits + énergie | Réversible | Deux sens simultanément (équilibre) |
Réversible = ⇌ / Irréversible = → / Mésomérie = ↔ (résonance, pas une réaction)
Les flèches courbes représentent le déplacement des électrons, et NON celui des atomes.
VI. Macromolécules biologiques
Composition élémentaire
C, O, H, N constituent 99% de la masse d'une cellule
Les 4 grandes familles de biomolécules
Protéines · Glucides · Lipides · Acides nucléiques — toutes construites à partir de monomères assemblés par polymérisation.
Composé organique
Contient du C et H (et souvent O)Ex : glucose
Composé inorganique
PAS de combinaisons C–HEx : H₂O et CO₂
| Macromolécule | Monomère | Exemples | Rôle principal |
|---|---|---|---|
| Protéines | Acides aminés | Hémoglobine, enzymes, anticorps | Structure, catalyse, transport, immunité |
| Glucides | Monosaccharides | Glucose, fructose, galactose, ribose, désoxyribose | Énergie, structure, information |
| Lipides | Acides gras + glycérol | Triglycérides, phospholipides, sphingolipides | Réserve d'énergie, membranes |
| Acides nucléiques | Nucléotides | ADN, ARN | Information génétique, synthèse protéique |
VII. Métabolisme = Catabolisme + Anabolisme
Métabolisme
Ensemble des réactions chimiques se déroulant dans une cellule ou un organisme permettant son fonctionnement.
Catabolisme
Ensemble des réactions de dégradation de molécules complexes → simples avec libération d'énergie.
Anabolisme
Ensemble des réactions de synthèse de molécules complexes à partir de simples, nécessitant de l'énergie.
| CATABOLISME | ANABOLISME |
|---|---|
| Dégradation de molécules organiques | Synthèse de molécules organiques |
| Rupture de liaisons chimiques | Création de liaisons chimiques |
| Réactions libérant de l'énergie (exergoniques) | Réactions nécessitant de l'énergie (endergoniques) |
| Ex : Glycogène → Glucose + Énergie | Ex : AA + AA + Énergie → Dipeptide |
| Ex : Glucose → CO₂ + H₂O + Énergie | Ex : Polymérisation des monomères |
Hydrolyse du glycogène = catabolisme (libère du glucose + énergie). Formation d'un dipeptide = anabolisme (consomme de l'énergie).
Dégradation du glucose → CO₂ + H₂O = catabolisme (libère énergie).
VIII. Biosynthèse des macromolécules
🔗 Polymérisation (Anabolisme)
- = Réaction de déshydratation (condensation)
- Ajout répété de monomères
- Élimination d'une molécule d'eau (H₂O) à chaque liaison
- Polymer court + monomère → polymer plus long + H₂O
✂️ Scission (Catabolisme)
- = Hydrolyse
- Ajout d'une molécule d'eau pour briser les liaisons
- Polymer → monomères + H₂O consommée
Polymérisation : Monomère A + Monomère B → Dimère A–B + H₂O
Hydrolyse : Dimère A–B + H₂O → Monomère A + Monomère B
Polymérisation = perte d'H₂O / Hydrolyse = gain d'H₂O. Polymérisation = condensation = déshydratation (3 noms pour la même chose !).
IX. Glucides — Classification rapide
| Catégorie | Classe | Unités d'ose | Exemples |
|---|---|---|---|
| Glucides simples = Sucres + Polyols (1 ou 2 unités) |
Monosaccharides | 1 unité | Glucose, Fructose, Galactose, Ribose, Désoxyribose Polyol : Sorbitol (–OH) |
| Disaccharides | 2 unités | Lactose, Saccharose (le sucre), Maltose Polyol : Maltitol (–OH) |
|
| Glucides complexes (plus de 2 unités) |
Oligosaccharides | 3 à 9 unités | Fructo-oligosaccharides |
| Polysaccharides | > 9 unités (>>10 000) | Amidons, Fibres |
Les polyols (Sorbitol, Maltitol) sont des glucides simples avec un groupement –OH supplémentaire. Ils font partie des glucides simples, pas des glucides complexes.
Pentoses importants
Désoxyribose (ADN) : C2' porte un H (pas de OH)Ribose (ARN) : C2' porte un OH
→ Différence clé entre ADN et ARN !
X. Lipides — Classification rapide
| Type | Composition | Rôle |
|---|---|---|
| Triglycérides | Glycérol + 3 acides gras (AG) | Graisses de réserve |
| PHOSPHOLIPIDES = constituants des membranes | ||
| Glycérophospholipides | Glycérol + 2 AG + Phosphate + Alcool | Membranes cellulaires |
| Sphingophospholipides (ex : sphingomyéline) |
Sphingosine + AG + Phosphate + Choline | |
| SPHINGOLIPIDES | ||
| Sphingophospholipides | Sphingosine + AG + Phosphate + Choline | Membranes + signalisation |
| Sphingoglycolipides | Sphingosine + AG + Sucres (pas de phosphate) | |
Hiérarchie des lipides membranaires à retenir
Phospholipides = Glycérophospholipides + SphingophospholipidesSphingolipides = Sphingophospholipides + Sphingoglycolipides
→ Les sphingophospholipides appartiennent aux DEUX catégories !
→ Seuls les triglycérides sont des graisses de réserve (pas membranaires)
→ Les phospholipides sont amphiphiles : tête hydrophile (phosphate) + queues hydrophobes (acides gras)
XI. Structure des protéines — Aperçu (cours 1)
| Niveau | Description | Éléments |
|---|---|---|
| Structure 1° (primaire) | Séquence des acides aminés | Chaîne polypeptidique maintenue par des liaisons peptidiques |
| Structure 2° (secondaire) | Repliement local | Hélices alpha, feuillets béta, coudes, régions non structurées |
| Structure 3° (tertiaire) | Repliement global → UNIQUE structure NATIVE fonctionnelle | "Protein folding" = repliement dans la structure 3D unique qui donne la fonction. Si dénaturée → perd cette structure → perd la fonction. |
| Structure 4° (quaternaire) | Assemblage de plusieurs sous-unités | Chaînes polypeptidiques repliées, identiques ou non |
XII. Membrane cytoplasmique — Structure
Composition de la membrane — Modèle de la mosaïque fluide
- Bicouche lipidique = phospholipides (têtes hydrophiles vers l'extérieur, queues hydrophobes vers l'intérieur)
- Protéines = intégrées dans la bicouche (transport, récepteurs...)
- Chaînes carbohydratées = à l'extérieur (glycoprotéines, glycolipides)
- Intérieur = cytoplasme / Extérieur = milieu extracellulaire
- Transport protein = protéines de transport transmembranaires
- Modèle : mosaïque fluide — les protéines "flottent" librement dans la bicouche lipidique
🎯 Récapitulatif QCM — Points les plus testés
🔴 Retenir absolument
- Liaisons H dans l'ADN : A–T = 2 / G–C = 3
- Liaison dative = les 2 e⁻ viennent du même atome
- Fluor = plus électronégatif
- Métabolisme = Catabolisme + Anabolisme
- Polymérisation = perte H₂O / Hydrolyse = gain H₂O
- C, O, H, N = 99% masse cellule
- Ribose (ARN) vs Désoxyribose (ADN) : différence au C2'
🟢 Distinctions clés QCM
- Réversible ⇌ vs irréversible →
- Organique (C+H) vs inorganique (sans C-H)
- Catabolisme (dégrade, libère E) vs anabolisme (synthèse, consomme E)
- Liaison ionique (transfert e⁻) vs covalente (partage e⁻)
- ΔEN > 1,7 = ionique / 0,4–1,7 = covalente polarisée / ~0 = non polarisée
- Triglycérides = réserve / Phospholipides = membranes