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Les Molécules du vivant
A- L’eau. Joëlle MasliahB- les ions du compartiment plasmatique Joëlle Masliah
D- les lipides Joëlle MasliahC- les protéines Dominique Rainteau
E- les glucides Jean Pierre TrescaF- l’oxygène Jean Pierre Tresca
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Première partie : de l’atome à la molécule . Philippe Karoyan
Biologie fondamentale
Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin
A- L’eau. B- les ions du compartiment plasmatique
Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin
Pr Joëlle MasliahFaculté de Médecine Pierre et Marie Curie
Site Saint Antoine27, rue Chaligny, 75012 Paris
A‐ L’eau
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Cohésion de l’eau
A.2- rôle de solvant
A.1- cohésion
A.3- ionisation
A.4- distribution
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Eau solide (glace) Eau liquide
Liaisons hydrogène stables, rigides
Liaisons hydrogène labiles
s’établissent avec d’autres molécules polaires
Ca++
Na+
A.2- rôle de solvant
A.1- cohésion
A.3- ionisation
A.4- distribution
Cl-
Dissolution du chlorure de sodium ( NaCl)
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A.2- rôle de solvant A.2- rôle de solvant
A.1- cohésion
A.3- ionisation
A.4- distribution
Molécules d’eau Ion chlorure ( Cl-)
Chlorure de sodium non dissout
Ion sodium (Na+)
Cl- attire le pole positif de l’eau
Na+ attire le pole négatif de l’eau
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A.2- rôle de solvant
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fonctions acide, alcool, cétone
Fonctions amine,
Polymères : Protéines, acides nucléiques, polyosides
sucres
L’eau dans l’organisme contient un grand nombre de molécules minérales et organiques, solubilisées :
ionsCa++ Cl-
Na+
A.2- rôle de solvant
A.1- cohésion
A.3- ionisation
A.4- distribution
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A.3‐ Ionisation de l’eau :
Dissociation de l’eau en deux ions
OH
H
H
H
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OH- + H+
A.2- rôle de solvant
A.1- cohésion
A.3- ionisation
A.4- distribution
O-H
H++
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pH neutre
Échelle de pHConcentration en ions H+(mol/l)
basique O-H
acide H+
sangUrine, salive
estomac
(vinaigre)
(café)
(nettoyant four)
-Plus de 60% du poids corporel est constitué d’eau (cette proportion varie avec l’age)
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A.4‐ Distribution de l’eau chez l’homme
Répartition de l’eau entre les différents compartiments - Intracellulaire 2/3 (25l)- Extracellulaire 1/3 (18l) :
-liquide intersticiel (15l), -lymphe, plasma (3l)
Apports et pertes d’eau au quotidien‐apport
par aliments (1l) + boissons (1,2l) + métabolisme (0,3l) compense les pertes
dans l’urine (1,5l), la sueur (0,5l), la respiration (0,4l)
A.2- rôle de solvant
A.1- cohésion
A.3- ionisationA.4- distribution
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Le contenu en eau des organes est très variable
Le plus élevé : dans les tissus mous : 80% du sang, du rein…..
Le moins élevé dans les tissus durs : 20% du tissu osseux…..
10‐ 30% du tissu adipeux
A.4‐ Distribution de l’eau chez l’homme
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À l’intérieur des vaisseauxCellules (éléments figurés)
Globules blancs(leucocytes)
Plaquettes(thrombocytes)
B- les ions du compartiment plasmatiqueB.1- composition du sang circulant
B.1- compositionB.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
Transport d’oxygène
défense
coagulation
Globules rouges(hématies)
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Plasma obtenu après centrifugation du sang total prélevé avec un anti coagulant(sérum obtenu après centrigugation du sang total prélevé sans anti coagulant )
Avant Après
Hématocrite = A/B, environ 40% de cellules dans le sang total (38-52% du volume)
BA
les principales molécules contenues dans l’eau plasmatique :
B.1- compositionB.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
-Des macromolécules polaires ( protéines)
-Des petites molécules polaires (glucose, urée…..)
-des ions organiques (acides aminés, protéines…..)
Ca++ Cl-
HCO3--des ions minéraux
Composition des différents compartiments
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Plasmammol/l
Glucose, urée
K+
Mg2+
Ca 2+protéines
Cl-
HCO3-
Acides(SO42-,
PO43-)
Na+
K+
Ca2+Mg 2+
protéines
PO43-
HCO3-
Acides(SO42-
Compartiment intracellulaire
B.1- compositionB.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
Na+
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L’eau dans les différents compartiments de l’organise est isotonique, c’est-à-dire que le nombre d’électrolytes/volume d’eau est constant
Remarque importante sur la concentration ionique des différents compartiments aqueux
B.2- isotonie
H2O
Hématies dans un liquide isotonique
B.1- composition
B.2- isotonieB.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
Solution isotonique de NaCl = Solution physiologique :9g/l de NaCl = 150mmol
turgescence
Hématies dans un liquide hypotonique
Plasmolyse
Hématies dans un liquide hypertonique
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Moléculesapolaires
Moléculespolaires
ions
Membranecellulaire
Pour comprendre comment cette isotonie se maintient, 3 règles :- Les membranes cellulaires sont constituées de molécules non miscibles à l’eau , qui empéche le libre passage des molécules polaires
Eau -l’eau circule librement dans les différents compartiments, passe à travers les membranes cellulaires, en fonction du gradient de pression osmotique
-les molécules polaires ne traversent les membranes que par des systèmes de transport
Milieu intracellulaire( 40%)K+ = 150mmolNa+ = 10mmol
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la concentration plasmatique en ions est maintenue constante Par des transports actifs d’ions à travers les membranes cellulaires
Liquide intersticiel
Liquide extra cellulaire(20%)
plasma
K+ = 4mmolNa+ = 140mmol
Ces transports utilisent des « pompes » qui permettent de maintenir la concentration extracellulaire en sodium élevée..pompe Na/K ou ATPaseElles utilisent de l’énergie sous la forme de molécules d’ATP synthétisé dans les mitochondries
Osmolarité : détermine les mouvements d’eau et d’ions à travers une membrane semi perméable, ce qui détermine le volume intracellulaire
B.1- composition
B.2- isotonieB.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
K+
Na+
Composition des différents compartiments
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Plasmammol/l
Glucose, urée
K+
Mg2+
Ca 2+protéines
Cl-
HCO3-
Acides(SO42-,
PO43-
Na+
K+
Ca2+Mg 2+
protéines
PO43-
HCO3-
Acides(SO42-
Compartiment intracellulaire
B.1- compositionB.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
Na+
Liquide intersticiel
K+
Mg2+
Ca 2+protéines
Cl-
HCO3-
Acides(SO42-,
PO43-
Na+
B.3- les ions majoritaires : Na+, Cl-, HCO3-
Principal cation extracellulaire : 135- 145 mmol/L dans le plasmaConcentration intracellulaire très faible (10mmol)
Qq mots sur les unités: g/LMeq/l mmol ou mmol/L
Apport alimentaire : 1-4 g/j absorption digestive de NaCl (sel de table)Élimination rénale principalement >>sueur, larmesFiltré, puis réabsorbé très activement
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II. B : les ions du compartiment plasmatique
La concentration en sodium suit les mouvements de l’eau
Ion sodium : Na+ , natrémie
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritairesB.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
Non, car ne permet pas de comparer les ions entre eux
Oui, ancien, mais existe encor
Oui, système international
Ion chlorure Cl-, chlorémie
93-105 mmol/L
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Principal anion extracellulaireActivement sécrété par les cellules
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritairesB.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
Ion bicarbonate HCO3- ou réserve alcaline
En équilibre avec CO2 produit par le métabolisme cellulaire. Il passe ensuite dans le plasma puis entre dans les hématies ou il est hydraté pour former du bicarbonate
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CO2 + H2O
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritairesB.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
poumon
Respiration cellulaire
urine
HCO3- + H+
CO2 + H2O HCO3- + H+alcalose
acidose
Pouvoir tampon du plasma : permet de maintenir le pH constant
Ion potassium : K+, kaliémie3,5- 4,5 mmol/l dans le plasma
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Concentration extracellulaire très faible maintenue par des pompes qui font entrer le K+ dans les cellules (en échange de Na+)
B.4- les ions minoritaires : K+, Ca 2+, Mg 2+, PO43-
Role important dans la contraction du muscle cardiaque :Hyperkaliémie → arret cardiaque (effet toxique d’une injection de KCl)
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme
K+ K+
K+
Ion intracellulaire : En cas de valeur élevée, attention à l’hémolyse dans le tube
Ion Ca 2+, calcémie
Distribution dans l’organisme : 99% dans les osTrès peu dans le plasma où il existe sous deux formes :Calcium ionisé,calcium lié aux protéines
2,15- 2,55 mmol/l)
Apport alimentaire : produits laitiers, besoins augmentés pendant la croissance et la grossesse absorption intestinale sous l’influence de la vitamine DUtilisation par le tissu osseux
Élimination urinaire
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B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme
Rôles spécifiques du calcium - extracellulaires : coagulation sanguine
-Intracellulaire : concentration hétérogène, très faible dans le cytoplasme, très forte dans le réticulum et le milieu extracellulaire
cytoplasme
réticulum
Ca 2+ Ca 2+
Ca 2+
Ca 2+ Ca 2+
Augmentation de concentration transitoire dans le cytoplasme : déclenche la contraction musculaire, la libération de neuro médiateurs
Ca 2+
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme
Ions phosphates PO43-
Système tampon intracellulaire
Ionisation de l’acide phosphorique
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Constituants de molécules biologiques importantes :1-constituant de l’os : phosphate de calcium (85%)2- ATP (stockage de l’énergie) et acides nucléiques3- Constituant des lipides membranaires4- liaison covalente aux protéines : phosphorylation par des protéines kinases. Mécanisme intracellulaire dynamique de régulation des protéines et de transmission des signaux dans la cellule
Métabolisme lié au Ca++
H3PO4 H2PO4 - + H+ HPO4
2- + 2H+ PO4 3- + 3H+
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme
Magnésium : Ion Mg++
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Concentration faible dans le plasma << milieu intracellulaire
Role dans la contraction musculaire et la phosphorylation des protéines
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritairesB.5 le ionogramme
Augmentation anormale: troubles cardiaques et respiratoires
B.5 le ionogramme
Prescription très répandue
Iono simple : Na+, Cl-, K+ Cotation : B20 (= 6E)Iono complet Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines (B40)Iono étendu Na+, Cl-, K+ bicarbonates + protéines + Ca2+, phosphates
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B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
Échantillons : plasma, prélèvement de sang veineux sur tube hépariné (ou artériel ou capillaire),puis centrifugation au laboratoireAttention à l’hémolyse
Na +: 136 - 145 meq/l ou 136 - 145 mmol/l K+ : 3,5 à 5,0 meq/l ou 3,5 à 5,0 mmol/l Cl- : 98 à 106 meq/l ou 98 à 106 mmol/l HCO3
- : 22 à 29 mmol/l Protéines (56- 81g/l) (=anions)
Le ionogramme sanguin normal
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Interêt du ionogramme
- augmentation du Na+, du Cl- ( des protéines) reflète une Déshydratation intracellulaire:Causesperte d’eau (digestive, sueur, faible apport hydrique), surcharge de NaCl
- diminution du Na+, du Cl- reflèteHyperhydratation intracellulaire : Causes : insuffisance cardiaque, rénale, hépatique
B.1- composition
B.2- isotonie
B.3- les ions majoritaires
B.4- les ions minoritaires
B.5 le ionogramme
- Dépister des déséquilibres hydro électrolytiques, surveiller les apports hydriques
ICEC ICH20
EC ICICH20Cas de K+ : surveillance de la fonction cardiaque
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Conclusions
- l’eau représente la majeure partie de notre organisme : role de solvant pour les molécules polaires
- Le plasma est le composant liquide du sang : de pH neutre, il contient de nombreuses molécules dont des ions (Na+, Cl-, HCO3-) à une concentration globale équivalente à celle des ions intracellulaire (K+, Mg++, PO4 3-) ce qui maintient constant le niveau d’hydratation des cellules.
- Le ionogramme sanguin est un examen biologique très répandu . Il se pratique sur sang veineux et comprend l’analyse des principaux ions du plasma. Il permet d’évaluer l’état de l’équilibre hydro électrolytique d’un sujet (Na+, Cl-), de son équilibre acido basique (HCO3-) et de surveiller la fonction cardiaque (K+)