Leçon 1: Le vivant et les molécules
Transcript of Leçon 1: Le vivant et les molécules
Leçon 1:
Le vivant et les molécules
du vivant
Dr Toure Dinkorma Ouologuem, PharmD, PhD
Bamako le 24 Janvier 2020
Cours biologie cellulaire
Pharmacie 1ère année
OBJECTIFS
2
3. Décrire la composition des 4 classes de molécules organiques
4. Connaitre la structure des 20 acides amines et leurs propriétés
chimiques
1.3. Définition d’une molécule organique et inorganique
1. Définir la cellule, le vivant, les molécules organiques et les
molécules inorganiques, la théorie cellulaire, molecule
2. Citer les quatre classes de molécules organiques
5. Connaitre la structure du ribose et du désoxyribose
Plan
3
1.1. Définition de la Cellule
1.2. Définition du vivant
1.3. Définition d’une molécule organique et inorganique
1. Quelques définitions:
2. Les quatre principales classes de molécules organiques
2.1. Les glucides
2.2. Les lipides
2.3. Les protéines
2.4. les acides nucléiques
3. Conclusion
QUELQUES DEFINITIONS
la biologie
La biologie est une discipline scientifique qui étudie l’ensemble des êtres
vivants; La biologie couvre aussi l'étude de l'environnement dans lequel
les différents organismes évoluent et l'évolution des organismes. C'est
l'une des matières principales dans les formations médicales et
paramédicales.
4
QUELQUES DEFINITIONS
le vivant
➢ Auto–conservation: la capacité de maintenir un état organisé afin
d’assurer la bonne marche du système;
➢ Auto-régulation: la capacité de réguler son fonctionnement (système)
interne par lui même;
➢ Auto-organisation: la capacité de mettre en ordre croissant
Quatre critères définissent le vivant:
➢ Auto-reproduction: la faculté de se reproduire par soi-même, sans
autre intervention.
Ces 4 critères dépendent d’un métabolisme énergétique
5
QUELQUES DEFINITIONS
l’arbre phylogénétique et classification du
vivant
6
7
Chat
Tigre
Coq
Perroquet
Champignons
Maïs
Algues
Chien
Souris
Rat
Chauve souris
Homme
Singe
8
Chat
Tigre
Coq
Perroquet
Champignons
Maïs
Algues Chien
Souris
Rat
Chauve souris
Homme
Singe
9
Arbre phylogénétique de la vie
EUCARYOTESBACTERIES ARCHEES
Amibes
MyxomycètesAnimaux Champignons
Microsporidies
Plantes
Ciliés
Flagellés
Trichomonades
Diplomonades
Pyrodicticum
MethanosarcinaMethanobacterium
Methanococcus
T.celerThermoproteus
Aquifex
Themotoga
BacteroidesCytophaga
Planctomyces
Cyanobactéries
Protéobactéries
Spirochètes
Gram positives
Bactéries Vertes
filamenteuses
Ancêtre commun
Un virus est-il vivant?
➢ Auto–conservation?
➢ Autorégulation?
➢ Auto-organisation?
➢ Autoreproduction
10
le virus est une particule inerte qui ne possède ni métabolisme
propre, ni capacité de réplication, ni par conséquent de possibilités
d'évolution autonome
QUELQUES DEFINITIONS
La théorie cellulaire
Atomes
Fabriqués dans les étoiles
CHON
Etc…
11
Petites molécules
Fabriqués dans les
nébuleuses
H2OCH4NH3HCNEtc…
Moyennes molécules
Nébuleuses &
Fond des océans
Acides aminés,Bases
azotées,Sucres,
Acides gras,Etc…
Polymères
Réactions catalysées
Protéines
Acides nucléiques
Etc…
Cellule
?????
La plus simple soit
elle
➢ Les cellules sont les unités fondamentales du vivant
➢ Tous les organismes sont composés d’une ou plusieurs cellules
➢ Toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes par division
Tous les êtres vivants sont constitués d'unités
microscopiques, les cellules et chaque cellule possède les
propriétés
La cellule est donc l’unité fonctionnelle commune à tous
les organismes
12
QUELQUES DEFINITIONS
La théorie cellulaire
13
QUELQUES DEFINITIONS
la cellule
• C’est la plus petite unité capable de manifester les propriétés du
vivant;
• La cellule synthétise l’ensemble, ou presque, de ses constituants
en utilisant les éléments du milieu extracellulaire;
• Elle croit et se multiplie;
• La cellule est une entité logique : c'est un compartiment cloisonné
par une membrane dans lequel sont regroupées toutes les
molécules du vivant.
NoyauNeutronsÉlectrons
Représentation simplifiée d’un atome
Protons
14
QUELQUES DEFINITIONS
la molécule
Les atomes essentiels constitutif de la matière
Carbone
QUELQUES DEFINITIONS
la molécule
Azote
Oxygène
Soufre
Hydrogène
Phosphore
H
O
N
C
S
P15
Les principaux atomes
16
Le tableau périodique des éléments chimiques
QUELQUES DEFINITIONS
la molécule
Exemple d’une molécule (le glucose)
Glucose est constituée par 24 atomes:• Carbone (6)• Oxygènes (6)• Hydrogène (12)
17
QUELQUES DEFINITIONS
la molécule
Une molécule est un corps constitué d’atomes réunis
entre eux par des liaisons covalentes
18
QUELQUES DEFINITIONS
la molécule
19
QUELQUES DEFINITIONS
la molécules inorganiques
Une molécule inorganique (ou minérale) ne contient pas à la
fois du carbone et de l’ hydrogène.
Une molécule inorganique n’est pas une source d’ énergie
O OC
CO O
CO2
Dioxyde de carbone
Une molécule organique est une molécule élaborée par les être
vivants.
Une molécule organique contient à la fois du carbone et de l’
hydrogène (ainsi que d’autre éléments).
Une molécule organique est une source d’ énergie
20
QUELQUES DEFINITIONS
la molécules organiques
Plan
21
1. Quelques définitions:
2. Les quatre principales classes de molécules organiques
2.1. Les glucides
2.2. Les lipides
2.3. Les protéines
2.4. les acides nucléiques
Il y a quatre types de molécules organiques:
- Les glucides
- Les lipides
- Les protides = protéines
- Les acides nucléiques
22
Les quatre principales classes de
molécules organiques
Les 4 classes de molécule organique?
H O+C
C
C
Squelette de carbone
PROTIDE= PROTEINE
N S
H O+C
C
C
Squelette de carbone
ACIDE NUCLEIQUES
N P
H O+C
C
C
Squelette de carbone
GLUCIDE = SUCRE
H O+C
C
C
Squelette de carbone
LIPIDE= GRAISSE
23
Notion de monomères, macromolécules
(polymères)
Monomères
Collier de bonbon
➢ Les petites unités sont
appelés Monomères
➢ Les monomères sont liés
entre elle par des liaisons
covalentes
➢ L’assemblage des
monomères formes des
molécules plus
complexes appelés:
Polymères
24
Les glucides
H O+C
C
C
Squelette de carbone
GLUCIDE = SUCRE
25
➢ Les glucides sont des
composés ternaires: Ils sont
constitué de 3 éléments: C, O et
H.
Les glucides simples: Oses
26
➢ Les glucides simples sont aussi appelés oses ou monosaccharides
➢ Les glucides simples sont les unités de bases de tous les autres
glucides
➢ Les glucides simples sont des monomères qui peuvent s’assembler
pour former des polymères
➢ Ce sont des sucres contenant 3 à 7 d’atomes de carbone associés a des
atomes d’ hydrogène (H) et d’ oxygènes (O).
➢ Formule chimique: (CH2O)n avec n compris entre 3 et 7
Les glucides simples a 3 carbones: trioses
27
➢ Les glucides simples sont aussi appelés oses ou monosaccharides
Le glyceraldéhyde
H
H
C
C
C
H
OH
OH
O H
Les glucides simples a 5 carbones:
pentoses
28
Les glucides simples a 6 carbones:
Hexoses
29
Glucose
Les glucides
30
➢ Les polysaccharides sont composés de glucides simples liés entre elle
par des liaisons covalentes. Ce sont des polymères de sucres simples;
• les disaccharides (maltose, lactose, etc…)
• les polysaccharides (amidon, glycogène, etc…)
➢ Les polysaccharides sont des sucres de réserve et des sources
d’énergie.
Les lipides
H O+C
C
C
Squelette de carbone
LIPIDE= GRAISSE
31
Caractéristiques générale des lipides
32
➢ Les lipides sont des corps gras composés de C, H et O
➢ Certains lipides contiennent du phosphate: les phospholipides
➢ Les lipides sont insolubles dans l’eau mais solubles dans d’autres
solvants organiques (ex: alcool)
Les groupes de lipide
33
➢ Ce sont des molécules hydrophobes ou amphiphiles
➢ Fonctions biologiques
• Membranes biologiques
• Stockage d'énergie métabolique
• Signalisation cellulaire
• Autres fonctions
Les groupes de lipide
34
➢ Les lipides comprennent:
• Acides gras
• Acylglycérols ou glycérides
• Phosphoacylglycérols ou
phosphoglycérides
• Sphingolipides
• Saccharolipides ou glycolipides
• Polycétides
• les stéroïdes
• Prénols
un triglycéride
phospholipide
Les stéroïdes
Les protéines
35
H O+C
C
C
Squelette de carbone
= PROTEINENS
P
Les caractéristiques générales des
protéines
36
➢ Les protéines servent à la construction du corps
➢ Les protéines permettent a l’organisme vivant de fonctionner
➢ Les protéines contiennent: C, O, H et l’azote (N)
➢ L’azote confère le caractère amine des protéines
➢ Les protéines peuvent également contenir du soufre (S) et du
phosphore (P)
➢ les protéines sont de grosses molécules (macromolécules)
➢ Les protéines sont des polymères d’acides aminés.
37
Les groupements fonctionnels présents
dans un acide aminé
H2N
R
H
C
O
OH
FONCTION
AMINE
FONCTION
ACIDE
RADICAL
38
les 20 acides aminés
➢ Les 20 acides aminés diffèrent par leur radical R porté par leur carbone
central
➢ Le carbone central de tous les acides aminés porte 4 éléments:
• un Radical R
• un groupement carboxylique COOH
• un groupement amine NH2
• un hydrogène H
39
les 20 acides aminés
➢ Les acides amines sont subdivisés en deux grands groupes:
• Les 10 acides aminés non polaires (hydrophobe): Alanine,
Glycine, Valine, Leucine, Isoleucine, Proline, Phénylalanine,
Méthionine, Tryptophane, Cystéine
• Les 10 acides aminés polaires (hydrophile):
• Les acides aminés polaires non chargé: Asparagine,
Glutamine, Serine, Thréonine, Tyrosine
• Les acides aminés chargés positivement (base): Arginine,
Lysine, Histidine
• Les acides aminés chargés négatif (acide): Acide aspartique,
Acide glutamique
40
Les liaisons peptidiques
H2N
R
H
C
O
OH H2N
R
H
C
O
OH
H2OH2N
R
H
C
O
N
R
H
C
O
OH
H
+
+
Liaison peptidiques
41
Les liaisons peptidiques: exemple
Portion
N-terminal
Portion
C-terminal
Cysteine ValineHistidine
42
Les liaisons peptidiques
➢ 2 acides aminés se lient par une liaison peptidique au cours d’une
réaction de synthèse libérant une molécule d’eau.
➢ cette liaison (CO-NH) relie la fonction acide d’un acide aminé à la
fonction amine de l’autre acide aminé.
➢ L’hydrolyse de la liaison peptidique nécessite une molécule d’eau
➢ On parle de polypeptide lorsque le polymères contient moins de 50
acides aminés
➢ On parle de protéine lorsque le polymères contient plus de 50 acides
aminés
Les acides nucléiques
H O+C
C
C
Squelette de carbone
ACIDE NUCLEIQUES
N P
43
Les acides nucléiques
44
➢ Les acides nucléiques sont des polymères dont l’unité de base, ou
monomère, est le nucléotide
➢ Ces nucléotides sont reliés par des liaisons phosphodiesters.
➢ Il existe deux types d’acides nucléiques :
• l'acide désoxyribonucléique (ADN): L’ADN est le support de
l’information génétique. Il contient le génome, tout ce qui est
nécessaire à la formation des protéines;
• l'acide ribonucléique (ARN) : L'ARN joue plusieurs rôles:
Les acides nucléiques
45
➢ L'ARN joue plusieurs rôles:
– il peut être le messager qui copie l'information génétique de
l'ADN, ARNm: l’ ARNm est exporté du noyau par les pores
nucléaires pour fournir l'information et permettre la synthèse des
protéines par les ribosomes.
– L’ARN peut aussi jouer un rôle catalytique:
– L'ARN de transfert (ARNt),
– l’ARN ribosomique (ARNr),
– micro ARN (miARN),
– les petits ARNs interférants (miARN),
– les petits ARNs nucleaires (scaARN),
46
les constituants des acides nucléiques
Phosphate
Sucre
Base
azotéenucleotide
Sucre phosphaté
Les nucléotides se composent toujours de trois éléments fondamentaux
47
Les bases azotés
48
les sucres
ADN ARN
l'acide désoxyribonucléique
l'acide ribonucléique
49
Structure d’un nucléotide
Phosphate
Sucre
Base
azotée
Les acides nucléiques
50
➢ L'ARN est souvent en un seul brin
➢ L'ADN est constitué par l'enroulement de deux chaînes pour former une
double hélice = deux brins.
➢ Les acides nucléiques sont constitués d'un enchaînement de
nucléotides reliés par des liaisons phosphodiesters
➢ On trouve des acides nucléiques dans les cellules de presque chaque
organisme. Toutes les cellules eucaryotes et procaryotes contiennent les
deux types d’acide nucléique.
➢ Les virus peuvent contenir de l’ADN ou de l’ARN, mais jamais les deux
en même temps.
51
Polynucléotide
Phosphatepentose
Base
azotée
Phosphatepentose
Base
azotée
52
Structure schématique d'une molécule
d’ARN
les deux brins sont disposés de telle
sorte que toutes les bases nucléiques
se retrouvent au centre de la structure.
Cette structure est maintenue par des
liaisons hydrogène qui se forment
entre les bases nucléiques
complémentaires,
L'adénine s’associe toujours avec la
thymine (dans l'ADN) ou l’uracile (dans
l'ARN) à l’aide de deux liens
hydrogène.
La guanine s’associe toujours avec la
cytosine à l’aide de trois liens
hydrogène.
Phosphate
ribose
Base
azotée
53
Structure schématique d'une molécule
d'ADN
les deux brins sont disposés de telle
sorte que toutes les bases nucléiques
se retrouvent au centre de la structure.
Cette structure est maintenue par des
liaisons hydrogène qui se forment
entre les bases nucléiques
complémentaires,
L'adénine s’associe toujours avec la
thymine (dans l'ADN) ou l’uracile (dans
l'ARN) à l’aide de deux liens
hydrogène.
La guanine s’associe toujours avec la
cytosine à l’aide de trois liens
hydrogène.Deoxyribose
54
Organisation d'une molécule d'ADN
• les deux brins sont disposés de telle sorte que toutes les
bases nucléiques se retrouvent au centre de la structure.
• Cette structure est maintenue par des liaisons
hydrogènes qui se forment entre les bases nucléiques
complémentaires,
• L'adénine s’associe toujours avec la thymine (dans
l'ADN) ou l’uracile (dans l'ARN) à l’aide de deux liens
hydrogène.
• La guanine s’associe toujours avec la cytosine à l’aide
de trois liens hydrogène.
Plan
55
1. Quelques définitions:
2. Les quatre principales classes de molécules organiques
2.1. Les glucides
2.2. Les lipides
2.3. Les protéines
2.4. les acides nucléiques
3. Conclusion
56
CONCLUSION
• Les molécules des êtres vivants se répartissent en 4
groupes : Lipides, Glucides, Protéines (ou protides),
Acide nucléique
• Les glucides et les lipides sont constitués de carbone,
d'hydrogène et d'oxygène alors que les protéines
contiennent en plus des éléments en quantité moindre
(azote et soufre).
57
CONCLUSION
• Les glucides représentent la principale source d'énergie
pour la cellule et peuvent être stockés sous la forme de
polymères.
• Les lipides ont des rôles variés : réserves énergétiques,
ils sont également les principaux constituants des
membranes cellulaires, ils sont aussi impliqués dans la
communication hormonale.
58
CONCLUSION
• Les protéines sont toutes des macromolécules et sont
impliquées dans la réalisation des fonctions d'une
cellule.
• Les acides nucléiques sont des polymères dont l’unité de
base est le nucléotide. Ces nucléotides sont reliés par des
liaisons phosphodiesters. l'acide désoxyribonucléique
(ADN) est le support de l’information génétique. L'acide
ribonucléique (ARN) joue plusieurs rôles dans la cellule
Références
59
1 : Abrégés de Biologie Cellulaire de Marc Maillet, 9ème ou 10ème Edition;
chez MASSON
2: Molecular Biology of the Cell, 6th Edition de Bruce Alberts