Biochimie
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2017
528 pages
Citer cet ouvrage
- LATRUFFE, Norbert,
- BLEICHER-BARDELETTI, Françoise,
- DUCLOS, Bertrand
- et VAMECQ, Joseph,
- Latruffe, Norbert.,
- et al.
- Latruffe, N.,
- Bleicher-Bardeletti, F.,
- Duclos, B.
- et Vamecq, J.
Les quatre grands types de structures de base du monde vivant : particule virale, bactérie, cellule animale et cellule végétale
Les organites possèdent des fonctions biochimiques bien précises.
Photographie d’une coupe de foie de rat observée en microscopie électronique
En haut à gauche : le noyau. Les petites vésicules sombres : les peroxysomes (P).
Grandes classes de constituants biochimiques de la matière vivante et leurs molécules de base
Comparaison des teneurs en différents éléments entre la matière vivante et la matière inerte
Expérience de Miller démontrant la possibilité de synthèse de biomolécules à partir de molécules inorganiques
Formation d’un complexe enzyme-substrat, essentiel au déroulement de toute réaction biochimique
Reconnaissance de deux brins d’ADN antiparallèles par l’intermédiaire de bases complémentaires
Rupture d’une liaison covalente dans l’hydrolyse d’un dipeptide entraînant la libération des deux acides aminés
Illustration du passage du niveau moléculaire (à gauche) au niveau macromoléculaire (à droite)
Structures linéaires des principaux aldoses de la série D à partir du glycéraldéhyde
Parmi les aldohexoses bien connus, citons le galactose (constitutif du lactose) et le mannose qui sont des énantiomères du glucose.
Structures comparatives du fructose, du ribulose et du glucose
Représentation de Tollens (à droite)
Structure cyclique du glucose (forme pyranose) et forme chaise, dite de Haworth
Interconversion des formes α et β du glucose par mutarotation (à gauche).
Structures cycliques du fructose et du ribose (forme furanose) en représentation de Haworth
Structure chimique du glycogène et localisation, après coloration (noir intense), dans les cellules hépatiques
Structure de la glucosamine (à gauche), de la N-acétylglucosamine (au centre) et de l’acide N-acétylmuramique (à droite)
Principe du polariseur permettant de mesurer le pouvoir rotatoire par la mesure de l’angle de déviation du plan d’une lumière polarisée et loi de Biot
Détermination de la structure d’un diholoside
Un précipité rouge à la liqueur de Fehling indique la présence d’un ose réducteur.
Différentes représentations de l’acide laurique (C12 :0)
A : Formule développée B : Représentation schématique C : Structure modélisée compacte
Différentes représentations de l’acide 9Z-octadécénoïque ou acide oléique (C18:1)Δ9. L’acide oléique appartient à la famille ω9.
Principe de la chromatographie sur couche mince
(d’après Maddaluno et al., Chimie organique – Tout le cours en fiches, Dunod, 2013)
Détermination de la nature des chaînes hydrocarbonées des lipides par chromatographie en phase gazeuse d’un mélange d’esters méthyliques d’acides gras obtenus à partir de phospholipides membranaires.
La surface de chaque pic est proportionnelle à la quantité d’acides gras.
structure des différentes classes d’acides aminés
A : acides α-aminés. B : β-Alanine. C : Acide γ-aminobutyrique
Liste et nomenclature des acides α-aminés protéinogènes (les acides aminés aromatiques sont présentés sur fond rose)
Principe d’un dosage spectrophotométrique
Application de la loi de Beer-Lambert : A = εCl où A = Absorbance, ε = coefficient d’extinction molaire (M–1 · cm–1), C = concentration du soluté (M) et l = longueur du trajet optique
Structures du FDNB (2,4-dinitrobenzène, jaune), du DNS-Cl (chlorure de dansyle, fluorescent) et du PITC (phénylisothiocyanate) avec indication de sa réaction avec un groupement R-NH2 terminal
Principe de la Chromatographie échangeuse d’ions : (a) résine échangeuse d’anions ; (b) résine échangeuse de cations
Structure d’un ribonucléotide (ATP) (haut), d’un désoxyribonucléotide (dTTP) (bas) et d’un polynucléotide (dT-dC) (droite)
Formation d’un ADN double brin par appariement des bases complémentaires par l’établissement de liaisons hydrogène spécifiques
Nucléosides portant des bases inhabituelles. (*) correspond aux modifications par rapport à l’uracile
Effet hyperchrome (augmentation de l’intensité d’absorbance d’environ 25 % à 260 nm) après chauffage d’un ADN double-brin
Processus réversible de dénaturation/renaturation de l’ADN double brin par chauffage/ refroidissement lent
Structure plane de la liaison peptidique (à gauche) et modèles de répartition électronique sur les atomes de la liaison peptidique (à droite)
Plans de deux liaisons peptidiques pouvant effectuer une rotation autour de liaisons C–N et C–C d’un même carbone α
Présence de séquences d’acides aminés conservées dans des protéines à fonctions différentes
Divergence de la composition en acides aminés du cytochrome C chez différents organismes dans l’échelle du vivant
Structure d’une hélice α : (A) modèle moléculaire éclaté ; (B) squelette d’enchaînement des liaisons peptidiques ; (C) modèle en ruban
Structure d’un feuillet plissé β
(A) modèle moléculaire éclaté ; (B) squelette d’enchaînement des liaisons peptidique ; (C) modèle en ruban.
Transition d’un prion (PrPc) normal vers un prion infectieux (PrPsc) par conversion de deux hélices α en deux feuillets plissés β
Formation d’un coude β dans une séquence où les résidus amino-acides (R1, R2, R3, R4) sont hydrophiles.
Exposition des résidus amino-acides dans une chaîne polypeptidique en fonction de leur nature polaire ou hydrophobe
Modélisation d’une sous-unité de la BDH (en modèle ruban) de la bactérie Pseudomonas aeruginosa (à gauche) et de Pseudomonas fragi (à droite)
Modèle de la structure tétramérique de l’hémoglobine (à gauche) comparé à celui de la structure monomérique de la myoglobine (à droite)
Le losange rouge représente le noyau hème.
Comparaison de la fixation de l’oxygène sur l’hémoglobine (allure sigmoïdale) et sur la myoglobine (allure hyperbolique). Y = degré de saturation par l’oxygène (entre 0 et 1), pO2 = pression partielle de l’oxygène dissout dans le sang, n = nombre de sites de fixation de molécules de O2.
Élution des protéines et détection des fractions par mesure de l’absorbance à 280 nm et suivi de leur activité biologique (ex. activité enzymatique)
Le dodécyl sulfate de sodium (SDS, ou lauryl sulfate) et le β-mercapto-éthanol (ou éthane thiol)
Suivi des étapes de purification d’une protéine par PAGE-SDS (à gauche) et par immunoblotting (à droite). M : marqueurs de masse moléculaire
Signature protéique de cellules d’un adénocarcinome colorectal de la lignée DDL-1 (à gauche), et analyse d’un gel de « 2D » (à droite)
Structure d’un site actif : A, structure schématique ; B, représentation du complexe enzyme-substrat avec l’exemple de la phosphodiestérase et de son substrat, le 3’,5’ AMPc
Dépendance de la vitesse initiale vis-à-vis de la concentration en enzyme (à gauche) et de substrat (à droite)
Représentations graphiques des cinétiques enzymatiques selon Lineweaver et Burk (à gauche) ou selon Hanes-Woolf (à droite)
Effet de cations contre l’inactivation thermique de l’oxydation du D-3-hydroxybutyrate dans les mitochondries par la BDH chez Tetrahymena pyriformis
Comparaison de la cinétique de saturation d’une enzyme allostérique et d’une enzyme michaélienne (à gauche) et détermination de l’indice de coopérativité, n (à droite)
Influence des effecteurs allostériques sur la courbe de saturation d’une enzyme allostérique
Structure du Gleevec (à gauche) et sa fixation sur la protéine Bcr-Abl. Comparaison avec la structure de l’adénine (à droite)
La caspase 3, exemple d’activation par clivage protéolytique, stimulée par le resvératrol et qui entraîne l’apoptose de cellules cancéreuses sensibles.
Relations entre vitamines et coenzymes. B1 = TPP, B2 = riboflavine (composant du FAD), B3 = niacine (composant du NAD+), B5 = acide panthoïque (composant du CoA-SH), B6 = PPal, B8 = biotine, B9 = acide folique, B12 = cyanocobalamine
Structures et propriétés redox des coenzymes quinones (Coenzyme Q et Plastoquinone) et leurs formes réduites
Structure de l’hème présente dans le cytochrome c.
Le noyau hème est indiqué en rouge (noyau hème = noyau porphyrine + Fe3+).
Les différentes représentations d’une séquence d’ADN :
(1) représentation de la double hélice d’ADN ; (2) les traits verticaux représentent le sucre et les traits en diagonale la liaison phosphodiester ; (3) représentation faisant apparaître la liaison phosphodiester et la nature du sucre ; (4) représentation par la séquence des bases, la plus utilisée
Les différentes représentations d’une séquence d’ARN :
(1) les traits verticaux représentent le sucre ; les traits horizontaux le C2’ du sucre porteur du groupement OH et les traits en diagonale la liaison phosphodiester ; (2) représentation faisant apparaître la liaison phosphodiester et la nature du sucre ; (3) représentation par la séquence des bases, la plus utilisée
Les différentes formes de l’ADN
(d’après D. Boujard et al., Biologie cellulaire et moléculaire – Tout le cours en fiches, Dunod, 2012)
Compaction de l’ADN génomique en chromatine
a = nucléosomes, b = fibre de 11 mm, c = fibre de 30 mm, d = chromosome métaphasique S/MARs = Scaffold/Matrix Attachment Regions (d’après J.-H. Weil et al, Biochimie générale, Dunod, 2009)
Courbe C0t d’un ADN humain (―) et bactérien (– – –) avec C : concentration d’ADN simple brin au temps t et C0 : concentration initiale en ADN
Principaux mécanismes pouvant induire la duplication d’un gène. (A) crossing-over inégal entre chromosomes homologues ; (B) échange ectopique ; (C) rétrotransposition
Structure d’un ARNm.
UTR : région non traduite. La coiffe, la séquence de Kozak et la queue polyA sont présentes dans les ARNm eucaryotes
La réplication semi-conservative : chaque brin de la double hélice sert de modèle pour la synthèse d’un nouveau brin auquel il reste associé
La fourche de réplication eucaryote
(d’après J.-H. Weil et al., Biochimie générale, Dunod, 2009.)
Organisation du génome ARN des rétrovirus.
LTR : Long Terminal Repeat ; R : courte séquence qui forme une répétition directe à chaque extrémité du génome ; U5 : région non codante contenant un site de polyadénylation ; PBS : Primer Binding Site, séquence de 18 nucléotides complémentaire de l’extrémité 3’ d’un ARNt cellulaire ; PPT : Poly-Purin Tract, séquence riche en purine, reconnue par la réverse transcriptase ; U3 : région non codante contenant un promoteur unique nécessaire à la transcription des gènes gag-pol-env.
Structure du promoteur minimal. Code IUPAC : W = A/T, R = A/G, S = C/G, D = A/G/T, K = G/T, Y = C/T, V = A/C/G, N = A/C/G/T
Structure du domaine hélice-tour-hélice
(d’après S. Weinnam et P. Méhul, Toute la biochimie, Dunod, 2004.)
A : domaine bHLH. B : domaine en doigt de zinc (l’hélice α constitue souvent l’interface de reconnaissance protéine/ADN). C : domaine à fermeture éclair. Le domaine N-terminal (en gris) permet l’interaction avec les bases de l’ADN
(d’après S. Weinnam et P. Méhul, Toute la biochimie, Dunod, 2004.)
Mécanisme d’export des ARNm
(d’après M. Müller-McNicoll et al, Nature Rev. Genet., 2013, 14(4), 275-287.)
Les grandes étapes de la traduction chez les eucaryotes
(d’après J.-H. Weil, Biochimie générale, Dunod, 2009.)
Séquence IRES dans la région 5’UTR permettant de recruter directement la sous-unité 40S des ribosomes au site d’initiation de la traduction
Régulation de gènes importants lors du choix entre le cycle lysogénique et le cycle lytique
Mode d’action des enhancers et isolateurs
Un enhancer recrute un activateur et active la transcription des gènes 2 à 5.
Techniques d’identification in vitro des séquences d’ADN liant une protéine
A) Protection à l’ADNase1. FT : facteur de transcription. B) Retard de migration sur gel. *32P
Utilisation de gènes rapporteurs pour l’étude d’un promoteur
L’analyse de l’activité β-galactosidase permet de déterminer que la région S contient une séquence de type silencer car son retrait du promoteur induit une activité plus importante de β-gal tandis que la zone E contient une séquence activatrice puisque son retrait induit une diminution de l’activité β-gal.
Les différents mécanismes de l’épissage alternatif
Les exons constitutifs sont en gris et les exons alternatifs en rouge.
Différents types de promoteurs alternatifs
A) les promoteurs sont en amont d’exons non codants : seuls les 5’UTR sont modifiés.
Conséquences de l’utilisation de sites alternatifs de polyadénylation
A : le site de polyadénylation est positionné dans la région 3’ UTR.
Édition du pré-ARNm du gène ApoB
A : Mécanisme de production des deux isoformes protéiques.
Courbes d’amplification obtenues par PCR en temps réel
La quantité d’ARNm d’intérêt présente dans les échantillons décroît de l’échantillon 1 (Ct le plus faible) à l’échantillon 4 (Ct le plus grand).
Biosynthèse et mode d’action des ARNmi chez les animaux
(A) Le gène codant l’ARNmi est présent dans une unité polycistronique.
Effets des acides gras polyinsaturés (AGPI) sur la transcription de gènes du métabolisme lipidique au niveau des cellules hépatiques et adipocytes
Il est donc important d’avoir une alimentation équilibrée entre oméga-3 et oméga-6 : le rapport optimum a été fixé à oméga-6/oméga-3 = 5/1 alors qu’aujourd’hui dans notre alimentation ce rapport est plus proche de 15/1 induisant un état physiologique propice à l’obésité, aux maladies cardiovasculaires ainsi qu’aux troubles allergiques et inflammatoires.
Analyse des gamètes en fonction de la présence ou de l’absence de liaison entre 2 loci
θ = taux de recombinaison- varie entre 0 (liaison) et 0.5 (absence de liaison)
Analyse du phénotype et du génotype des individus d’une famille au niveau d’un microsatellite
Les grandes étapes de la purification des acides nucléiques
Étapes d’extraction Étape de purification Étapes de concentration
Électrophorèse en gel d’agarose de fragments d’ADN
A – Électrophorèse de fragments d’ADN. a et b : échantillons à analyser, c : standard de poids moléculaire. B – Exemple des concentrations du support choisies en fonction de la taille de l’ADN ou de l’ARN à séparer (b = base ; pb = paire de base)
Carte du vecteur plasmidique pUC18
Le gène de sélection n° 1 est le gène Bla permettant la résistance à l’antibiotique ampicilline. Le deuxième gène de sélection est le gène LacZ permettant la sélection des vecteurs recombinants par coloration. L’origine de réplication est une origine pMB1 modifiée permettant la présence de 500-700 copies du vecteur/bactérie.
Représentation schématique de quelques méthodes chimiques de transfection basées sur la neutralisation des charges négatives de l’ADN
Principaux atouts et défauts des systèmes d’expression
MPT : Modifications Post-Traductionnelles
Mutagenèse par double PCR
Les demi-fragments mutés sont obtenus à l’aide d’amorces mutées (2 et 3) chevauchantes.
Autoradiographie d’une section d’un cerveau de rat, hybridée avec une sonde du récepteur PPAR montrant la distribution préférentielle de l’ARNm de PPAR dans le cervelet.
Principe du CARLA (« co-activator-dependent receptor ligand assay »)
À gauche : modules = A/B, C/D, E/F ; domaines = TAD (Trans Activing Domain), DBD (DNA Binding Domain), LBD (Ligand Binding Domain). À droite : pull down.
Énergie de Gibbs et énergie d’activation (réaction chimique non catalysée)
Le parcours thermodynamique (ici réaction chimique) permettant le passage du système de l’état S (substrats) à l’état P (produits) est favorisé par le degré de spontanéité de la réaction (négativité du ΔG) et est amorcé (« déclenché ») par l’apport d’une énergie égale (ou supérieure) à l’énergie d’activation
Énergie de Gibbs et énergie d’activation (réaction chimique catalysée par une enzyme)
Le parcours thermodynamique (ici réaction biochimique) du passage du système de l’état S (substrats) à l’état P (produits) est favorisé par la négativité du ΔG. L’énergie d’activation en présence du biocatalyseur (enzyme) devient basse ou nulle suite à la formation du complexe d’activation (état S*) qui associe le (ou les) substrats (A et B) et l’enzyme (E) et requiert moins d’énergie que le complexe formé en l’absence d’enzyme. Néanmoins, G étant une fonction d’état, le ΔG de la réaction chimique [sans biocatalyseur] et biochimique [avec enzyme] sont identiques (ce ΔG est celui qui existe entre le système à l’état S et celui à l’état P), même si le parcours (étape(s) intermédiaire(s)) est différent.
La glycolyse productrice d’énergie : réaction globale
L’oxydation d’une molécule de glucose en 2 molécules de pyruvate produit de l’énergie métabolique sous forme de NADH + H+ et d’ATP
La glycolyse comme voie métabolique interactive
Cette figure fournit une vue non exhaustive des voies entrantes et sortantes de la glycolyse. Le bilan est changé en fonction du compose entrant.
Glycolyse : les 10 étapes de la voie d’Embden-Meyerhof-Parnas
Les réactions 2, 4, 5, 6, 7, 8 et 9 sont réversibles et sont quasi à l’équilibre. Les réactions 1, 3 et 10 représentent les trois étapes irréversibles de la glycolyse.
Voies anaérobies de régénération du NAD+ nécessaire au déroulement de la glycolyse
La glycolyse anaérobie est caractérisée par le couplage de la voie d’Embden-Meyerhof-Parnas aux processus de fermentation.
Voies aérobies de régénération du NAD+ nécessaire au déroulement de la glycolyse
Comme dans le cas des fermentations (figure 1), le recyclage du NAD+ cytosolique permet à la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase de procéder dans le sens glycolytique et de maintenir ainsi la glycolyse. La navette régénérant le NAD+ par l’action combinée des isoenzymes cytosolique et mitochondriale de la malate déshydrogénase utilise l’aspartate pour le transfert de l’oxaloacétate grâce à l’action combinée des isoenzymes cytosolique et mitochondriale de l’aspartate aminotransférase.
Le cycle de Krebs et ses huit étapes constitutives
Le cycle de Krebs complète l’oxydation du glucose initialisée par la glycolyse et poursuivie par la pyruvate déshydrogénase. Cette dernière alimente le cycle en acétyl-CoA qui y sera complètement oydé en CO2. Une autre voie est aussi capable d’approvisionner le cycle en acétyl-CoA. Il s’agit de la β-oxydation mitochondriale des acides gras.
Les différents niveaux et types de régulations de la glycolyse
Régulation de l’activation du glucose en glucose-6-phosphate
Les différents niveaux et types de régulations de la glycolyse
Régulation de la phosphofructokinase 1 et de la pyruvate kinase
Glycolyse et métabolisme des acides aminés
PC, pyruvate carboxylase, PDH, pyruvate déshydrogénase
Établissement du gradient de protons par la chaîne mitochondriale de transport des électrons
Homéostasie glucidique, transporteurs du glucose et suppléance en glucose des différentes cellules de l’organisme
Métabolisme du glycogène en réponse à l’insuline
La régulation du métabolisme du glycogène par l’insuline est un bel exemple de signalisation contrôlée par un récepteur membranaire à activité tyrosine kinase : le récepteur à l’insuline.
Métabolisme du glycogène en réponse aux hormones hyperglycémiantes
La régulation du métabolisme par les hormones hyperglycémiantes (glucagon et catécholamines) est un bel exemple de signalisation par des récepteurs membranaires couplés à une protéine G : le récepteur au glucagon et les récepteurs adrénergiques. Ces récepteurs présentent 7 passages transmembranaires d’où leur nom de « récepteurs serpentins ». Le site de fixation du ligand est localisé dans la partie extracellulaire du récepteur. Le couplage à la protéine G s’opère dans sa partie intracellulaire via l’une de ses boucles cytoplasmiques dont le changement de conformation induit par la fixation du ligand provoque l’activation de la protéine G couplée au récepteur. Les protéines G sont trimériques et les effets biologiques de leur activation dépendent du type de sous-unités α, β et γ, notamment α, qui la composent. Les récepteurs β1, β2 et α2 adrénergiques et celui au glucagon peuvent être couplés à une protéine G dont l’activation de la sous-unité α (αs) stimule l’adénylate cyclase. La production d’AMPc active la PKA et en libère les sous-unités catalytiques qui phosphorylent la phosphorylase kinase. Celle-ci, à son tour phosphoryle et active la glycogène phosphorylase et ainsi la glycogénolyse. En parallèle, l’activation du récepteur α1-adrénergique couplé à une protéine G à sous-unité αq stimule la phospholipase C qui, libère des phospholipides membranaires, le diacylglycérol (DAG) et l’inositol-1,4,5-triphosphate (IP3). L’IP3 via son récepteur, présent dans le réticulum endoplasmique/sarcoplasmique, conduit à la libération de calcium ionisé Ca++ dans le cytoplasme. Il en résulte une aide de la PKA à l’activation de la phosphorylase kinase et, via une stimulation générale des glycogène synthase kinases par le calcium (lié ou non à la calmoduline), une inhibition de la glycogenèse par phosphorylation inactivant la glycogène synthase. La capacité à déphosphoryler et donc à « désinactiver » la glycogène synthase est fortement réduite suite à l’inactivation de la protéine phosphate 1 par sa protéine inhibitrice (rendue opérationnelle par la PKA activée) et suite à l’inactivation du récepteur à l’insuline par la protéine kinase C activée par le DAG.
La néoglucogenèse : conversion de deux pyruvates en glucose
Trois étapes (A, B et C), dont l’une (A) comporte deux réactions, sont nécessaires pour « réverser » les trois étapes irréversibles de la glycolyse. Les autres étapes de la gluconéogenèse correspondent au sens inverse des réactions réversibles de la glycolyse.
Le cycle du glyoxylate
Ce cycle combine des réactions du cycle de Krebs (malate déshydrogénase, citrate synthase et aconitase) avec celles catalysées par l’isocitrate lyase et la malate synthase. Il est considéré comme un shunt du cycle de Krebs. Alors que ce dernier oxyde complètement 2 acétyl-CoA en CO2, le cycle du glyoxylate convertit 2 acétyl-CoA en succinate grâce à l’intervention de deux enzymes : l’isocitrate lyase et la malate synthase. En condensant l’acétyl-CoA en succinate, un substrat gluconéogénique, le cycle du glyoxylate permet la conversion des acides gras en glucose ou en fructose. Ces sucres et ceux qui en dérivent métaboliquement peuvent être utilisés dans le cadre de la formation des parois végétales, bactériennes et fongiques. Chez l’animal et chez l’homme, le cycle du glyoxylate n’existe pas et les acides gras, dont la majorité est à nombre pair de carbone, ne sont donc pas gluconéogéniques.
Rôle du glyoxysome dans la mobilisation des lipides stockés dans les graines oléagineuses au cours du processus de germination
Le cycle de Calvin-Benson et ses trois grands tronçons
Les chiffres apparaissant devant le nom des intermédiaires métaboliques rendent compte de la stœchiométrie et du bilan des étapes du cycle. Pour les composés encadrés, ce bilan montre que 6 molécules de CO2 participent à la formation d’un hexose phosphate. Les annotations apparaissant entre parenthèses (C suivi d’un chiffre) rendent compte du nombre d’atomes de carbone des intermédiaires métaboliques. Pour chaque étape, la somme des atomes de carbone cumulés des substrats et celle des produits de la réaction sont équilibrées (identiques).
La photorespiration : activité oxygénase de la RUBISCO, formation du 2-phosphoglycolate et sa conversion en 2-phosphoglycérate
Rôle du foie dans la mise en réserve des substrats énergétiques de l’organisme (A), dans leur mobilisation et le soutien énergétique aux tissus extrahépatiques (B) et dans son interrelation avec le muscle dans le cycle des Cori (C).
Dans le cycle des Cori, lors d’un effort musculaire, la mobilisation du glucose par la glycolyse peut être suffisamment rapide pour que sa vitesse dépasse largement celle à laquelle la mitochondrie peut oxyder les produits de cette glycolyse (pyruvate et NADH). Le pyruvate est oxydé par la lactate déshydrogénase en vue de recycler le NAD+ nécessaire à la glycolyse et de produire le lactate qui est exporté par voie sanguine vers le foie. Dans le foie, le lactate remontera via le pyruvate (et oxaloacétate) la gluconéogenèse apportant via la lactate déshydrogénase le NADH nécessaire à la gluconéogenèse. Les ATP requis pour cette voie sont eux fournis par les oxydations mitochondriales (acides gras notamment, voire si nécessaire une partie du pyruvate ou d’oxaloacétate produit à partir du lactate). IDL, Intermediary Density Lipoproteins ; LDL, Low Density Lipoproteins ; LPLases, Lipoprotein Lipases.
β-oxydation mitochondriale des acyl-CoAs
Les 4 étapes d’un cycle de β-oxydation (ou tour de spire de l’hélice de Lynen) y sont décrites. La β-oxydation peroxysomale présente des différences avec la β-oxydation mitochondriale comme l’absence de couplage de sa première étape à la chaîne respiratoire ou encore la réalisation d’un raccourcissement incomplet de la chaîne carbonée de ses substrats (1 à 3-4 tours de spire).
β-oxydation mitochondriale des acides gras – Sub-compartimenta(lisa)tion et rendement énergétique
β-oxydation mitochondriale des acides gras à nombre impair de carbone
La différence avec celle des acides gras à nombre pair de carbone est ici la production, aux côtés des molécules d’acétyl-CoA, d’une molécule de propionyl-CoA (lors du dernier clivage β-oxydatif).
β-oxydation mitochondriale des acides gras à moyenne et courte chaîne
La différence avec celle des acides gras à chaîne longue, outre la différence existant dans la localisation subcellulaire de l’étape d’activation (acyl-CoA synthétase), est ici le court-circuitage de la partie haute de la β-oxydation mitochondriale. Il n’y donc pas ici nécessité d’un transfert de l’acyl-CoA dépendant de la carnitine (et donc d’intervention de la carnitine palmitoyltransférase type 1 [CPT1], de la carnitine acylcarnitine translocase [CACT] et de la carnitine palmitoyltransférase type 2 [CPT2]) et de l’intervention des cycles de β-oxydation catalysées par les protéines membranaires incluant l’acyl-CoA déhydrogénase à (très) longue chaîne (VLCAD) et la protéine trifonctionnelle (TFP).
Enzymes auxiliaires de la β-oxydation des acides gras mono- et poly-insaturés
Les réactions catalysées sont illustrées avec le fait que le produit d’une réaction puisse représenter le substrat d’une autre réaction. Le trans Δ2 énoyl-CoA formé par l’énoyl-CoA isomérase est en même temps l’intermédiaire physiologique de la β-oxydation mitochondriale (ou peroxysomiale) de l’acide gras saturé correspondant de même longueur de chaîne.
La cétogenèse ou synthèse mitochondriale des corps cétoniques (foie, rein, intestin & astrocytes)
L’étape 1 réversible est commune à la β-oxydation et à la cétogenèse, travaillant respectivement dans le sens (a) clivage de l’acétoacétyl-CoA ou le sens (b) condensation de 2 acétyl-CoA.
Origine du NADPH cytoplasmique utilisé par l’acide gras synthase
PC (ATP-PC) = pyruvate carboxylase ; CS = citrate synthase ; ATP-CL = ATP-citrate lyase ; MDHc = malate déshydrogénase cytoplasmique.
Réactions catalysées par l’acide gras synthase (AGS) (hélice de Lynen-Wakil)
A : Synthèse de novo des acides gras et formation d’un des deux acides gras simultanément synthétisés par l’AGS. B : Détails de l’organisation structurale particulière de l’AGS.
Biosynthèse du palmitoléyl-CoA et de l’oléyl-CoA par la stéaroyl-CoA désaturase
L’activité de la stéaroyl-CoA désaturase est illustrée pour ses deux substrats préférentiels, le palmitoyl-CoA et le stéaroyl-CoA. Pour les quatre électrons et deux protons nécessaires à la réduction illustrée de l’oxygène moléculaire (O2) en eau (H2O), chaque molécule de CytB5Fe++ fournit un électron (étant oxydée en CytB5Fe+++) et chacun des deux atomes d’hydrogène soustraits pour générer l’insaturation de la chaîne carbonée fournit un électron et un proton. Le recyclage des deux molécules réduites de CytB5 (CytB5Fe++) nécessaires à la réaction catalysée par la stéaroyl-CoA réductase (recyclage illustré pour son activité sur le stéaroyl-CoA), est assurée par la CytB5 réductase, une flavoprotéine représentant le site de la consommation du NADPH couplée aux désaturations métaboliques illustrées.
Étapes communes à la synthèse des triglycérides et des phospholipides
A : glycolyse comme voie d’apport du dihydroxyacétone phosphate et de NADH (utilisés pour la synthèse du glycérol-3-phosphate) et comme voie d’emprunt pour la formation (après intervention de la mitochondrie et de l’ATP-citrate lyase cytoplasmique) du malonyl-CoA qui en inhibant l’oxydation des acides gras en favorise l’incorporation dans les phospholipides et les triglycérides. B : synthèse des phospholipides et triglycérides (voie d’estérification du glycérol-3-phosphate) – Tronc commun.
Synthèse des glycérophospholipides et d’autres glycérolipides par le chloroplaste AGS, acide gras synthase
Alimentation du pool cytoplasmique d’acétyl-CoA en vue de son utilisation à des fins biosynthétiques ou régulatrices
Catalyse détaillée des transaminations
H3O+ et imine [–N=C<] sont en équilibre avec H2O et iminium- [–NH+=C<].
Biosynthèse des bases pyrimidiques
A : élaboration du cycle pyrimidique et d’UMP. B : synthèse d’autres bases à partir d’UMP.
La dégradation des bases puriques
A : En acide urique chez l’homme. B : Au-delà de l’acide urique (en fonction de l’espèce).
Mise en évidence par microscopie électronique à transmission du réseau membranaire d’une cellule végétale
Perméabilité aux solutés d’une bicouche phospholipidique (à gauche) ; perméabilité d’une membrane protéolipidique (à droite)
Mise en évidence de la diffusion latérale rapide des phospholipides au sein d’une biomembrane (A) par photoblanchiment de phospholipides marqués avec un fluorophore (B)
Mise en évidence de la diffusion latérale lente des protéines membranaires par fusion cellulaire et marquage des protéines de surface
Composition lipidique de différentes membranes (en pourcentage de la quantité totale de lipides).
PE, PS, PC, PI, PG = phosphatidyl éthanolamine, -sérine, -choline, -inositol, -glycérol. DPG = diphosphatidylglycérol (cardiolipine).
Composition en acides gras de membranes de cellules de foie de rat
En général, un phospholipide est estérifié en position 1 et 2 du glycérol par des acides gras de nature différente.
Photographie de liposomes (x 50 000)
D’après T. Gulik (CNRS Gif/Yvette) et N. Latruffe (UB Dijon)
Formes des phospholipides en fonction des espaces occupés par la tête polaire et partie hydrophobe
Différents mouvements lipidiques dans le plan de la membrane
a) mouvement de rotation du lipide sur lui-même, b) mouvement des chaînes dû à leur flexibilité, c) diffusion latérale du lipide.
Structure du diphénylhexatriène (DPH) (A) ; détermination du Tm par mesure de la fluorescence du DPH (B)
Microdomaine membranaire (radeau) constitué de lipides particuliers(A) et de protéines ancrées dans le radeau (B)
Lipides majoritaires dans les radeaux lipidiques
SM : sphingomyéline ; GalCer : galactosylcéramide ; PC : phosphatidylcholine
Recrutement des protéines FAD, FADD et C8 dans les radeaux lipidiques par exposition de cellules cancéreuses au resvératrol
Schéma théorique des possibilités de fusion (sens 1, 3) et de fission membranaires (sens 2, 4) entre deux vésicules ou à partir d’une vésicule
Principe de la fluorescence par transfert d’énergie (FRET « Fluorescence Resonnance Energy Transfer »)
Dérivé synthétique de PE greffés avec une sonde fluorescente, le NBD (donneur) ; et rhodamine (accepteur) pour l’étude de transfert d’énergie en FRET
Mécanisme d’échange de phospholipides entre une membrane donneuse et une membrane receveuse (A). Schéma proposé du fonctionnement de la PEPL (protéine d’échange des phospholipides) (B)
Les détergents ; solubilité en solution aqueuse (A) ; état physique monomère ou micelle (B) ; effet solubilisant des membranes (C)
Profil d’hydropathie de la glycophorine (à gauche) et enchaînement des résidus amino-acyls du segment transmembranaire, hydrophobes en gris et basiques en rose (à droite)
Courbe d’Arrhenius montrant une discontinuité dans l’énergie d’activation du processus de transport de la proline
Expression d’un gène de fusion codant la protéine mal F, impliquée dans le transport du maltose chez les bactéries, et la β-galactosidase. Localisation de la protéine chimérique dans la membrane plasmique
Site d’insertion subcellulaire de protéines de transport du maltose, fusionnées avec la β-galactosidase
Exemple de préséquences de signalisation transitoires de protéines virales et bactériennes. Les résidus hydrophobes sont soulignés
Représentation de la roue montrant la position des résidus amino-acides apolaires ou polaires (entourés) d’une préséquence de signalisation sur l’axe d’une hélice α
Types d’adressage des protéines néosynthétisées dans les compartiments subcellulaires eucaryotiques
Résumé des systèmes d’adressage des protéines dans les compartiments endocellulaires chez les eucaryotes
(NLS/NES, noyau ; MTS, mitochondrie ; CTS, chloroplaste ; PTS1, peroxysome ; ER-TS, réticulum endoplasmique)
Adressage post-traductionnel dans les mitochondries
Mécanisme d’importation des protéines dans la matrice.
Adressage post-traductionnel dans les chloroplastes
Mécanisme d’importation de protéines dans le stroma ou dans le thylacoïde. A = CTS ferrédoxine ; B = CTS plastocyanine.
Adressage post-traductionnel dans les peroxysomes
Mécanisme majoritaire d’importation des protéines dans les peroxysomes, le type PTS-1.
Importation et exportation à travers les pores nucléaires
A = Caractéristiques des séquences d’importation (NLS) et d’exportation (NES) ;
Mécanisme (à gauche) de diffusion simple pour une molécule non chargée (au milieu) et cinétique de transport facilité liée à un transporteur (à droite)
Si [S]1 > [S]2 v1 = f[S]1 v2 = f[S]2 ; Vrésultante : v = v1 – v2 = f([S]1 − [S]2).
Captation du resvératrol radiomarqué (R*) par des cellules en culture dérivées d’hépatocytes (A) ; effet de la présence d’un excès de resvératrol non radiomarqué (R20 ou R50), influence de la température (B)
Effets de différents inhibiteurs sur l’incorporation de D-(-)-3-hydroxybutyrate radiomarqué au 14C dans les mitochondries de foie de rat
Mécanisme de transduction d’énergie au niveau de la bactériorhodopsine de la membrane plasmique pourpre de la bactérie Halobacterium halobium
Cycle d’accumulation du calcium dans les vésicules sarcoplasmiques des cellules musculaires (A), Structure de la pompe calcique, Ca2+-ATPase (B)
Accumulation du glucose dans les cellules intestinales à partir d’un co-transport avec Na+ (soluté moteur)
Rôle du transport d’électron mitochondrial dans la formation du gradient de pH transmembranaire (à gauche), transport secondaire d’un substrat anionique, le pyruvate, dans la mitochondrie (à droite)
Influence du pH extramitochondrial sur le transport du pyruvate.
(A) gonflement des mitochondries induit par un milieu isotonique de pyruvate d’ammonium ; (B) vitesse initiale du gonflement en fonction du pH.
Les transporteurs de cations bactériens
Deux types de ionophores (A) ; activité des ionophores en fonction de la température (B)
Schéma hypothétique de fonctionnement d’un transport de type transporteur (B) ou de type canal ou pore (A).
Dissociation et reconstitution de la pompe Na+-K+-ATPase dans des liposomes (A) ; reconstitution dans un liposome d’un système de transport hybride (B)
Voies de signalisation induite par les facteurs de croissance
Les couples kinases/phosphatases sont des relais d’amplification de la signalisation cellulaire, par exemple dans la balance prolifération cellulaire/ mort cellulaire par apoptose.
Le cycle cellulaire : phases du cycle cellulaire (à gauche) ; Expression successive des cyclines au cours du cycle cellulaire (à droite).
Action des initiateurs et des promoteurs de tumeur. Conditions d’évolution d’une cellule normale vers un processus cancéreux.
Différence de mode de prolifération entre des cellules normales et des cellules transformées cultivées in vitro
Niveau d’intervention de facteurs préventifs sur le processus de cancérogenèse
*ROS, espèces réactives de l’oxygène (radicaux libres).
Cinétique d’inhibition de la lignée cellulaire SW480 d’origine colorectale humaine par le resvératrol (res)
Effet du resvératrol (30 μm)sur la cinétique d’expression des cyclines A et B1 (A) et au niveau de phosphorylation des cdk1 et cdk2 (B) dans la lignée de cellules colorectales SW 480
Noyaux de cellules vivantes (A) et noyaux de cellules entrant en apoptose (B) marqués au colorant Hoechst
Propriétés apoptotiques du resvératrol
A : activation de procaspases en caspases. B : relargage du cytochrome c mitochondrial (M) dans le cytoplasme (C). C : cinétique de l’activité de la caspase 9.
Cibles du resvératrol dans l’induction de l’apoptose des cellules tumorales colorectales SW 480
La caspase 3, un marqueur de mort cellulaire, est activée dans les cellules tumorales de colon de la lignée HT29, résistante à l’apoptose, après sensibilisation au resvératrol (R30 μM)
Expression de l’oncogène c-myc et du gène PPARα dans les cellules d’origines tumorales hépatiques en fonction de l’espèce, homme (A) et souris (B).Influence du ciprofibrate (cipro)
Cibles de micro ARN au niveau de la signalisation cellulaire pro-cancer (prolifération) ou anti-cancer (apoptose)
Étude métabolomique montrant l’effet dans des hépatocytes de rat d’une molécule antidiabétique en sélection : augmentation (+) et diminution (–) des voies métaboliques. (avec la permission de Metabolys)
Distribution des flux de carbone dans la bactérie Escherichia coli
Ces « cartes de flux » montrent la répartition des flux de carbone dans le métabolisme central de la bactérie E. coli. Les valeurs de flux sont exprimées relativement au flux de consommation du substrat de croissance, le glucose. À gauche : distribution dans une souche sauvage.
Intérêt des méthodes isotopiques
Bien que simple, le « réseau » métabolique de gauche ne peut être résolu du fait de la présence de deux voies parallèles. À droite, le système est résolu grâce au marquage isotopique : chacune des deux voies parallèles se traduit par un marquage isotopique spécifique des métabolites, et la proportion de chaque espèce isotopique () permet de déterminer la distribution relative des flux de carbone entre les deux voies.
Prédiction de structure secondaire (H : hélice, E ; brin, C apériodique) de l’adénylate kinase de Schistosoma mansoni (KAD_CHMA) sur le serveur NPS@ (DSC méthode statistique, MLRC combinaison de méthodes, PHD méthode neuronale). DSSP contient la structure 2D déduite de la cristallographie
Détection d’empreinte pour la modélisation
Une fois l’empreinte détectée, les séquences de la protéine d’intérêt et de l’empreinte sont alignées en tenant compte de la structure 3D connue (éviter les insertions ou les délétions dans les régions enfouies, respecter les ponts SS, éviter les substitutions défavorables au cœur).
Interconnexions entre les mécanismes épigénétiques impliqués dans la régulation de la transcription
Les îlots CpG dans les promoteurs de gènes actifs sont non méthylés. Ces promoteurs présentent un enrichissement en marques actives des histones telles que l’acétylation et la méthylation, lesquelles sont activement maintenues par des HAT, HDM et HMT.
Les interactions interatomiques prises en compte pour le calcul de l’énergie potentielle de la conformation d’une molécule par mécanique moléculaire
L’espace conformationnel est l’ensemble des conformations que peut prendre une molécule.
Il peut être représenté sous la forme du graphique ci-contre. Les « creux », ou minima d’énergie, correspondent aux conformations qui sont susceptibles d’exister naturellement.
Schéma du blocage d’une voie métabolique suite à une mutation génique et de ses conséquences
Indicateurs statistiques en fonction de la distribution des données
Le calcul automatisé de ces indicateurs est disponible dans les fonctions statistiques d’Excel®.
Grille simplifiée du choix des tests d’inférence
Quand le “p” est <0.05, le test est significatif.