Lernzettel: Biochimie fondamentale et métabolisme

📋 Plan du Cours

1. Équilibre acido-basique et pH
2. Régulation du pH plasmatique
3. Représentation et polarité moléculaires
4. Monomères et polymères
5. Glucides et digestion
6. Lipides et transport
7. Protides et acides nucléiques
8. Fonctionnement des enzymes
9. Métabolisme et énergie cellulaire
10. Respiration cellulaire et fermentation
11. États métaboliques après repas
12. Jeûne et adaptation énergétique

📖 1. Équilibre acido-basique et pH

★ À maîtriser

• Lors de l’autoprotolyse, une molécule d’eau cède un proton H+ et devient un ion hydroxyde OH−, tandis qu’une autre accepte ce proton et devient un ion hydronium H3O+.

📐 Formule — Dans toute solution aqueuse, le produit ionique de l’eau vérifie $[OH^-][H_3O^+]=10^{-14}$.

📐 Formule — À la neutralité, $[OH^-]=[H_3O^+]=10^{-7}\,M$.

• Selon Brønsted, un acide est un donneur de protons H+, tandis qu’une base est un accepteur de protons H+.

📐 Formule — Le pH mesure indirectement la concentration en hydronium selon $pH=-\log[H_3O^+]$, et la concentration correspondante vérifie $[H_3O^+]=10^{-pH}$.

Compléments

• Un acide fort se dissocie complètement et irréversiblement dans l’eau, tandis qu’un acide faible se dissocie partiellement et réversiblement.

💡 Astuce mémo

Acide donne, base capte

📖 2. Régulation du pH plasmatique

★ À maîtriser

• Le pH du cytosol est d’environ 7, tandis que le pH du sang artériel se situe normalement entre 7,35 et 7,45.

• Une acidose correspond à un pH artériel inférieur à 7,35, tandis qu’une alcalose correspond à un pH artériel supérieur à 7,45.

• Les principales sources d’acides de l’organisme sont le CO2 produit par la respiration cellulaire, l’acide lactique du métabolisme anaérobie, les corps cétoniques produits par le foie et l’acide sulfurique issu du métabolisme des acides aminés soufrés.

• La régulation du pH plasmatique repose successivement sur les tampons chimiques, les centres respiratoires du tronc cérébral et les mécanismes rénaux.

• Les tampons chimiques acceptent des H+ lorsque le milieu est trop acide et en libèrent lorsque le milieu est trop basique.

📌 Dans l’acidose respiratoire, l’hypoventilation augmente le CO2 et diminue le pH, tandis que dans l’alcalose respiratoire, l’hyperventilation diminue le CO2 et augmente le pH.

📌 L’acidose métabolique associe un pH inférieur à 7,35 à une concentration sanguine anormalement basse en bicarbonates, tandis que l’alcalose métabolique associe un pH supérieur à 7,45 à une concentration élevée en bicarbonates.

Compléments

• Un pH artériel inférieur à 7 réduit fortement l’activité du système nerveux central et peut provoquer un coma ou la mort, tandis qu’un pH supérieur à 7,8 peut provoquer une surexcitation, une tétanie, des convulsions ou la mort.

📖 3. Représentation et polarité moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Groupement fonctionnel : Un groupe d’atomes qui constitue une région réactive et conserve un comportement chimique similaire quelle que soit la molécule à laquelle il est rattaché.

★ À maîtriser

📌 Les composés organiques contiennent du carbone, tandis que les composés inorganiques n’en contiennent généralement pas, à l’exception notamment de CO et CO2.

📌 La miscibilité est la capacité de deux liquides à se mélanger, tandis que la solubilité est la capacité d’une substance à se dissoudre dans un liquide.

• Une molécule hydrosoluble se dissout dans l’eau et est généralement peu stockée, tandis qu’une molécule liposoluble se dissout dans les graisses et peut être stockée dans le tissu adipeux.

• L’eau est polaire : l’oxygène porte une charge partielle négative δ− et les hydrogènes portent des charges partielles positives δ+.

Compléments

• Un composé amphiphile possède simultanément une région hydrophobe et une région hydrophile, ce qui lui permet de se placer à l’interface entre un milieu aqueux et un environnement lipidique.

💡 Astuce mémo

Hydrophile avec l’eau, hydrophobe sans elle

📖 4. Monomères et polymères

🔑 Notions clés & Définitions

• Polymère : Une molécule formée par l’assemblage d’unités répétées appelées monomères.

📝 Points essentiels

• La réaction de condensation assemble deux monomères en formant une liaison covalente et en libérant une molécule d’eau.

• La réaction d’hydrolyse dégrade un polymère en monomères en rompant les liaisons covalentes qui les unissent grâce à l’ajout d’une molécule d’eau.

💡 Astuce mémo

Condensation assemble, hydrolyse sépare

📖 5. Glucides et digestion

🔑 Notions clés & Définitions

• Monosaccharide : Un glucide constitué d’un seul sucre, comme le glucose, le fructose ou le galactose.

★ À maîtriser

• Les pentoses comprennent le ribose de l’ARN et le désoxyribose de l’ADN, tandis que les hexoses comprennent notamment le glucose, le fructose et le galactose.

• Le sucrose est formé de glucose et de fructose, le maltose de deux glucoses et le lactose de glucose et de galactose.

📌 Le glycogène est une réserve de glucose ramifiée chez les animaux, tandis que l’amidon est une réserve de glucose chez les végétaux et comprend l’amylose et l’amylopectine.

• La digestion de l’amidon commence par l’amylase salivaire, se poursuit avec l’amylase pancréatique et s’achève par la maltase qui produit du glucose à partir du maltose.

Compléments

• L’intolérance au lactose résulte d’une production insuffisante de lactase, ce qui laisse le lactose non absorbé provoquer une entrée d’eau, une diarrhée et une fermentation bactérienne responsable de gaz et de crampes.

📖 6. Lipides et transport

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide gras : Une chaîne hydrocarbonée terminée par un groupement carboxyle, comportant généralement un nombre pair d’atomes de carbone.
• Triglycéride : Une molécule constituée d’un glycérol lié par des liaisons ester à trois acides gras.
• Glycérophospholipide : Possède un glycérol lié à deux acides gras et à un groupement phosphate, ce qui lui confère un caractère amphiphile et lui permet de former les membranes cellulaires.

📝 Points essentiels

• Un acide gras saturé ne possède aucune double liaison C–C, tandis qu’un acide gras insaturé possède une ou plusieurs doubles liaisons C–C.

• Les triglycérides assurent le stockage énergétique dans les adipocytes et produisent environ deux fois plus d’ATP que le glycogène pour une même quantité de réserve énergétique.

📌 Les LDL transportent le cholestérol vers les tissus périphériques, tandis que les HDL le transportent des tissus périphériques vers le foie.

• Lors de la digestion lipidique, les sels biliaires émulsionnent les triglycérides, les lipases pancréatiques les hydrolysent en acides gras libres et monoglycérides, puis des chylomicrons les transportent par la lymphe vers le sang.

💡 Astuce mémo

HDL ramène, LDL dépose

📖 7. Protides et acides nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Contient un hydrogène, un groupement carboxyle, un groupement amine et une chaîne latérale R qui distingue les 20 acides aminés.
• Protéine : Un polymère d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques et pouvant assurer des fonctions enzymatiques, défensives, de transport, de communication, de mouvement ou hormonales.
• Nucléotide : Formé d’un pentose, d’une base azotée et d’un groupement phosphate lié au cinquième carbone du pentose.

★ À maîtriser

📌 L’ADN contient du désoxyribose et les bases A, G, C et T dans deux brins en double hélice, tandis que l’ARN contient du ribose et les bases A, G, C et U dans un seul brin.

Compléments

• Dans l’anémie falciforme, une mutation de l’hémoglobine remplace un glutamate par une valine, ce qui déforme les globules rouges en faucille et diminue leur nombre et le taux d’hémoglobine.

📖 8. Fonctionnement des enzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Une protéine qui accélère une réaction chimique en abaissant son énergie d’activation sans être consommée ni modifier l’équilibre de la réaction.

★ À maîtriser

📌 Le substrat est le réactif sur lequel agit une enzyme, tandis que le site actif est la cavité enzymatique à laquelle le substrat se fixe.

• Le cycle catalytique comprend la fixation du substrat au site actif, sa transformation en produits grâce à l’abaissement de l’énergie d’activation, puis la libération des produits.

• Une inhibition compétitive bloque l’accès du substrat au site actif et peut être réduite en augmentant la concentration du substrat, tandis qu’une inhibition non compétitive se fixe sur un autre site et ne peut pas être levée ainsi.

Compléments

• Chaque enzyme possède une température et un pH optimaux auxquels son activité est maximale, les enzymes humaines fonctionnant généralement entre 6 et 8 sauf certaines enzymes digestives.

📖 9. Métabolisme et énergie cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : L’ensemble des réactions biochimiques qui se déroulent dans un organisme.
• ATP : Un nucléotide composé d’adénine, de ribose et de trois groupements phosphates qui transfère l’énergie dans les cellules.

📝 Points essentiels

📌 L’anabolisme synthétise des molécules complexes à partir de molécules simples et consomme de l’ATP, tandis que le catabolisme dégrade des molécules complexes et libère de l’énergie.

• L’hydrolyse de l’ATP en ADP et phosphate inorganique libère une énergie directement utilisable pour le transport actif, la contraction musculaire et les réactions endergoniques.

• Une oxydation correspond à une perte d’électrons ou de H+, tandis qu’une réduction correspond à un gain d’électrons ou de H+.

💡 Astuce mémo

Anabolisme construit, catabolisme dégrade

📖 10. Respiration cellulaire et fermentation

★ À maîtriser

• La respiration cellulaire aérobie transforme le glucose en CO2 et l’oxygène en H2O grâce à la glycolyse, la phase de transition, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative.

• La glycolyse se déroule dans le cytosol et oxyde une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate en produisant une petite quantité d’ATP et du NADH.

• Le cycle de Krebs oxyde l’acétyl-CoA en CO2, produit de l’ATP, du NADH et du FADH2, puis régénère l’oxaloacétate.

• La chaîne de transport des électrons pompe des protons dans la membrane mitochondriale interne, puis leur retour à travers l’ATP synthase permet de produire de l’ATP par chimiosmose.

• La respiration cellulaire produit environ 32 molécules d’ATP par molécule de glucose, tandis que la glycolyse suivie de la fermentation lactique n’en produit que 2.

Compléments

• La phase de transition transforme chaque pyruvate en acétyl-CoA en libérant un CO2 et en produisant du NADH.

📖 11. États métaboliques après repas

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogénogenèse : La conversion anabolique du glucose en glycogène lors d’un excédent de glucose.
• Lipogenèse : Convertit l’excès de glucose en triglycérides à partir de glycéraldéhyde-3-phosphate transformé en glycérol et d’acétyl-CoA transformé en acides gras.

📝 Points essentiels

• Après un repas, l’augmentation de la glycémie stimule la sécrétion d’insuline par les cellules bêta du pancréas endocrine, ce qui favorise l’utilisation et le stockage du glucose.

• Après absorption intestinale, le fructose et le galactose sont transformés en glucose, qui est utilisé pour produire de l’ATP ou stocké sous forme de glycogène et de triglycérides.

📖 12. Jeûne et adaptation énergétique

★ À maîtriser

• À jeun, la diminution de la glycémie réduit la sécrétion d’insuline et stimule la libération de glucagon par les cellules alpha du pancréas endocrine.

• L’objectif du jeûne est de maintenir la glycémie entre 70 et 110 mg/dl.

📌 La glycogénolyse libère du glucose à partir du glycogène hépatique, tandis que la gluconéogenèse produit du glucose à partir de précurseurs non glucidiques.

• Les acides gras ne peuvent pas être transformés en glucose, mais le glycérol issu des triglycérides peut servir de précurseur à la gluconéogenèse.

• Pendant le jeûne, les acides gras sont oxydés en acétyl-CoA par bêta-oxydation et les corps cétoniques issus de l’acétyl-CoA servent de carburant alternatif afin d’épargner le glucose pour l’encéphale.

Compléments

• Lors d’un jeûne prolongé, les muscles utilisent principalement les acides gras, l’encéphale augmente l’utilisation des corps cétoniques et le foie diminue sa production de glucose.

📊 Tableaux de synthèse

Origines des déséquilibres acido-basiques

Trouble	Cause principale	pH	Compensation
Acidose respiratoire	Hypoventilation et CO2 élevé	< 7,35	Compensation rénale
Alcalose respiratoire	Hyperventilation et CO2 bas	> 7,45	Compensation rénale
Acidose métabolique	Bicarbonates bas	>? pH < 7,35	Compensation respiratoire et rénale
Alcalose métabolique	Bicarbonates élevés	> 7,45	Compensation respiratoire et rénale

Transport du cholestérol

Lipoprotéine	Origine ou destination	Rôle
Chylomicrons	Intestin vers l’organisme	Transport des lipides alimentaires
VLDL	Foie vers les tissus	Transport des triglycérides et du cholestérol
LDL	Vers les tissus périphériques	Dépôt du cholestérol
HDL	Tissus périphériques vers le foie	Retour et élimination du cholestérol