MACROMOLECULES

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MACROMOLECULES

• PROTEINES

ACIDES NUCLEIQUES
2
Molécules de PM gt ou très largement gt
1000 Structure complexe et précise à 3 ou 4
niveau dorganisation primaire, secondaire,
tertiaire et quaternaire forme définitive et
souvent active de la molécule
Responsables des fonctions les plus
caractéristiques de la cellule vivante
assemblage des constituants cellulaires catalyse
des transformations chimiques production de
mouvements hérédité
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Les fonctions des macromolécules ? informations
apportées par les macromolécules qui
elles-mêmes ? de lenchaînement des sous-unités
par liaisons covalentes ? de la structure
tridimensionelle ? des interactions entre
molécules ou entre différentes parties de la
molécule par liaisons non covalentes (ioniques,
hydrogènes ou de van der Waals) ? Constante de
liaison ou daffinité
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(No Transcript)
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(No Transcript)
6
(No Transcript)
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• Processus dinteractions moléculaires
• Diffusion
• due à lagitation thermique
• Itinéraire aléatoire
• distance proportionnelle à la racine carrée du
  temps
• Mouvement constant
• Translocation mvt dune molécule dun endroit à
  un autre
• Vibration mvt rapide de va et vient datomes
  liés de façon covalente
• rotations
• Formation du complexe
• Immédiate vitesse de formation limitée par
  diffusion
• Plus lente nécessite des forces de liaison non
  covalentes
• Notion de constante déquilibre (v formation et
  dissociation sont égales)
• constante daffinité

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(No Transcript)
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PROTEINES
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Liaison peptidiquepermet la construction des
protéines à partir des 20 acides aminés
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Ex. le lysosyme 129 acides aminés
Structure primaire de la protéine ordre dans
lequel sont placés les acides aminés.
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Les protéines sont des molécules très variées
On peut imaginer 3,6 millions de protéines
différentes de 10 acides aminés chacune, 1,3
milliards de 15 acides aminés, 15,5 milliards de
25 acides aminés.
Si on assemblait au hasard 129 acides aminés
piqués au hasard parmi les 20, il y aurait une
chance sur 20129 d'obtenir du lysosyme.
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Les protéines sont des molécules très variées
On peut imaginer 3,6 millions de protéines
différentes de 10 acides aminés chacune, 1,3
milliards de 15 acides aminés, 15,5 milliards de
25 acides aminés.
Si on assemblait au hasard 129 acides aminés
piqués au hasard parmi les 20, il y aurait une
chance sur 20129 d'obtenir du lysosyme.
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La protéine assemblée se replie pour former une
structure tridimensionnelle précise
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Hexokinase
Insuline
Lysosyme
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Figure 2.17 p. 50
Certaines parties de la protéine peuvent adopter
une forme régulière structure secondaire
Forme finale structure tertiaire
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Feuillets bêta
Hélices alpha
Acétylcholinestérase
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Feuillets bêta en jaune Hélices alpha en violet
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Beaucoup de protéines sont formées de plusieurs
chaînes d'acides aminés qui s'imbriquent les unes
dans les autres structure quaternaire
Ex. Hémoglobine 2 chaînes alpha et 2 chaînes
bêta
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Protéines globulaires et fibreuses (p. 51)
La plupart des protéines ont une forme compacte
(comme un petit nuage) protéines globulaires
Certaines sont longues et filiformes (formées
d'une seule hélice alpha). Elles peuvent
s'associer entre elles pour former des fibres
résistantes protéines fibreuses
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chromatographie
22
Électrophorèse principe méthodes
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Méthodes physiques danalyse des protéines
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Principales fonctions des protéines
1. Structure, support mécanique 2. Régulation du
métabolisme 3. Mouvement 4.Transport de
molécules 5. Défense de l'organisme 6. Transport
membranaire 7. Métabolisme (les enzymes)
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1. Structure et support mécanique 2.
Régulation 3. Mouvement 4.Transport 5.
Immunité 6. Transport membranaire 7. Métabolisme
Les protéines fibreuses forment des fibres
résistantes.
Ex. le collagène et la kératine
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Collagène formé de trois chaînes d'acides
aminés imbriquées
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Collagène protéine la plus abondante de
l'organisme.
Collagène forme la peau (derme), les tendons, les
ligaments, l'armature des os, etc.
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Kératine forme les ongles, la couche cornée de
la peau, les plumes, les écailles, les sabots,
etc.
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1. Structure 2. Régulation du métabolisme les
hormones 3. Mouvement 4.Transport 5. Immunité 6.
Transport membranaire 7. Métabolisme
La plupart des hormones sont des protéines
Ex. L'insuline 2 chaînes pour un total de 51
ac. Aminés La vasopressine 1 chaîne courte de 9
ac. aminés
N.B. Certaines hormones sont des stéroïdes
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Mouvements dus à 2 protéines l'actine et la
myosine. Les cellules formant les muscles sont
remplies de ces protéines.
1. Structure 2. Régulation 3. Mouvement 4.
Transport 5. Immunité 6. Transport membranaire 7.
Métabolisme
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1. Structure 2. Régulation 3. Mouvement 4.
Transport 5. Immunité 6. Transport membranaire 7.
Métabolisme
Les anticorps (ou immunoglobulines) sont faits de
protéines
Anticorps IGE
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Certaines protéines forment un canal pouvant
s'ouvrir ou se fermer.
Canal responsable de l'expulsion du chlore hors
des cellules.
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1. Structure 2. Régulation du métabolisme 3.
Mouvement 4.Transport 5. Immunité 6. Transport
membranaire 7. Métabolisme les enzymes
La plupart des réactions chimiques qui se
déroulent dans la cellule sont catalysées par des
protéines spéciales les enzymes.
Enzyme catalyseur
Catalyseur substance qui active une réaction
chimique qui, sans le catalyseur, serait très
lente ou impossible.
Ex. Pourquoi le sucrose ne se défait-il pas en
glucose et fructose dans votre café alors qu'il
le fait rapidement dans votre intestin?
36
Figure 2.20, p. 54
Mode d'action d'une enzyme
L'enzyme peut resservir à faire à nouveau la
réaction
37
(No Transcript)
38
La cellule ne peut vivre qu'en effectuant des
milliers de réactions chimiques différentes.
Chaque réaction est catalysée par une enzyme
spécifique.
Quelques centaines des milliers de réactions qui
se déroulent dans la cellule. Chaque point
représente une substance chimique. Les traits
entre les points représentent la transformation
chimique d'une substance en une autre. Chacune de
ces réactions est catalysée par une enzyme
spécifique.
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L'enzyme ne peut fonctionner que si elle possède
une forme parfaitement adaptée à la ou aux
molécules qu'elle catalyse.
Les enzymes, comme toutes les protéines
globulaires, peuvent se déformer dénaturation
de l'enzyme

• Enzymes sensibles
• aux températures élevées
• au pH trop élevé ou trop faible

Une protéine dénaturée ne peut plus remplir sa
fonction.
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Les enzymes peuvent servir à assembler de petites
molécules en plus grosses anabolisme OU à
défaire de grosses molécules en plus petites
catabolisme OU à modifier des molécules en
d'autres molécules semblables (changer un glucose
en fructose, par exemple)
Une enzyme donnée ne peut catalyser qu'une
réaction bien précise. Il y a donc autant
d'enzymes différentes que de réactions
différentes.
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Protéine des aliments
Digestion
Notre alimentation doit contenir des protéines
Acides aminés
Circulation
Les cellules synthétisent leurs protéines à
partir des acides aminés provenant de la digestion
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ACIDES NUCLEIQUES ADN - ARN
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Les acides nucléiques sont des polymères de
nucléotides Présents chez tous les êtres vivants
Cas particulier des virus chez lesquels peut
se trouver un seul acide nucléique ADN acide
desoxyribonucléique molécule de lhérédité ARN
acide ribonucléique molécule de la synthèse des
protéines
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Nucléosides et nucléotides
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Structure dune chaîne dacide nucléique
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ADN Contient sous forme codée toutes les
informations relatives à la vie d'un organisme
vivant, du plus simple au plus complexe, viral,
procaryote ou eucaryote (bactérien, végétal,
animal). Un organisme eucaryote est constitué de
plusieurs milliers de milliards de cellules. Ces
cellules ont toutes un rôle particulier, et
forment les organes, les muscles, la peau...
Dans chaque cellule on retrouve un noyau, et
dans ce noyau, de l'ADN, le même ADN, quelle que
soit la cellule. Sous forme de pelotes, l'ADN est
aggloméré en chromosomes. L'homme en porte 23
paires dans ses cellules. Si le contenu de l'ADN
humain était mis sous forme d'une encyclopédie,
il faudrait à peu près 500 volumes de 800 pages
chacun.
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ADN
Une molécule d'ADN se présente sous la forme
d'une double hélice enroulée. Cette double hélice
est une macromolécule composée de 150 milliards
d'atomes. C'est en fait un motif identique tout
le temps répété caractéristique de la composition
des nucléotides groupement phosphate, sucre
(désoxyribose) base azotée, C'est d'ailleurs
le sucre qui donne son nom à l'ADN, tout comme
pour l'ARN l'acide ribonucléique..
Dans l'ensemble des 23 paires de chromosomes, on
décompte approximativement trois milliards de
bases azotées.
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ADN structure
Ce qui différencie un motif d'un autre est la
nature de la base azotée. Le sucre et le
phosphate sont identiques.
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• La forme en double hélice est due à l'existence
  de nombreuses interactions dans la molécule.
• - à lintérieur dune simple chaîne ? repliement
  en hélice.
• entre chaque hélice deux à deux, les bases
  azotées sont associées par liaisons hydrogènes.
  Ceci assure la stabilité de l'ensemble.
• Cette capacité dattraction spécifique a des
  conséquences importante dans les fonctions des
  acides nucléiques. On parle dappariement des
  bases
• Il existe une interaction à deux liaisons
  hydrogènes entre Adénine et Thymine
• Il existe une interaction à trois liaisons
  hydrogènes entre Guanine et Cytosine
• Les trois structures classiques sont les formes A
  et B (la plus courante) composées d'hélices
  droites emmêlées en torsade, tandis que la forme
  Z est composée d'hélices gauches.
• La forme B contient 10 bases par tour, un tour
  d'hélice correspond à 34Å.

50
Réplication de lADN LADN sert de matrice à sa
propre duplication. La réplication seffectue par
polymérisation dune nouvelle chaîne
complémentaire sur chacune des chaînes
parentales Comme le nucléotide A ne pourra
réussir à sapparier quavec T et G avec C,
chaque brin dADN peut déterminer la séquence de
nucléotides de son brin complémentaire. De cette
façon, la double hélice dADN peut être copiée
avec précision
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Reconnaissance ADN - protéines Dans
lorganisation des hélices, il apparaît deux
sillons, à peu près également creusés mais plus
(grand sillon) ou moins (petit sillon) larges.
Les chaînes de phosphodiesters sont proéminentes
dans la structure. Le fond des sillons est
composé d'atomes appartenant aux bases chaque
paire de base est apparente dans le petit comme
dans le grand sillon. Les sillons sont tapissés
d'atomes différents pour chaque paire de bases GC
ou AT qui peuvent interagir avec des composants
extérieurs aux acides nucléiques, comme les
nucléases, les enzymes de restriction, les
facteurs de transcription, les polymérases... Ces
protéines interagissent donc avec des atomes qui
peuvent donner ou accepter des liaisons
hydrogènes, ou d'autres qui sont plus (méthyle)
ou moins (hydrogène) encombrants, orientés dans
la suite de la séquence et reconnaissent donc
spécifiquement une séquence nucléique et sa
séquence complémentaire. En fait des torsions de
la molécule d'ADN (qui font que l'axe de l'hélice
devient courbe) ou des tensions entre spires (qui
éloignent certaines et en rapprochent d'autres)
jouent tout autant sur la reconnaissance
ADN-protéines
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ARN
Une molécule d'ARN se présente sous la forme
d'une hélice simple Cette hélice utilise le même
motif de construction que lADN, soit la
succession de nucléotides formés de phosphate,
de sucre (ribose) et de bases azotées, C'est
également le sucre qui donne son nom à l'ARN
acide ribonucléique..
Dans ce cas, les bases sont également au nombre
de 4 liées par liaisons H comme dans lhélice de
lADN cytosine et guanine, adénine et uracile.
53
Structure de la molécule dARN
54
(No Transcript)
55
SYNTHESE DES PROTEINES
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Une fonction de la cellule est de se reproduire
quand on le lui de demande (facteurs de
croissances). Lorsqu'elle doit se reproduire,
elle se dédouble en se dupliquant. L'ADN de la
cellule mère est reproduit à l'identique pour
former l'ADN de la cellule fille. Une autre
fonction de la cellule est de produire les
protéines nécessaires à sa structure et à son
fonctionnement. Linformation sur la
construction des protéines est incluse dans le
code génétique porté par les nucléotides de
lADN. LADN est traduit en protéines par
lintermédiaire de lARN qui joue le rôle de
traducteur du message génétique Pour traduire cet
ADN en protéine, les quatre lettres A, C, G et T
s'associent en mot de trois lettres (GGA, CTA...)
pour former un codon.
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(No Transcript)
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Dans lADN eucaryote, la plupart des gènes sont
découpés en un certain nombre de régions codantes
plus petites (exons) interrompues par des
régions non codantes (introns). Quand un gène
eucaryote est transcrit de lADN en ARN, les
exons et introns sont copiés pour produire le
transcrit primaire dARN Les introns sont
éliminés par épissage (introns excisés et exons
liés entre eux) dans une réaction catalysée par
des complexes ribonucléoprotéiques snRNP ARNm
migre alors vers le cytoplasme
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• Lexpression de linformation génétique
• stockée dans lADN implique
• que la séquence linéaire des nucléotides
• soit traduite en une séquence colinéaire
• dacides aminés.
• 1) segment limité dADN copié
• en chaîne complémentaire dARN.
• 2) transcrit primaire dARN épissé
• pour supprimer les séquences dintrons
• ARNm.
• 3) traduction en protéines par
• un ensemble de réactions complexes
• qui se déroulent sur un ribosome
• (ARNt et ARNr).

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(No Transcript)
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Chaque ARNt porteur dun anticodon donné est
spécifique dun acide aminé donné
Site anticodon
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Ribosome Structure microscopie électronique
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Synthèse des protéines sur les ribosomes
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(No Transcript)
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Hypothèse sur lévolution Cellules initiales
ARN fonctions génétiques, structurales,
catalytiques Actuellement ADN
génétique Protéines structure et catalyse ARN
messager dans la synthèse protéique
et catalyseur de réactions cruciales (ribozymes)
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Le code génétique
Conséquence toute modification de
nucléotide ? protéine anormale ou absente
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La synthèse des protéines est régulée à
différents niveaux ADN inhibiteurs,
inducteurs, promoteurs ARN épissage Protéine
modifications post traductionnelles catabolism
e