Anatomie et physiologie I

Introduction

Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines. La séquence des acides aminés dans les protéines individuelles est codée dans l’ADN de la cellule. Les propriétés physiques et chimiques des 20 différents acides aminés naturels dictent la forme de la protéine et ses interactions avec son environnement. Certaines séquences courtes d’acides aminés dans la protéine déterminent également l’emplacement de la protéine dans la cellule. Les protéines sont composées de centaines ou de milliers d’acides aminés. Comme vous pouvez l’imaginer, le repliement des protéines est un processus compliqué et il existe de nombreuses formes potentielles en raison du grand nombre de combinaisons d’acides aminés. En comprenant les propriétés des acides aminés, vous aurez une idée des limites du repliement des protéines et vous apprendrez à prédire la structure d’ordre supérieur potentielle de la protéine.

Tous les acides aminés ont la même structure de squelette, avec un groupe amino (le groupe α-amino, ou alpha-amino), un groupe carboxyle, un α-hydrogène et une variété de groupes fonctionnels (R) tous attachés au α -carbone.

La structure générale d’un acide α-aminé. Le groupe acide est un acide carboxylique. Le carbone qui est attaché à l’acide carboxylique est le carbone α. Si le groupe R était un atome de carbone, il serait le β -carbone.

Si tous les acides aminés ont la même structure de base avec un amino, un carboxyle et un hydrogène fixés au carbone alpha, alors la grande variation dans les propriétés et la structure des acides aminés doit provenir du quatrième groupe fixé au carbone alpha. Ce groupe est appelé la chaîne latérale de l’acide aminé ou le groupe R.

Les structures des 20 acides aminés les plus courants sont présentées dans le tableau ci-dessous. L’acide aminé le plus simple, la glycine, est représenté en haut à gauche. Les atomes de la chaîne principale de la glycine sont surlignés en jaune et sa chaîne latérale (H) est surlignée en vert. Tous les acides aminés ont les mêmes atomes de la chaîne principale, mais diffèrent par leurs chaînes latérales. Pour plus de clarté, le α-proton est omis dans les autres dessins.

Les groupes de chaînes latérales de ces acides aminés contiennent de nombreux groupes d’atomes communs appelés groupes fonctionnels. La majorité des groupes fonctionnels, tels que le groupe hydroxyle (-OH), sont couramment polaires, ce qui leur permet d’interagir avec l’eau. Les détails des groupes fonctionnels se trouvent dans le tableau interactif des groupes fonctionnels, auquel on peut accéder en cliquant sur le lien Apprendre en faisant ci-dessous.

Les liaisons peptidiques

Les protéines sont des polymères d’acides aminés. Les acides aminés sont reliés entre eux par une réaction de condensation. Chaque acide aminé du polymère est appelé « résidu ». Les acides aminés individuels sont joints ensemble par la fixation de l’azote d’un groupe amino d’un acide aminé au carbone carbonyle (C=O) du groupe carboxyle d’un autre acide aminé, pour créer une liaison peptidique covalente et donner une molécule d’eau, comme indiqué ci-dessous.

La chaîne peptidique résultante est linéaire avec des extrémités définies. Les polymères courts (moins de 50 résidus ou acides aminés) sont généralement appelés peptides, et les polymères plus longs, polypeptides. Plusieurs polypeptides peuvent former ensemble de grandes protéines. Comme la synthèse s’effectue du groupe alpha-amino d’un acide aminé au groupe carboxyle d’un autre acide aminé, il en résulte qu’il y aura toujours un groupe amino libre à une extrémité du polymère en croissance (l’extrémité N-terminale) et un groupe carboxyle libre à l’autre extrémité (l’extrémité C-terminale).

Notez qu’après l’incorporation de l’acide aminé dans la protéine, les charges sur les extrémités amino et carboxy ont disparu, ainsi les atomes de la chaîne principale sont devenus des groupes fonctionnels polaires. Comme chaque résidu d’une protéine possède exactement les mêmes atomes de la chaîne principale, les propriétés fonctionnelles d’une protéine doivent provenir des différents groupes de la chaîne latérale.

Par convention, les séquences des peptides et des protéines sont écrites avec l’extrémité N-terminale à gauche et l’extrémité C-terminale à droite. Le nom du résidu N-terminal est toujours le premier acide aminé. Le nom de chaque acide aminé suit ensuite. La séquence primaire d’une protéine fait référence à sa séquence d’acides aminés.

Acides nucléiques

Principalement situés dans le noyau de la cellule (d’où leur nom) les acides nucléiques sont des macromolécules de réplication. Les plus importants sont l’ADN et l’ARN. Sans eux, les cellules ne pourraient pas se répliquer, rendant la vie impossible. Ces molécules stockent le « logiciel » de la cellule – les instructions qui régissent sa fonction, ses processus et sa structure. Le code est composé de séquences de quatre bases : adénine, cytosine, guanine et thymine (uracile dans l’ARN). Ces bases sont disposées en ensembles de trois, appelés triplets. Chaque triplet spécifie un acide aminé, qui est à son tour un composant d’une macromolécule protéique. Toute la complexité complexe du corps humain provient de l’information codée par seulement quatre produits chimiques dans une seule longue macromolécule d’ADN.

Chez l’homme, les erreurs dans les structures de l’ADN et de l’ARN provoquent des maladies, notamment l’anémie falciforme, l’hémophilie, la chorée de Huntingdon et certains types de cancer. Même une petite erreur peut avoir un effet dramatique. La drépanocytose est causée par la modification d’un seul acide aminé dans la séquence de base de l’ADN. En dirigeant des processus chimiques, les acides nucléiques indiquent aux cellules comment se différencier en divers organes. Au cours du développement, des ensembles entiers de séquences d’ADN sont désactivés ou activés pour diriger des processus spécifiques. Ces processus conduisent à différents types de cellules qui forment des organes tels que le cœur, le foie, la peau et le cerveau.

A l’intérieur de la cellule, les acides nucléiques sont à leur tour organisés en structures de niveau supérieur appelées chromosomes. Vous pouvez voir les chromosomes avec un microscope optique, en utilisant une coloration appropriée. L’étude précoce des chromosomes a permis aux scientifiques de découvrir et de comprendre le rôle des acides nucléiques dans la reproduction cellulaire. Les erreurs dans la structure des chromosomes entraînent des dysfonctionnements dans les processus vitaux. Par exemple, chez les humains, un chromosome 21 supplémentaire entraîne le syndrome de Down.

L’épine dorsale

Notre code génétique est déterminé par seulement quatre bases dans l’ADN (G, C, A, T), qui sont répétées et disposées dans un ordre spécial. Par exemple,

1 agccctccag gacaggctgc atcagaagag gccatcaagc agatcactgt ccttctgcca

61 tggccctgtg gatgcgcctc ctgcccctgc tggcgctgct ggccctgg ggacctgacc

.

121 cagccgcagc ctttgtgaac caacctgt gcggctcaca cctggtggaa gctctctacc

181 tagtgtgcgg ggaacgaggc ttcttaca cacccaagac ccgccgggag gcaggacc

241 tgcaggtggg gcaggtggag ctgggcgggg gccctggtgc aggcagcctg cagcccttgg

301 ccctggaggg gtccctgcag aagcgtggca ttgtggaaca atgctgtacc agcatctgct

361 ccctctacca gctggagaac tactgcaact agacgcagcc cgcaggcagc cccacacccg

421 ccgcctcctg caccgagaga gatggaataa agcccttgaa ccagcaaaa

Cela peut sembler être une chaîne aléatoire de G, C, A, T, mais cet ADN code pour l’insuline humaine. L’ADN est organisé en un polymère linéaire en double hélice et maintient l’ordre héréditaire des bases ou code génétique. Les « marches » de l’échelle de l’ADN contiennent le code qui dirige finalement la synthèse de nos protéines. Ce polymère linéaire du code génétique est maintenu lorsque l’ADN double brin est transcrit en ARN simple brin.

L’unité fondamentale de l’ADN est le nucléotide. Le nucléotide contient un groupe phosphate (représenté en orange), qui donnera finalement sa charge au polymère d’ADN et interconnectera les nucléotides sur le squelette. Le groupe sucre furanose est un sucre à cinq côtés (en violet). La base azotée (représentée en jaune) détermine le type de nucléotide formé.

La numérotation des positions sur les anneaux de sucre furanose de l’ADN et de l’ARN suit une convention qui utilise ‘ (le symbole premier) pour désigner les positions du sucre. Ainsi, le ribose possède une base azotée reliée à la position 1′ et des groupes hydroxyles (OH) sur les positions 2′, 3′ et 5′. En utilisant cette nomenclature, le désoxyribose est formellement appelé 2′-désoxyribose (2 prime deoxyribose) pour dénoter la perte de l’hydroxyle en position 2’ du ribose.

La différence majeure dans les squelettes des polymères entre l’ADN et l’ARN est le sucre utilisé dans la formation du polymère. Dans l’ADN (acide désoxyriboNucléique), la position 2′ du furanose comporte un hydrogène. Dans l’ARN (Acide RiboNucléique), la position 2′ du furanose a un OH (hydroxyle) et le sucre est le monosaccharide ribose dans la conformation furanose.

La liaison des nucléotides individuels est réalisée par une molécule de phosphate de pontage entre deux groupes hydroxyles, un sur chaque anneau de furanose. Le polymère qui en résulte est une chaîne de molécules de furanose reliées par des liaisons phosphodiester en une très longue macromolécule.

Voici une liste des caractéristiques structurelles de la chaîne principale du polymère ADN/ARN.

• Phosphate-ribose(désoxyribose)-phosphate-.Séquence de ribose(désoxyribose)
• Liée par des liaisons covalentes phosphodiester
• position 3′ sur un ribose(désoxyribose) liée à la position 5′ du ribose(désoxyribose) adjacent par un pont phosphodiester. pont
• La chaîne a une extrémité 3′ et une extrémité 5′

La liaison hydrogène entre les bases

La double hélice d’ADN est maintenue en place par la liaison hydrogène des purines aux pyrimidines.

Exemple de purines et de pyrimidines. http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleobase

Rappelons que les liaisons hydrogène sont des interactions faibles, pas comme les liaisons covalentes du squelette phosphate-furanose. Ainsi, l’ADN est maintenu ensemble, mais peut être écarté pour la transcription en ARN ou pour la réplication de l’ADN.

Pour maintenir une distance égale entre les deux brins d’ADN, les plus grandes purines doivent se lier avec les plus petites pyrimidines. Plus précisément, A se lie toujours avec T et G se lie toujours avec C dans l’ADN. Un moyen de mémorisation utile consiste à dire que A et T sont des lettres anguleuses et que G et C sont tous deux courbes.

Transcription de l’ADN

Réplication de l’ADN : Chaque fois qu’une cellule se divise, tout l’ADN du génome est dupliqué (on parle de réplication) afin que chaque cellule après la division (appelée cellule fille) ait le même ADN que la cellule d’origine (appelée cellule mère).

Transcription de l’ADN : Pour que le code génétique devienne une protéine, il passe par une étape de transcription. L’ADN est transcrit en ARN (un acide nucléique simple brin). L’ARN fait ensuite la navette entre l’ADN et la région de synthèse des protéines.

traduction de l’ARN : L’ARN est traduit d’un code d’acide nucléique en la séquence d’acides aminés d’une protéine.

Ainsi, le code génétique de l’ADN est capable de se dupliquer pour maintenir une cohérence dans le corps de la personne et tout au long de sa vie. L’ADN est également utilisé pour fabriquer des protéines grâce à l’utilisation d’un intermédiaire ARN.

Lipides

Les lipides comprennent les graisses et les cires. Plusieurs vitamines, comme A, D, E et K, sont solubles dans les lipides. Le rôle le plus important des lipides est peut-être de former les membranes des cellules et des organites. De cette manière, les lipides permettent l’isolement et le contrôle des processus chimiques. Ils jouent également un rôle dans le stockage de l’énergie et la signalisation cellulaire.

Les molécules lipidiques formant les membranes cellulaires sont composées d’une « tête » hydrophile et d’une « queue » hydrophobe (rappelez-vous, « hydro » signifie eau et « philos » signifie amour ; « hydro » signifie eau, « phobique » signifie peur). Une bicouche phospholipidique se forme lorsque les deux couches de molécules de phospholipides s’organisent avec les queues hydrophobes qui se rencontrent au milieu. Les scientifiques pensent que la formation de globules lipidiques de type cellulaire a été un précurseur essentiel à l’origine de la vie cellulaire, puisque les membranes séparent physiquement les composants intracellulaires de l’environnement extracellulaire. Ainsi, les membranes lipidiques enferment d’autres macromolécules, confinent les volumes pour augmenter les possibilités de réaction et protègent les processus chimiques. Les protéines dotées de régions hydrophobes flottent au sein de la bicouche lipidique. Ces molécules régissent le transport des molécules chargées ou lipophobes à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule, comme les molécules énergétiques et les déchets. Certains de ces lipides ont également des molécules d’hydrates de carbone attachées qui dépassent de la membrane sont importantes pour la reconnaissance cellulaire comme mentionné précédemment.

Les lipides sont également des molécules de stockage d’énergie vitales. Les glucides peuvent être utilisés immédiatement, et les lipides assurent un stockage d’énergie à long terme. Les lipides s’accumulent dans les cellules adipeuses (cellules graisseuses) du corps. Dans le cadre du processus catabolique, qui remonte à l’époque où l’homme devait chercher sa nourriture, les glucides excédentaires peuvent être transformés en lipides, qui sont ensuite stockés dans le tissu adipeux. En fin de compte, un excès de glucides et de lipides ingérés conduit à l’obésité.