Les biomolecules

COURS - CHIMIE BIO-PHYSIOLOGIE HUMAINE - PREMIERE ST2S

THEME : LES BIOMOLECULES, FONDEMENTS DE LA MATIERE VIVANTE

Introduction

Les biomolecules sont les molecules organiques qui constituent les etres vivants et assurent leurs fonctions. Elles sont principalement constituees de carbone (C), d'hydrogene (H), d'oxygene (O), et souvent d'azote (N), de phosphore (P) et de soufre (S). Ce cours presente les quatre grandes familles : les glucides, les lipides, les proteines et les acides nucleiques, ainsi que le role fondamental de l'eau.

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1. LES GLUCIDES (ou Sucres) : le carburant cellulaire

Les glucides sont des molecules composees de carbone, d'hydrogene et d'oxygene. Leur formule generale est souvent (CH2O)n. Ils ont un role energetique majeur.

A. Classification et exemples

• Oses (ou monosaccharides) : Unites de base, non hydrolysables.
• Glucose (C6H12O6) : Sucre sanguin, source d'energie universelle pour les cellules (respiration cellulaire).
• Fructose : Sucre des fruits.
• Galactose : Present dans le lait.

• Diholosides (ou disaccharides) : Association de 2 oses par une liaison osidique, avec elimination d'une molecule d'eau (condensation).
• Saccharose = Glucose + Fructose. Sucre de table, extrait de la betterave ou de la canne a sucre.
• Lactose = Glucose + Galactose. Sucre du lait. Son intolerance est due a un deficit en lactase.
• Maltose = Glucose + Glucose. Present dans les cereales germees.

• Polyholosides (ou polysaccharides) : Polymeres formes de nombreuses molecules de glucose.
• Amidon : Reserve glucidique des vegetaux (pomme de terre, ble, riz). Forme d'helice, peu soluble.
• Glycogene : Reserve glucidique des animaux et humains, stocke dans le foie et les muscles. Structure tres ramifiee pour une liberation rapide de glucose.
• Cellulose : Composant structural de la paroi des cellules vegetales. Chaine lineaire de glucose avec des liaisons beta, non digestible par l'homme (fibre alimentaire).

B. Role energetique et apport

• Apport energetique : 4 kilocalories par gramme (kcal/g).
• Les glucides simples (oses, diholosides) fournissent une energie rapidement disponible.
• Les glucides complexes (amidon) fournissent une energie prolongee.

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2. LES LIPIDES : reserves et structures

Les lipides sont insolubles dans l'eau (hydrophobes) mais solubles dans les solvants organiques. Ils sont tres divers.

A. Principales familles et roles

• Triglycerides (ou triacylglycerols) : Formes de 3 acides gras estérifies a une molecule de glycerol. C'est la forme majeure de stockage des lipides dans le tissu adipeux.
• Role : Reserve energetique principale. Apport : 9 kcal/g (plus du double des glucides).
• Phospholipides : Glycerol + 2 acides gras + groupement phosphate. Molecules amphiphiles (tete polaire hydrophile, queues hydrophobes).
• Role : Constituant fondamental des membranes cellulaires (bi-couche lipidique).
• Cholesterol : Lipide de structure de la famille des sterols.
• Roles : Composant des membranes cellulaires (fluidite), precurseur des hormones steroides (testosterone, estrogenes, cortisol) et des acides biliaires.

B. Acides Gras (AG) : les briques des lipides

• Acides gras satures : Pas de double liaison entre les carbones. Solides a temperature ambiante (ex: graisse de coco, beurre). Associes a un exces, a un risque cardiovasculaire accru.
• Acides gras insatures : Contiennent une (monoinsature) ou plusieurs (polyinsature) doubles liaisons. Liquides a temperature ambiante (ex: huile d'olive, huile de colza). Benefiques pour la sante cardiovasculaire.

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3. LES PROTEINES : les ouvrieres de la cellule

Les proteines sont des polymeres d'acides amines (AA) lies par des liaisons peptidiques. Il existe 20 acides amines proteogenes differents.

A. Structure des proteines (les 4 niveaux d'organisation)

1. Structure primaire : Sequence lineaire des acides amines, determinee par l'ADN. Une modification (mutation) peut alterer toute la proteine.
2. Structure secondaire : Arrangement local en helice alpha ou feuillet beta, stabilise par des liaisons hydrogene.
3. Structure tertiaire : Reploiement global de la chaine en une forme 3D compacte (globulaire ou fibreuse). Stabilisee par interactions diverses (ponts disulfure, ioniques...).
4. Structure quaternaire : Association de plusieurs chaines polypeptidiques (sous-unites) pour former une proteine fonctionnelle. *Toutes les proteines n'ont pas ce niveau.*

B. Exemples et roles

• Hemoglobine : Proteine tetramere (4 sous-unites) des globules rouges, transporte l'oxygene. Exemple de structure quaternaire.
• Insuline : Hormone proteique regulant la glycemie. Formee de deux chaines polypeptidiques liees par des ponts disulfure.
• Collagene : Proteine fibreuse de structure, tres abondante dans la peau, les os, les tendons (resistance a la traction).
• Enzymes : Catalyseurs biologiques accelerant les reactions chimiques (ex: amylase, lactase).

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4. LES ACIDES NUCLEIQUES : le code de la vie

Ce sont les molecules de stockage et de transmission de l'information genetique.

A. ADN (Acide DesoxyriboNucleique)

• Structure : Double helice (Watson et Crick, 1953).
• Composition : Polynucleotide forme de 4 desoxyribonucleotides :
• Bases azotees : Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C), Guanine (G).
• Appariement specifique : A-T (2 liaisons H) et C-G (3 liaisons H).
• Localisation : Principalement dans le noyau.
• Role : Support stable de l'information genetique (genome).

B. ARN (Acide RiboNucleique)

• Structure : Simple brin (peut former des structures secondaires).
• Composition : Ribonucleotides avec bases A, Uracile (U), C, G.
• Differents types : ARN messager (ARNm), ARN de transfert (ARNt), ARN ribosomal (ARNr).
• Role : Intermediaire dans l'expression des genes (copie de l'ADN en proteines).

C. Le code genetique

• C'est le dictionnaire qui permet de traduire la sequence de nucleotides de l'ARNm en sequence d'acides amines d'une proteine.
• Unite de code : le codon, triplet de bases sur l'ARNm.
• Proprietes : Universel (presque), redondant (plusieurs codons pour un meme AA), non chevauchant.

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5. L'EAU : le solvant universel de la vie

Bien que non une biomolecule organique, l'eau est le constituant majeur de l'organisme.

• Proportion : Environ 70% de la masse corporelle d'un adulte (variable selon l'age, le sexe, les tissus).
• Roles physiologiques essentiels :
• Solvant : Dissout les molecules polaires (ions, glucides, acides amines) permettant les reactions biochimiques.
• Transport : Via le sang et la lymphe, transporte les nutriments, les gaz respiratoires, les hormones et les dechets.
• Thermoregulation : Par la sudation et la vasodilatation, elle permet d'evacuer l'exces de chaleur (chaleur latente de vaporisation élèvee).
• Reactif chimique : Intervient dans des reactions comme l'hydrolyse.
• Amortisseur mecanique : Liquide cephalorachidien, liquide synovial des articulations.

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TABLEAU RECAPITULATIF DES 4 GRANDES FAMILLES DE BIOMOLECULES

Conclusion : L'organisme humain est une machine biochimique complexe dont le fonctionnement integre repose sur la structure et les proprietes complementaires de ces biomolecules. Leur étude est fondamentale pour comprendre la physiologie, la nutrition et l'etiologie de nombreuses pathologies.