L3 Informatique, Option Bioinformatique, 2015
Elements de biochimie et debiologie moleculaireSamuel Blanquart, charge de recherche Inria
Equipe Bonsaihttp ://www.lifl.fr/bonsai/
http ://bioinfo.lifl.fr/
Les atomes, La classification periodique de Mendeleiev
Les atomes, Abondances relatives des atomes sur la Terre
Le vivant utilise principalement :
▸ Les atomes les plus abondants : H, C , O, N,
▸ Les ions metalliques K+, Ca2+, Mg2+, Na+, Fe2+,
▸ Des non metaux : P, S , Cl−.
Les atomes, Orbitales atomiques et valence des atomes
Une paire d’electron ou “paire de Lewis” occupe une “orbitaleatomique”. Un electron seul est dit libre, et il peut :
▸ Etre perdu par l’atome, par exemple dans l’ion Na+
▸ Etre capte par un atome, par exemple l’ion Cl−
▸ Former une liaison dite covalente avec un autre electron libre restelie a un autre atome. La paire formee par les deux electrons librescree une liaison chimique covalente entre les deux atomes.
Quelques molecules organiques et inorganiques simples▸ Deux atomes d’hydrogene ayant chacun 1 valence forment une
molecule de dihydrogene H2 : H + H → H −H.
▸ Deux atomes d’oxygene ayant chacun 2 valences forment unemolecule de dioxygene O2 : O + O → O = O.
▸ Deux atomes d’azote ayant chacun 3 valences forment une moleculede diazote N2 :
...N +
...N → N ≡ N.
Un atome de carbone possede 4 valences (....C ), et peut se lier a :
▸ 4 autres atomes, disposes aux sommets d’un tetraedre dont C est lecentre.
▸ 3 autres atomes (dont un est lie a C par une double liaisoncovalente), disposes dans un plan.
▸ 2 autres atomes (dont un est lie a C par une triple liaisoncovalente), disposes au long d’un axe.
Un carbone C peut par exemple se lier a :
▸ 4 hydrogenes H, on obtient un methane CH4.
▸ 2 oxygenes O, on obtient le dioxyde de carbone O = C = O, ouCO2.
▸ 1 hydrogene H et 1 azote N, on obtient du cyanure H −C ≡ N, etc.
Geometrie des chaınes carbones
La chimie organique ou chimie des molecules carboneesLes groupements moleculaires lies au carbone :
Quels groupements pouvez-vous identifier dans la molecule suivante ? :
Quelques molecules organiques remarquables en biochimie▸ Les alcools :
▸ Les vitamines :
▸ Les hemes :
Quelques molecules organiques remarquables en biochimie▸ Les hormones et les neurotransmetteurs :
▸ Les drogues :
▸ Les molecules toxiques :
Quelques molecules organiques remarquables en biochimie
Les glucides, ou sucres
▸ Les sucres “mono-saccharides” :
▸ Les sucres “di-saccharides” :
▸ Les polymeres de glucose :
Quelques molecules organiques remarquables en biochimie
Les lipides, acides-gras ou graisses
▸ Acides gras satures :
▸ Acides gras insatures :
▸ Les lipides complexes :
Les acides-amines
Liaison peptidique et proteines
▸ La liaison peptidique lie deux acides-amines pour former un peptide,soit petite proteine :
▸ Le “squelette peptidique” :
▸ Repliement du peptide et structure secondaire :
Repliement des proteinesExemple de l’hemoglobine :
▸ La structure tertiaire d’une proteine, ou repliement :
▸ La structure quaternaire, ou association de plusieurs proteines :
Les proteines structurales▸ Les collagenes (structure peau, os, cornee, membranes cellulaire) :
▸ Les tubulines et microtubules (cytosquelette, mobilite cellulaire,transport intra-cellulaire, replication, etc.) :
▸ L’actine et les filaments d’actine (contraction, mobilite, etc.) :
Les proteines fonctionnelles▸ Les hormones peptidiques : provoquent des reactions lorsqu’elles
sont captees par une proteine receptrice.
▸ Les enzymes : realisent des reactions biochimiques, metaboliques etcataboliques, par exemple sur l’ADN, l’ARN, des metabolites oud’autres proteines.
▸ Les recepteurs : lancent une cascade de reactions lorsqu’elles fixentun ligand (ion, metabolite, hormone, etc.).
▸ Les proteines membranaires : assurent la communication /signalisation de part et d’autre de la membrane plasmique.
▸ Les canaux a ions ou a neurotransmetteurs : font franchir lamembrane plasmique a d’autres molecules / atomes (signal nerveux,perception temperature, pression, osmose, etc.).
▸ Les pompes a proton : proteines transmembranaires generant del’energie lorsqu’elles sont traversees d’un flux de proton H+
(respiration, photosynthese, ex : ATP synthase).
▸ Les histones : compactent l’ADN sous forme de chromosomes.
▸ Les immunoglobulines : assurent l’immunite et la reconnaissance dusoi.
Biosynthese des proteines▸ Le ribosome : complexe forme de proteines (ribosomal proteins, RP)
et d’Acide Ribo-Nucleique (ARN 28S, 18S, 5S).
▸ Synthese ribosomale : le ribosome traduit un ARN messager(ARNm, ou mRNA) en proteine (chez tous les etres cellulaires).
▸ Synthese non-ribosomale : realisee par les proteines NRPSnon-ribosomal peptide synthetase (bacteries et champignons).
Les acides nucleiques de l’ADN et de l’ARN▸ Les nucleobases ou bases azotees : de forme purine (Ademine et
Guanine) ou pyrimidine (Cytosine, Uracile et Thymine).
▸ Les nucleosides : une nucleobase (A, C, G, T ou U) + un sucre,ribose (ribo-nucleoside) ou desoxyribosose (desoxyribo-nucleosides).
▸ Les phospho-nucleotides (A, C, G, T ou U) : un nucleoside + ngroupements phosphates.
L’ADN et l’ARN▸ l’ADN : acide desoxyribonucleique, constitue des bases A, C, G et T.▸ L’ARN : acide ribonucleique, constitue des bases A, C, G et U.▸ L’ARN et l’ADN, des polymeres de phospho-nucleotides :
▸ Les paires de bases “AT” et “GC” :
▸ Structure secondaire des ADN et ARN :
Les formes de l’ADN▸ La double helice de l’ADN :
▸ Plasmides et chromosomes, les supports de l’information genetique :
Les ARN fonctionnels
▸ micro-ARN et ARN interferant : se fixent aux ARNm et en modifientle comportement :
Les ARN fonctionnels▸ Les ARN messagers (ARNm), ou transcrit : produits de l’expression
des genes. La sequence d’ADN du gene est recopiee (transcrite) sousla forme d’un ARNm.
▸ Les ARN de transfert (ARNt ou tRNA), le code genetique et la“traduction” du codon en acide amine :
Les ARN fonctionnels▸ Les sous-unites de l’ARN ribosomique, ARNr ou rRNA (16S, 23S, 5S
chez les bacteries et les archees ; 18S, 28S, 5S chez les Eucaryotes) :
▸ Le ribosome, un complexe d’ARNr et de proteines ribosomiques :
▸ La traduction : Le ribosome et les ARN de transfert synthetisent laproteine encodee par la region codante d’un ARN messager.
Production des donnees de biologie moleculaire▸ Spectrometrie de masse
▸ Cristallographie
▸ De la chromatographie au sequencage robotise a haut debit (NGS,HTS)