Transcript molécules 2011

MOLECULES
DU VIVANT
Dr N.BRUNEAU
Hop. Cl. Huriez CHRU Lille
INTRO
 L’organisme




Oxygène: O
Hydrogène: H
Carbone: C
Azote: N
 Le


humain est composé à 96% de:
reste:
Souffre, calcium, magnésium, chlore…
Glucides, lipides, protéines
Intro

Atome



La + petite unité de matière
Composé d’un noyau (neutrons + protons) et
d’électrons
Charge neutre (protons= +, électrons= -)



Perte 1 charge (anions): Cl –
Gain 1 charge (cations): Na+, K+
Gain 2 charges (cations): Ca²+
INTRO
 Molécule




plusieurs niveaux d'organisation : atomique,
moléculaire, cellulaire, tissulaire, organique,
des systèmes, et enfin l'organisme
La molécule est une association d'atomes
+ stable qu’un atome
Pour simplifier:
• Molécules inorganiques (eau, électrolytes, gaz…)
• Molécules organiques (glucides, lipides, protéines)
I - composés inorganiques
- L’eau
- Les électrolytes
- Les oligoéléments
- Gaz
1) Eau= H2O


constituant essentiel des cellules (+ de
60% du volume cellulaire)
propriétés
• Transport des nutriments
• Réactions du métabolisme catalysées par les
enzymes
• Transfert de l’énergie chimique
a) Répartition de l’eau
EAU = 60-70% du poids(40l)
Eau totale= 60% du poids
Eau intracellulaire
= 60%
Eau extracellulaire
= 40%
Secteur interstitiel
=4/5
Secteur plasmatique
= 1/5

Variations:
- L’âge :du nouveau né (75% du poids total) au sujet
âgé (45%)
- Les tissus: os< muscles< CERVEAU !!! ( 70- 80%)
- Le sexe: ♂ > ♀
- masse graisseuse

NB :
LCR, liquides articulaires et digestifs ne font pas partie
du milieu intérieur
b) Régulation eau



Le corps humain ne peut pas stocker l’eau
Élimination permanente
 Urine +++
 Transpiration
 Respiration
Apport d’eau (boisson ou aliments) = obligatoire
 Importance de la sensation de soif
 1L /aliments et 1.5L/ boissons
 3 jours sans boire
 40 jours sans manger
ENTREES
Exogène = alimentaire
Ou perfusion IV
1500 à 2500 ml/j
Endogène
300 à 500ml/j
Sorties
Rénale
Sueur
respiration
autres faible en temps
normal (diarrhée,
vomissement, …)
REGULATION DE L’EQUILIBRE HYDRO MINERAL
L’EAU ET LE TUBE DIGESTIF
7000 à 8000ml d’eau
sécrétées puis
réabsorbées
Iléon et colon droit
L’EAU ET LE REIN – LE NEPHRON
Chaque rein contient 1 million de néphrons
REGULATION DE L’EQUILIBRE HYDRO MINERAL
L’EAU ET LE REIN
Déshydratation
↑ osmolarité
Hyperhydratation
↓ osmolarité
HYPOTHALAMUS
DEGOUT EAU
SOIF
Hypophyse
Réabsorption
d’eau
ADH
Elimination d’eau
hormone
anti diurétique
Diminution de la diurèse
Augmentation de la diurèse
Poids total
Eau = 70 %
Eau
Extra-cellulaire
1/3
Intra-cellulaire
2/3

Les compartiment intra et extra cellulaires sont
séparés par une membrane semi perméable
 Membrane= membrane cellulaire
 Semi perméable= laisse passer l’eau de façon
passive mais pas les ions
 Les ions passent à travers des canaux. Requiert
de l’énergie
 Osmolarité=
concentration de molécules
osmotiquement actives, par litre, dans une
solution
 somme de: Na+, K+, Cl-, Mg 2+ …..
 Dans le sanguin humain elle est comprise
entre 280 et 300 mOsm/L
A l’état de repos il existe un équilibre
osmotique entre le milieu extracellulaire et
le milieu intracellulaire
 En cas de modification de l’osmolarité
d’un de ces milieux seront mis en jeu
différents phénomènes de régulation afin
de rétablir au plus vite cet équilibre.

Extra-cellulaire
Na+
Intra-cellulaire
Na+
K+
K+
Na+
K+
Na/K ATPase
Osmolarité stable 290 mosmoles/L
L’eau circule librement entre les compartiments intra et extracellulaire en fonction du gradient osmotique
L’osmolarité du compartiment intracellulaire est principalement du
au K+
L’osmolarité du compartiment extracellulaire est
principalement du au Na+
Premier principe: gradient osmotique = 0
EAU
270 mmol/L
290 mmol/L
EAU
250 mmol/L
270 mmol/L
TROP d’eau
Hypo-osmolarité
EAU
290 mmol/L
300 mmol/L
EAU
310 mmol/L
300 mmol/L
Hyper osmolarité
PAS ASSEZ d’eau
2) Electrolytes
« composés chimiques qui, dissous dans un
solvant tel que l’eau, ont la propriété de se
dissocier en ions de charges électriques
opposées »
CATIONS chargés + : Na+ ,K+, CA2+, Mg2+
( migrant vers la cathode )
ANIONS chargés – : Cl-, HCO3( migrant vers l’anode )
Le ionogramme
 S’exprime en mmol/L (ou en mEq/L)
 Peut être sanguin, urinaire, LCR …
A) le sodium (Na +)
 Le sodium est le principal cation du secteur
extra cellulaire
 Natrémie : 133 – 143 mmol / L.
a) Bilan entrée sortie
b) Régulation
c) Natrémie anormale
a) Bilan entrée sortie
SORTIES
Digestives:
ENTREES
 Alimentaires:
2 à 8 g/j

Selles + Pathologie
(diarrhée,stomie,gastrique..)


Perfusion IV:
NaCl 20% 10ml=2g
NaCl 0,9% 1000ml = 9g
BicarNa 1,4% 500ml=4,5g
Ringer 1000ml =6 à 8g
Urinaires: dépendent du
Système RENINE
ANGIOTENSINE
ALDOSTERONE
qui favorise la réabsorption
du sodium et l’élimination
du potassium au niveau
du tubule distal du néphron
b) REGULATION DU SODIUM
Rôle du tube digestif
20 à 30g de Na(NaCl)
sont sécrétés
puis réabsorbés
Au niveau jéjunal
iléal et colique
Activement
Passivement
b) Régulation du sodium
rôle du rein: système rénine angiotensine
aldostérone

Rénine
Sécrétion rénine= activée (en qq secondes) par


baisse de la pression dans l’artère rénale (baisse de
la Pression artérielle ou PA)
Baisse de la natrémie
Secrétion rénine= inhibée par



augmentation PA
Augmentation natrémie
Sécrétion aldostérone (rétrocontrôle négatif)

Angiotensine II
 Puissant vasoconstricteur: permet
d’augmenter la PA
 stimulation de la production d’aldostérone
 stimulation de la soif
 appétence au sel

Aldostérone : retient le sodium et l'eau en
favorisant l'élimination dans l'urine du potassium
(pompe Na/K ATPase) = augmentation de la
natrémie et diminution de la natriurèse.

Facteur natriurétique auriculaire (FNA) : inhibe
la sécrétion de l’aldostérone et augmente le
débit de filtration glomérulaire = diminution de la
natrémie et augmentation de la natriurèse.
-
c) Dysnatrémies
Hypernatrémie
EAU
290
310
300mmol/L
300mmol/L
IC
IC
EC
EC
H2O
Na 140
Natrémie 148
Osmolarité
c) dysnatrémie

Hypernatrémie (suite)
 Définition: Na+ > 145 mEq/L
 Mécanisme: Hypernatrémie → hyper-osmolarité
plasmatique → transfert de l’eau du secteur
intracellulaire vers le secteur extracellulaire.
 Deshydratation= mécanisme de perte d’eau
 Causes:
• Défaut d’apport en eau libre
• Perte eau libre (diarrhée, brulés, vomissement)
• Surcharge en sel (rare)

Population concernée: nourrissons et personnes
âgées

SC:
• Dépend de la vitesse d’installation
• Signes de DIC: soif intense, sécheresse
muqueuses, signes neurologiques non spécifiques

Ttt:
• Apport en eau libre (surveillance +++ de la
natrémie)
!!! Correction de la Natrémie = maxi 8-10
mmol/L sur 24h
Hyponatrémie
EC
EC
IC
IC
H2O
Na 140
Natrémie diminue 125
Osmolarité diminue

Hyponatrémie (suite)




Définition: Na+ < 135 mEq/L
Mécanisme: Hyponatrémie → hypo-osmolarité
plasmatique → diffusion de l’eau du secteur
extracellulaire vers le secteur intracellulaire
Hyperhydratation intracellulaire= mécanisme de
surcharge en eau
Causes
•
•
•
•
Iatrogene
Atteinte rénale
SIADH
Polydipsie (psy, sd des buveurs de bière)


SC: Hyperhydratation intra-cellulaire : nausée,
vomissement, dégoût de l’eau, prise de poids,
trouble de la conscience, asthénie,
convulsion.
Ttt: restriction hydrique
Natrémie = reflet de l’état d’hydratation du
secteur intracellulaire
PAS DU CAPITAL SODE !!!!!
B) Le potassium (K+)


Kaliémie= 3,5 à 5 mEq/L= 2%
K+ intracellulaire= 90% du K+ total (surtout
cellules musculaires, myocarde, hématies)
 Environ 10% stockés dans les os

Rôle:



Polarisation membranaire
Automatisme cardiaque
Contraction musculaire
a) Bilan entrée sortie
 Entrée



Apports alimentaires
Hydrique
Endogène: catabolisme cellulaire
 Sortie



Rénale +++
Digestive: vomissement, selles +/Cutanée +/-
b)Régulation du potassium
La kaliémie est une mauvaise représentation des
apports en potassium
Excès d’apport: stockage dans les cellules
Défaut d’apport: sortie de K+ vers le secteur
extracellulaire
 SRAA
 Échange contre des ions Na+
 Aldostérone: réabsorption de Na+ et
élimination de K+
alcalose
Insuline
Acidose
Glucocorticoide
Médicament
(salbutamol,
cortico)
entrée
Lyse cellulaire
K+
K+
cellule
sortie
Secteur
plasmatique
c) Dyskaliémie

Hyperkaliémie
 Définition: K+ > 5 mmol/L
 Causes
•
•
•
•
•
•
•
Lyse cellulaire (rhabdomyolyse, crush Sd)
Insuffisance rénale
Iatrogène
Insuffisance surrénale
Apport excessif
Diabète
acidose

SC: dépendent de la sévérité et de la rapidité
d'installation de l'hyperkaliémie
• tremblements et paresthésies des membres, une
faiblesse musculaire des membres inférieurs,
• bradycardie (ralentissement du rythme cardiaque),
des palpitations cardiaques,
• des nausées ou des vomissements peuvent se
voir.

Électrocardiogramme systématique

TTT:
• > 6.5 mmol/L: hospitalisation en réanimation
• Rentrer le K+ ou sortir le K+
K+
Insuline
salbutamol
cellule
Kayexalate
dialyse
K+
Secteur
plasmatique
exterieur

Hypokaliémie
 K+ < 3.5 (<3 !!!)
 Causes:
• Pertes digestives (vomissements, diarrhée)
• Iatrogènes (diurétiques, insuline…)

SC:
• Troubles rythme cardiaque
• Crampes musculaires

ECG

TTT
= apport de K+
(attention maxi 0.5g/h sur voie veineuse
périphérique et maxi 1g /h sur VVcentrale)
C) Calcium
Calcémie: Ca2+ =2.3 et 2.6mmol/L (95-105 mg/L)
Répartition:2% du poids
Squelette 99%
Plasma 1% 40% liés aux protéines
60% ionisé
Rôle:
Coagulation,excitabilité neuro musculaire,
contraction musculaire
Apports
Alimentaires
12 à 35mmol/j
600mg à 1g/j
Lait
Œufs
Eau min
!!!grossesse
IV ou cp
Vitamine
D
a) Entrées, sorties
Ca
Plasma
2,5mmol/l
=1%
99%
Selles(18mmol/j)
Urines(2mmol/j)
b) Régulation
LES HORMONES
LA PARATHORMONE
PTH
LA THYROCALCITONINE
Sécrétée par la glande thyroide
Sécrétée par les glandes
parathyroides
Rôle:
- libération du Ca osseux
- stimule la formation de VitD
- Absorption de Ca par le rein
Rôle:
- Inhibe la libération du Ca
osseux
- Facilite l’élimination rénale
-
HYPERCALCEMIE
-
HYPOCALCEMIE
Apports
Alimentaires
insuffisants
SECRETION DE
PTH
Vitamine D
insuff
Ca
Plasma
=
hypocalcémie
Synthèse de
Vit D
Selles
Urines
Apports
Alimentaires
SECRETION DE
thyrocalcitonine
Vitamine D
Ca
Plasma
=
hypercalcémie
Selles
Urines
c) dyscalcémies

Hypercalcémie



Ca2+ > 2.6 (majeures > 3,5 soit 140mg/L)
Causes
• Cancer (50%): métastases osseuses, tumeur
secrétante
• hyperparathyroidie
SC
• Pas de SC
• Signes osseux
• Pancréatite …

TTT
• Ttt de la cause
• Calcitonine…

Hypocalcémie




Ca2+ < 2.2
SC:
• Neuromusculaires: tétanie
• Asthénie (fatigue)
Causes
• Hypoparathyroidie
• Carence en vit D
TTT
• Calcium
• Vit D
3) Oligoéléments
classe de nutriments minéraux nécessaires à la vie
présents dans l’organisme en quantité très faibles
(< 1mg/kg) »
- provoquent des pathologies en cas d’excès ou de
déficit
Iode, Fer, Cuivre, Zinc, Selenium,Chrome …..
- ne sont pas ionisés ( transport protéique)
- rôle de cofacteurs enzymatiques
- rôle dans la structure hormonale ( Zn, I)
- rôle dans certaines structures tissulaires ( Fluor)
4) gaz
A) Di-oxygène (O2)


Propriétés
 Gaz inodore
 21% dans l’air, diminue en altitude
Rôle
Indispensable à la cellule (participe à la production
d’énergie)

Transporté par hémoglobine
O2
CO2

Pathologies
 Hypoxie / Anoxie
 Méthémoglobinémie
 drépanocytose
B) CO2

Propriétés
 Dioxyde de carbone ou gaz carbonique
 < 0.04% dans l’air
 Transport
 Hémoglobine
 Bicarbonate (HCO3)
 rôle

Pathologie
Dose toxique > 3% pendant plus de 15 min
15% perte de connaissance brutale (cf incendies
dans un avion, intoxication au CO)
C) Azote (N)



79%
Constituant des acides aminés, ADN…
NO vasodilatateur
II. Molécules organiques
(contient des atomes de C)
1) Glucides
A) structure
On les appelle aussi saccharides, hydrates de carbone ou
sucre
Se divisent en
- MONOSACCHARIDES ou sucres simples
- DISACCHARIDES
- POLYSACCHARIDES ou sucres complexes
Peuvent s’associer aux protéines et aux lipides:


Glycolipides
glycoprotéines
Les MONOSACCHARIDES ou sucres simples
GLUCOSE C6 H12 O6
TRIOSE : 3 atomes de C
TETROSE : 4 C
PENTOSE : 5 C
HEXOSE : 6 C
HEPTOSE : 7 C
Hexoses absorbés
sans digestion :
C6 H12 O6
GLUCOSE
GALACTOSE
FRUCTOSE
CH2OH
H
C
O
H
C
OH
H
C
OH
C
C
H
OH
O
Monosaccharides: éléments importants
 Fructose (5C): Éléments de la structure
des acides nucléiques et de coenzymes
 Glucose (6 C): Principal carburant
métabolique des tissus
LES DISACCHARIDES
Association de deux monosaccharides
GLU + GLU → MALTOSE + H2O
GLU + FRU → SACCHAROSE
GLU + GAL → LACTOSE
Nécessitent une hydrolyse enzymatique pour être absorbés
par la muqueuse intestinale
= sucres rapides
LES POLYSACCHARIDES
= association d’un grand nombre d’oses simples
AMIDON : chaînes moléculaires de GLU ( 500 000 molécules ).
Polysaccharide de réserve des plantes
GLYCOGENE : forme de stockage du GLU dans l’organisme
Polysaccharide de réserve des mammifères
Nécessitent des hydrolyses enzymatiques complexes pour être
absorbés par la muqueuse digestive = sucres lents
CELLULOSE : contenue dans les fibres végétales: peu / pas digérée
B) Métabolisme des glucides
a) apport et digestion
b) rôle énergétique
c) régulation de la glycémie
a) Apports et digestion

Apports
Les glucides = 50% de la ration calorique
Soit 4g par kg et par jour
Sous forme
de sucres lents : amidon
de sucres rapides : saccharose lactose
 Digestion
Débute dans la bouche puis estomac et surtout
duodénum
Sauf cellulose…
b) Rôle énergétique
GLUCIDES = biomolécules énergétiques
Métabolisme = ensemble des réactions biochimiques
cellulaires
= équilibre entre ANABOLISME : ensemble des réactions qui
consomment de l’énergie (synthèse)
et CATABOLISME : ensemble des réactions qui fournissent
de l’énergie
APPORTS > DEPENSES
ANABOLISME
APPORTS < DEPENSES
CATABOLISME
GLUCIDES + O2  CO2 + H2O + E (4 Cal/g)
RESPIRATION
CELLULAIRE
Ex: GLU donne 38 ATP
ATP
c) Régulation glycémie
GLYCEMIE : taux de glucose sanguin = 1g/l ou 5mmol/l
Intérêt de maintenir glycémie ≈ 1g/l
HYPERGLYCEMIE : diurèse osmotique, coma….
HYPOGLYCEMIE : manif neuro, coma ….
REGULATION:
organes
hormones
Réserve de
1 jour
Glycogène
(150g)
GLU
glycogénolyse
glycogénogénèse
GLU
Glycogénogénèse: mise en réserve du glucose issu
d'une alimentation riche en glucides (insuline)
Glycogénolyse: synthèse de glucose à partir du
glucogène
MUSCLE:
-stocke le GLU en glycogène (250 à 375g); stockage
pour sa propre utilisation
CERVEAU:
-n’utilise que le GLU comme substrat énergétique
REIN:
-élimine le GLU si > 1,80g/l = glycosurie

Néoglycogénèse (foie): synthèse de glucose
à partir de précurseurs non glucidiques
• Survient lors d’un jeûne prolongé, après
épuisement des réserves en glycogène (1 jour)
• Utilisation des AA (lyse des protéines musculaires)
• Utilisation des glycérols (lyse du tissu adipeux)
• Permet une survie de 3 semaines

Glycolyse: voie métabolique d'assimilation du
glucose et de production d'énergie (insuline)
INSULINE:
sécrétée par les cell β des ilôts de Langerhans
pancréatiques

HYPOGLYCEMIANTE:
-active la pénétration du GLU dans les cellules
-active la synthèse du glycogène hépatique
-active les enzymes de la glycolyse
-transformation GLU en lipide(glycerol)
-stimule la synthèse protéique
ACTIVEE:
hyperglycémie (détectée par les cellules pancréatiques)
• Hormones hyperglycémiantes
GLUCAGON: sécrétée par les cell pancréatiques
capteurs pancréatiques
ADRENALINE : sécrétée par la médullosurrénale
capteurs centres sympathiques
+/- cortisol, progestatif, hormones thyroidiennes, STH
(GH)…
2) Lipides
A) structure




constituent la matière grasse des êtres
vivants.
Ce sont des molécules hydrophobes, non
solubles dans l’eau
Les lipides peuvent être classés selon la
structure de leur squelette carboné (AG,
phospholipides, triglycérides…)
2 catégories
• Lipides de réserve
• Lipides membranaires
B) Métabolisme lipides
a) apport et digestion


Apport sous forme essentiellement de TG
Digestion par les sels biliaires et enzymes
pancréatiques au niveau intestin grêle
b) Rôle énergétique
Les réserves de lipides sont constituées de TG
La + grande réserve d’énergie chez l’animal,
surtout en cas de jeûne prolongé
La lipolyse: réaction de dégradation des lipides afin de
fournir de l'énergie (enz pancréatiques)
c) Régulation des lipides
 fourniture des acides gras nécessaires à la synthèse des
lipides de structure ;
mise en réserve de l’énergie. Lorsque les
aliments sont trop riches et excèdent les
besoins de l’organisme, les lipides sont stockés
dans les tissus adipeux.
Quand les adipocytes sont « pleins »,
multiplication du nb d’adipocytes.
Si amaigrissement: les adipocytes se vident mais
pas diminution du nb

FONCTIONS DES LIPIDES
ENERGIE
STRUCTURE
ROLES BIOLOGIQUES SPECIFIQUES
Hormones
Vitamines
Coenzymes
Transporteurs dʼélectrons
Médiateurs
3) Protéines
A) Structure

L’UNITE de base= l’ACIDE AMINE

En général, on parle de protéine lorsque la chaîne
contient un grand nombre d’acides aminés, et de
peptide pour des assemblages de petite taille (50 AA).

On peut théoriquement faire une infinité d'acides
aminés.

chez l'Homme, comme chez de nombreuses espèces,
seuls vingt acides aminés différents sont incorporés
dans les protéines lors de la traduction.
= Toutes les protéines sont construites à partir de 20 AA
différents

Les caractéristiques spatiales sont
fondamentales pour leur fonction
 Toute modification de leur structure 3D va
empêcher la protéine de fonctionner
Ex: >43°C: destruction enzymatique… décès du
patient

8 AA essentiels



qui ne peuvent être synthétisés par l’homme
leucine, thréonine,…
2 AA semi essentiels


synthétisés en quantité insuffisantes seuls les
nourrissons ont besoin de cet apport
histidine et Arginine
B) Métabolisme
a) Apport et digestion
Protéines animales ou végétales sont
désagrégées dans l’estomac et le duodénum et
polypeptides puis peptides puis AA
Pas de stockage
b) Rôle des protéines
Différentes fonction dans l’organisme
 les protéines enzymatiques: catalysent
l'essentiel des réactions chimiques de la cellule

les protéines de structure: permettent à la cellule
de maintenir son organisation dans l'espace.
CYTOSQUELETTE



Transport: hémoglobine
Hormones
Anticorps….
c) Régulation des protéines

Synthèse



Génétiquement déterminée
À partir des AA libres contenus dans la cellule
2 étapes
• Transcription d’un gène d’ADN en molécule d’ARNm
(noyau)
• Traduction de l’ARN m
L’ARN m sort de la cellule
S’accroche à un ribosome
3 nucléotides = 1codon = 1 AA
La protéine s’allonge jusqu’à 1
codon STOP
Puis la protéine sort de la cellule
Rôle des AA : Synthèse protéique
AA extracell
NOYAU
ADN
AA
ARNm
Protéines
Rôle spécif.
Foie
Muscle
Peau
Intestin
PATHOLOGIES

Glucides
Ex:Diabète (carence en insuline) type I ou II



I: destruction des cellules qui fabriquent l’insuline
II: résistance à l’insuline
Lipides
 Cholestérol (plaque athérome)
 Protéine
 Phénylcétonurie
 Albinisme (pas de synthèse de mélanine)
CONCLUSION
 L’organisme
animal= laboratoire de
réaction chimiques en tout genre
(respiration cellulaire, fabrication des
protéines, stockage glucose…)
 Chaque élément peut être atteint par une
pathologie (congénitale ou acquise) et va
perturber cet équilibre parfait