Biochimie
Cinquième édition
Lubert Stryer
Jeremy M. Berg
John L. Tymoczko
Médecine-Sciences Flammarion
Préfacexxvii
Outils et techniquesxxxii
Applications cliniquesxxxiii
Évolution moléculairexxxiv
Remerciements
xxxv
Partie 1 Architecture moléculaire de la vie
Chapitre 1 Prélude: biochimie et révolution génomique
3
1.1 Le DNA illustre les relations entre la forme et la fonction
4
1.1.1 Le DNA est construit à partir de quatre modules élémentaires4
1.1.2 Deux brins simples de DNA se combinent pour former une double hélice5
1.1.3 Le RNA est un intermédiaire dans le flux de l'information génétique6
1.1.4 Les protéines, codées par les acides nucléiques, effectuent la plupart des fonctions cellulaires6
1.2 Une unité biochimique est sous-jacente à une diversité biologique
7
1.3 Les liaisons chimiques en biochimie
8
1.3.1 Des interactions réversibles entre biomolécules sont médiées par trois types de liaisons non covalentes9
1.3.2 Les propriétés de l'eau affectent les capacités de liaison des biomolécules10
1.3.3 L'entropie et les principes de la thermodynamique11
1.3.4 Le reploiement des protéines peut être compris en termes de variations d'énergie libre14
1.4 Biochimie et biologie humaine
15
Chapitre 2 L'évolution biochimique
19
2.1 Des molécules organiques clé ont été utilisées par les systèmes vivants
20
2.1.1 De nombreux constituants des macromolécules biochimiques peuvent être produits lors de réactions prébiotiques simples20
2.1.2 Des incertitudes demeurent quant à l'origine de certaines biomolécules clé21
2.2 L'évolution nécessite la reproduction, la variation et la pression sélective
21
2.2.1 Les principes de l'évolution peuvent être mis en évidence in vitro22
2.2.2. Les molécules de RNA peuvent se comporter en catalyseur23
2.2.3 Les aminoacides et leurs polymères peuvent jouer des rôles biosynthétiques et des rôles catalytiques23
2.2.4 La synthèse polypeptidique dirigée par une matrice de RNA relie le monde du RNA à celui des protéines24
2.2.5 Le code génétique élucide les mécanismes de l'évolution25
2.2.6 Les RNA de transfert illustrent l'évolution par duplication de gène26
2.2.7 Le DNA est une forme stable de stockage de l'information génétique
26
2.3 Des transformations de l'énergie sont nécessaires pour le maintient des systèmes vivants
28
2.3.1 L'ATP, unité commune d'énergie biochimique, peut être créé par dégradation de molécules organiques28
2.3.2 Des cellules ont été formées par inclusion d'acides nucléiques dans des membranes29
2.3.3 La compartimentation nécessite le développement de pompes ioniques30
2.3.4 Les gradients de protons peuvent être utilisés pour activer la synthèse de l'ATP31
2.3.5 L'oxygène moléculaire, sous-produit toxique de certains processus photosynthétiques, peut être utilisé dans des buts métaboliques
32
2.4 Les cellules peuvent répondre aux changements de leur environnement
33
2.4.1 Des structures filamenteuses et des moteurs moléculaires permettent des mouvements intracellulaires ou cellulaires34
2.4.2 Certaines cellules peuvent entrer en interaction pour former des colonies douées de fonctions spécialisées35
2.4.3 Le développement d'organismes multicellulaires nécessite la différenciation orchestrée des cellules36
2.4.4. L'unité de la biochimie permet à la biologie humaine d'être efficacement explorée grâce à l'étude d'autres organismes
37
Chapitre 3 Structure et fonction des protéines
41
3.1 Les protéines sont construites à partir d'un répertoire de 20 aminoacides
43
3.2 Structure primaire: les aminoacides sont unis par des liaisons peptidiques pour former des chaînes polypeptidiques
51
3.2.1 Les protéines ont des séquences spécifiques d'aminoacides déterminées par les gènes
53
3.2.2 Les chaînes polypeptidiques sont flexibles bien que limitées dans leur conformation
54
3.3 Structure secondaire: les chaînes polypeptidiques peuvent se reployer en structures régulières telles que l'hélice alpha, le feuillet bêta, les coudes et les boucles
56
3.3.1 L'hélice alpha est une structure enroulée stabilisée par des liaisons hydrogène intrachaînes56
3.3.2 Les feuillets bêta sont stabilisés par des liaisons hydrogène entre les brins polypeptidiques58
3.3.3 Les chaînes polypeptidiques peuvent changer de direction en effectuant des coudes ou des boucles60
3.4 Structure tertiaire: les protéines hydrosolubles se reploient en des structures compactes présentant des cores non polaires
61
3.5 Structure quaternaire: les chaînes polypeptidiques peuvent s'assembler en des structures multi-sous-unitaires
63
3.6 La séquence des aminoacides d'une protéine détermine sa structure tridimensionnelle
64
3.6.1 Les aminoacides ont des propensions différentes à former des hélices alpha, des feuillets bêta ou des coudes bêta66
3.6.2 Le reploiement des protéines est un processus hautement coopératif68
3.6.3 Les protéines se reploient par stabilisation progressive d'intermédiaires et non par une recherche au hasard68
3.6.4 La prédiction de la structure tridimensionnelle à partir de la séquence demeure un grand problème69
3.6.5 La modification et le clivage des protéines apportent de nouvelles possibilités
69
Chapitre 4 Explorer les protéines
77
4.0.1 Le protéome est la représentation fonctionnelle du génome
78
4.1 La purification des protéines est une étape essentielle de la compréhension de leur fonction
78
4.1.1 Le dosage: comment reconnaissons-nous la protéine que nous cherchons?
78
4.1.2 Les protéines doivent être extraites de la cellule avant d'être purifiées
79
4.1.3 Les protéines peuvent être purifiées sur la base de leur taille, de leur charge et de leur affinité de liaison
80
4.1.4 Les protéines peuvent être séparées par électrophorèse sur gel puis mises en évidence
83
4.1.5 Un schéma de purification d'une protéine peut être évalué quantitativement
86
4.1.6 L'ultracentrifugation est précieuse pour séparer les biomolécules et déterminer leur masse
87
4.1.7 La masse d'une protéine peut être déterminée avec précision par spectrométrie de masse
89
4.2 La séquence des aminoacides peut être déterminée par dégradation d'Edman automatisée
91
4.2.1 Les protéines peuvent être clivées de façon spécifique en petits peptides pour en faciliter l'analyse
94
4.2.2 Les séquences des aminoacides apportent de nombreux types d'information
96
4.2.3 La technologie du DNA recombinant a révolutionné le séquençage des protéines
97
4.3 L'immunologie apporte d'importantes techniques pour l'investigation des protéines
98
4.3.1 Des anticorps spécifiques d'une protéine peuvent être créés
98
4.3.2 Des anticorps monoclonaux de pratiquement toutes les spécificités désirées peuvent être aisément préparés
100
4.3.3 Les protéines peuvent être détectées et dosées par utilisation d'un ELISA
101
4.3.3 Le Western blotting permet la détection de protéines séparées par électrophorèse sur gel
103
4.3.5 Des marqueurs fluorescents permettent la visualisation des protéines dans la cellule
103
4.4 Les peptides peuvent être synthétisés par des méthodes automatiques en phase solide
104
4.5 La structure tridimensionnelle des protéines peut être déterminée par spectroscopie par RMN ou par cristallographie de rayons X
107
4.5.1 La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire peut révéler la structure des protéines en solution
107
4.5.2 La cristallographie par rayons X révèle la structure tridimensionnelle au niveau atomique
110
Chapitre 5 DNA, RNA et flux de l'information génétique
117
5.1 Un acide nucléique est constitué de quatre types de bases liées à un squelette ose-phosphate
118
5.1.1 Le RNA et le DNA diffèrent par le composant osidique et par l'une des bases
118
5.1.2 Les nucléotides sont les unités monomériques des acides nucléiques
120
5.2 Une paire de chaînes d'acide nucléique présentant des séquences complémentaires peut former une structure en double hélice
121
5.2.1 La double hélice est stabilisée par des liaisons hydrogène et des interactions hydrophobes121
5.2.2 La double hélice facilite la transmission précise de l'information héréditaire 123
5.2.3 La double hélice peut subir une fusion réversible 124
5.2.4 Certaines molécules de DNA sont circulaires et surenroulées 125
5.2.5 Des acides nucléiques simple brin peuvent adopter des structures élaborées
126
5.3 Le DNA est répliqué par des polymérases qui prennent leurs instructions de matrices
127
5.3.1 La DNA polymérase catalyse la formation de la liaison phosphodiester 127
5.3.2 Les gènes de certains virus sont faits de RNA
128
5.4 L'expression des gènes est la transformation de l'information du DNA en molécules fonctionnelles
129
5.4.1 Divers types de RNA jouent des rôles clé dans l'expression des gènes 129
5.4.2 Tout le DNA cellulaire est synthétisé par des RNA polymérases 130
5.4.3 Les RNA polymérases prennent leurs instructions d'une matrice de DNA 131
5.4.4 La transcription commence près des sites promoteurs et s'arrête au niveau des sites de terminaison 131
5.4.5 Le RNA de transfert est la molécule adaptatrice dans la synthèse des protéines
132
5.5 Les aminoacides sont codés par des groupes de trois bases à partir d'un point fixe
133
5.5.1 Caractéristiques essentielles du code génétique 134
5.5.2 Le RNA messager contient des signaux de départ et des signaux stop pour la synthèse des protéines 135
5.5.3 Le code génétique est presque universel
135
5.6 La plupart des gènes des eucaryotes sont des mosaïques d'introns et d'exons
136
5.6.1 La maturation du RNA crée le RNA mature 137
5.6.2 De nombreux exons codent pour des domaines protéiques
137
Chapitre 6 Explorer les gènes
143
6.1 Outils de base pour l'exploration des gènes
144
6.1.1 Les enzymes de restriction coupent le DNA en fragments spécifiques 144
6.1.2 Les fragments de restriction peuvent être séparés par électrophorèse sur gel et visualisés 145
6.1.3 Le DNA est habituellement séquence par interruption contrôlée de la réplication (méthode des didésoxynucléotides de Sanger) 146
6.1.4 Des sondes de DNA et des gènes peuvent être synthétisés par des méthodes en phase solide automatisées 148
6.1.5 Des séquences de DNA sélectionnées peuvent être très amplifiées par réaction de polymérisation en chaîne 149
6.1.6 La PCR est une puissante technique pour le diagnostic médical, la médecine légale et l'évolution moléculaire
151
6.2 La technologie du DNA recombinant a révolutionné tous les aspects de la biologie
151
6.2.1 Les enzymes de restriction et la DNA ligase sont des outils clé pour la formation de molécules de DNA recombinant 152
6.2.2 Les plasmides et le phage lambda sont des vecteurs de choix pour le clonage du DNA dans les bactéries 153
6.2.3 Des gènes spécifiques peuvent être clones à partir d'un digestat de DNA génomique 155
6.2.4 De longs fragments de DNA peuvent être analysés efficacement par marche sur le chromosome
156
6.3 Manipulation des gènes des eucaryotes 157
6.3.1 Le DNA complémentaire préparé à partir d'un mRNA peut être exprimé dans des cellules hôte 157
6.3.2 Le niveau d'expression des gènes peut être examiné dans son ensemble 159
6.3.3 De nouveaux gènes insérés dans des cellules eucaryotes peuvent être efficacement exprimés 160
6.3.4 Des animaux transgéniques hébergent et expriment des gènes introduits dans leur lignée germinale 161
6.3.5 L'invalidation d'un gène apporte des informations sur sa fonction 162
6.3.6 Des plasmides inducteurs de tumeurs peuvent être utilisés pour introduire de nouveaux gènes dans des cellules végétales
163
6.4 De nouvelles protéines peuvent être fabriquées par mutagenèse dirigée
164
6.4.1 Des protéines avec de nouvelles fonctions peuvent être créées par des changements dirigés du DNA 164
6.4.2 La technologie du DNA recombinant a ouvert de nouvelles perspectives
165
Chapitre 7 Explorer l'évolution
171
7.1 Les homologues descendent d'un ancêtre commun
173
7.2 L'analyse statistique de l'alignement des séquences peut détecter une homologie 173
7.2.1 La signification statistique des alignements peut être estimée par brassage 175
7.2.2 Des relations évolutives éloignées peuvent être détectées grâce à l'utilisation de matrices de substitution 177
7.2.3 Des bases de données peuvent être consultées pour identifier des séquences homologues
178
7.3 L'examen de la structure tridimensionnelle enrichit notre compréhension des relations évolutives
179
7.3.1 La structure tertiaire est plus conservée que la structure primaire 179
7.3.2 La connaissance des structures tridimensionnelles peut aider à l'évaluation de l'alignement des séquences 180
7.3.3 Des motifs répétitifs peuvent être détectés en alignant les séquences avec elles-mêmes 181
7.3.4 Evolution convergente: solutions communes à des problèmes biochimiques 182
7.3.5 La comparaison des séquences du RNA peut être une source d'information sur les structures secondaires
182
7.4 Des arbres phylogénétiques peuvent être construits sur la base d'informations sur les séquences
183
7.5 Des techniques modernes rendent possible l'exploration expérimentale de l'Évolution
184
7.5.1 Le DNA ancestral peut parfois être amplifié et séquence 184
7.5.2 L'évolution moléculaire peut être étudiée expérimentalement
184
Chapitre 8 Enzymes: concepts de base et cinétique
189
8.1 Les enzymes sont des catalyseurs puissants et extrêmement spécifiques
190
8.1.1 De nombreux enzymes nécessitent des cofacteurs pour être actifs 191
8.1.2 Les enzymes peuvent transformer l'énergie d'une forme en une autre 192
8.1.3 Les enzymes sont classés sur la base des types de réactions qu'ils catalysent
192
8.2 L'énergie libre est une fonction thermodynamique puissante pour comprendre les enzymes
193
8.2.1 La variation d'énergie libre apporte des informations sur la spontanéité mais pas sur la vitesse d'une réaction 193
8.2.2 La variation d'énergie libre standard d'une réaction est en relation avec la constante d'équilibre 194
8.2.3 Les enzymes ne modifient que la vitesse de réaction, sans changer l'équilibre de la réaction
196
8.3 Les enzymes accélèrent les réactions en facilitant la formation de l'état de transition
196
8.3.1 La formation d'un complexe enzyme-substrat est la première étape de la catalyse enzymatique 197
8.3.2 Les sites actifs des enzymes ont certains caractères en commun
198
8.4 Le modèle de Michaelis-Menten explique les propriétés cinétiques de nombreux enzymes
200
8.4.1 Signification des valeurs de KM et Vmax203
8.4.2 Perfection cinétique de la catalyse enzymatique: le critère kcat/KM205
8.4.3 La plupart des réactions biochimiques mettent enjeu plusieurs substrats 207
8.4.4 Les enzymes allostériques n'obéissent pas à la cinétique de Michaelis-Menten
208
8.5 Les enzymes peuvent être inhibés par des molécules spécifiques
209
8.5.1 Les inhibitions compétitive et non compétitive peuvent être distinguées par des méthodes cinétiques 210
8.5.2 Les inhibiteurs irréversibles peuvent être utilisés pour établir une carte du site actif 210
8.5.3 Les analogues de l'état de transition sont de puissants inhibiteurs des enzymes 213
8.5.4 Des anticorps catalytiques démontrent l'importance de la liaison spécifique de l'état de transition pour l'activité enzymatique 213
8.5.5 La pénicilline inactive irréversiblement l'enzyme clé de la synthèse de la paroi cellulaire bactérienne
214
8.6 Les vitamines sont souvent des précurseurs des coenzymes
216
8.6.1 Les vitamines hydrosolubles sont des coenzymes 217
8.6.2 Les vitamines liposolubles participent à divers processus tels que la coagulation du sang et la vision
219
Chapitre 9 Stratégies catalytiques
227
9.0.1 Quelques principes catalytiques de base sont utilisés par de nombreux enzymes
228
9.1 Protéases: faciliter une réaction difficile 228
9.1.1 La chymotrypsine possède un résidu serine extrêmement réactif 229
9.1.2 L'action de la chymotrypsine s'effectue en deux étapes unies par un intermédiaire covalent 230
9.1.3 La serine fait partie d'une triade catalytique qui inclut aussi l'histidine et l'acide aspartique 231
9.1.4 Des triades catalytiques sont trouvées dans d'autres enzymes hydrolytiques 234
9.1.5 La triade catalytique a été disséquée par mutagenèse dirigée 236
9.1.6 Les cystéine-, aspartate- et métallo-protéases sont d'autres classes majeures d'enzymes protéolytiques 236
9.1.7 Les inhibiteurs des protéases sont des médicaments importants
238
9.2 Anhydrases carboniques: rendre une réaction rapide encore plus rapide
239
9.2.1 L'anhydrase carbonique contient un ion zinc lié essentiel à l'activité catalytique 240
9.2.2 La catalyse fait intervenir l'activation de l'eau par le zinc 241
9.2.3 Une navette de protons facilite la régénération rapide de la forme active de l'enzyme 242
9.2.4 Une évolution convergente a créé des sites actifs contenant du zinc dans différentes anhydrases carboniques
244
9.3 Enzymes de restriction: effectuer des réactions de clivage du DNA hautement spécifiques
245
9.3.1 Le clivage est effectué par un déplacement en ligne de l'oxygène 3' du phosphore par une molécule d'eau activée par le magnésium 246
9.3.2 Les enzymes de restriction ont besoin de magnésium pour leur activité catalytique 248
9.3.3 L'appareil catalytique complet n'est assemblé qu'au sein de complexes de molécules de DNA reconnu, ce qui assure la spécificité 248
9.3.4 Les enzymes de restriction de type II ont un core catalytique commun et sont probablement apparentés par transfert horizontal de gène
251
9.4 Nucléoside monophosphate kinases: catalyser l'échange d'un groupe phosphoryle entre des nucléotides sans effectuer d'hydrolyse
252
9.4.1 Les NMP kinases forment une famille d'enzymes contenant des structures en boucle P 253
9.4.2 Des nucléosides triphosphate complexés au magnésium (ou au manganèse) sont les vrais substrats de pratiquement tous les enzymes NTP-dépendants 254
9.4.3 La fixation de l'ATP induit de larges changements conformationnels 255
9.4.4 Des domaines NTPases à boucle P sont présents dans toute une série de protéines importantes
255
Chapitre 10 Stratégies régulatrices: enzymes et hémoglobine
261
10.1 L'aspartate transcarbamylase est inhibée allostériquement par le produit final de sa voie
262
10.1.1 L'ATCase est constituée de sous-unités catalytiques et de sous-unités régulatrices qui peuvent être séparées 263
10.1.2 Les interactions allostériques de l'ATCase sont médiées par d'importants changements de la structure quaternaire 264
10.1.3 Les enzymes régulés par allostérie ne suivent pas la cinétique de Michaelis-Menten 267
10.1.4 Des régulateurs allostériques modulent l'équilibre T-R 267
10.1.5 Le modèle concerté peut être présenté en termes quantitatifs 268
10.1.6 Les modèles séquentiels peuvent aussi expliquer les effets allostériques
269
10.2 L'hémoglobine transporte efficacement l'oxygène en fixant ce dernier de façon coopérative
269
10.2.1 La liaison de l'oxygène induit d'importants changements structuraux au niveau des sites du fer dans l'hémoglobine 270
10.2.2 La fixation de l'oxygène modifie considérablement la structure quaternaire de l'hémoglobine 271
10.2.3. Accord de l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène: l'effet du 2,3-bisphosphoglycérate 272
10.2.4 L'effet Bohr: les ions hydrogène et le dioxyde de carbone favorisent la libération de l'oxygène
273
10.3 Les isozymes apportent un moyen de régulation spécifique pour des tissus ou des stades du développement différents
274
10.4 La modification covalente est un moyen de régulation de l'activité enzymatique
275
10.4.1 La phosphorylation est un moyen très efficace de réguler l'activité des protéines cible 276
10.4.2 L'AMP cyclique active la protéine kinase A en modifiant sa structure quaternaire 278
10.4.3 L'ATP et la protéine cible se fixent dans une profonde cavité de la sous-unité catalytique de la protéine kinase A
279
10.5 De nombreux enzymes sont activés par un clivage protéolytique spécifique
280
10.5.1 Le chymotrypsinogène est activé par le clivage spécifique d'une seule liaison peptidique 281
10.5.2 L'activation protéolytique du chymotrypsinogène conduit à la formation d'un site de liaison du substrat 281
10.5.3 La formation de la trypsine à partir du trypsinogène conduit à l'activation d'autres zymogènes 282
10.5.4 Certains enzymes protéolytiques ont des inhibiteurs spécifiques 283
10.5.5 La coagulation sanguine est réalisée par une cascade d'activations de zymogènes 284
10.5.6 Le fibrinogène est converti par la thrombine en un caillot de fibrine 285
10.5.7 La prothrombine est apprêtée pour son activation par une modification dépendante de la vitamine K 287
10.5.8 L'hémophilie a révélé une étape initiale de la coagulation 288
10.5.9 Le processus de la coagulation doit être régulé avec précision
289
Chapitre 11 Les glucides
295
11.1 Les monosaccharides sont des aldéhydes ou des cétones avec de nombreux groupes hydroxyle
296
11.1.1 Les pentoses et les hexoses se cyclisent pour former des cycles furanose ou pyranose 298
11.1.2 Conformation des cycles pyranose et furanose 300
11.1.3 Les monosaccharides sont unis aux alcools et aux aminés par des liaisons glycosidiques
300
11.2 Les glucides complexes sont formés par union de monosaccharides
301
11.2.1 Le saccharose, le lactose et le maltose sont les disaccharides les plus habituels 302
11.2.2 Le glycogène et l'amidon sont des réserves mobilisables de glucose 302
11.2.3 La cellulose, principal polymère de structure des végétaux, est constituée d'enchaînements linéaires d'unités glucose 303
11.2.4 Les glycosaminoglycanes sont des chaînes polysaccharidiques anioniques constituées d'unités disaccharidiques répétitives304
11.2.5 Des enzymes spécifiques sont responsables de l'assemblage des oligosaccharides304
11.3 Des glucides peuvent être liés à des protéines pour former des glycoprotéines
306
11.3.1 Les glucides peuvent être liés aux protéines au niveau de résidus asparagine (N-liés) ou sérine ou thréonine (O-liés)306
11.3.2 La glycosylation des protéines s'effectue dans la lumière du réticulum endoplasmique et dans le complexe de Golgi307
11.3.3 Les glycoprotéines N-liées acquièrent leurs oses initiaux de donneurs dolichol dans le réticulum endoplasmique308
11.3.4 Des vésicules de transport acheminent les protéines du réticulum endoplasmique au complexe de Golgi pour une glycosylation supplémentaire et un tri309
11.3.5 Le mannose 6-phosphate dirige les enzymes des lysosomes vers leurs destinations310
11.3.6 Des résidus glucose sont ajoutés ou éliminés afin d'assister le reploiement d'une protéine310
11.3.7 Les oligosaccharides peuvent être «séquencés»311
11.4 Les lectines sont des protéines susceptibles de se lier spécifiquement à des glucides
312
11.4.1 Les lectines favorisent les interactions entre cellules313
11.4.2 Le virus de la grippe se lie à des résidus acide sialique314
Chapitre 12 Lipides et membranes cellulaires
319
12.1 De nombreux caractères communs sont sous-jacents à la diversité des membranes biologiques
320
12.2 Les acides gras sont les constituants clé des lipides
320
12.2.1 Nomenclature des acides gras320
12.2.2 Les acides gras diffèrent par la longueur de leurs chaînes et leur degré d'insaturation321
12.3 Il y a trois types courants de lipides membranaires
322
12.3.1 Les phospholipides constituent la principale classe de lipides membranaires322
12.3.2 Les membranes des archaebactéries sont construites à partir d'éther-lipides à chaînes ramifiées324
12.3.3 Des lipides membranaires peuvent aussi inclure des groupes glucidiques324
12.3.4 Le cholestérol est un lipide construit à partir d'un noyau stéroïde325
12.3.5 Un lipide membranaire est une molécule amphipathique contenant une partie hydrophile et une partie hydrophobe325
12.4 Les phospholipides et les glycolipides forment facilement des feuillets bimoléculaires en milieu aqueux
326
12.4.1 Des vésicules lipidiques peuvent être formées à partir de phospholipides327
12.4.2 Les doubles couches lipidiques sont très imperméables aux ions et à la plupart des molécules polaires328
12.5 Des protéines effectuent la plupart des processus membranaires
329
12.5.1 Les protéines s'associent à la double couche lipidique de nombreuses façons329
12.5.2 Les protéines entrent en interaction avec les membranes de différentes façons330
12.5.3 Certaines protéines s'associent aux membranes par l'intermédiaire de groupes hydrophobes liés par covalence333
12.5.4 Les hélices transmembranaires peuvent être prédites avec précision à partir de la séquence des aminoacides334
12.6 Les lipides et de nombreuses protéines membranaires diffusent rapidement dans le plan de la membrane
335
12.6.1 Le modèle de la mosaïque fluide permet le mouvement latéral mais pas la rotation dans la membrane336
12.6.2 La fluidité des membranes est contrôlée par la composition en acides gras et le taux de cholestérol337
12.6.3 Toutes les membranes biologiques sont asymétriques338
12.7 Les cellules eucaryotes contiennent des compartiments délimités par des membranes internes
338
12.7.1 Les protéines sont adressées à des compartiments spécifiques par des séquences signal339
12.7.2 Le bourgeonnement et la fusion des membranes sont à la base de plusieurs processus biologiques importants341
Chapitre 13 Canaux et pompes membranaires
345
13.1 Le transport de molécules à travers une membrane peut être actif ou passif
346
13.1.1 De nombreuses molécules ont besoin d'une protéine de transport pour traverser les membranes346
13.1.2 L'énergie libre mise en réserve dans les gradients de concentration peut être quantifiée347
13.2 Une famille de protéines membranaires utilise l'hydrolyse de l'ATP pour pomper des ions à travers les membranes
347
13.2.1 La Ca2+-ATPase du réticulum sarcoplasmique est une protéine membranaire intégrale348
13.2.2 Les P-ATPases sont conservées au cours de l'Évolution et jouent nombre de rôles350
13.2.3 La digitaline inhibe spécifiquement la pompe NA+-K+ en bloquant sa déphosphorylation350
13.3 La résistance multidrogue et la mucoviscidose mettent en évidence une famille de protéines membranaires possédant des domaines ABC
351
13.4 Des transporteurs secondaires utilisent un gradient de concentration pour fournir l'énergie nécessaire à la formation d'un autre
352
13.5 Des canaux spécifiques peuvent transporter rapidement des ions à travers les membranes
353
13.5.1 Les mesures de conductance par patch-clamp révèlent l'activité d'un seul canal354
13.5.2 Les protéines des canaux ioniques sont construites à partir d'unités semblables355
13.5.3 Les potentiels d'action sont médiés par des changements transitoires de la perméabilité à Na+ et à K+357
13.5.4 Le canal sodium est un exemple de canal potentiel-dépendant358
13.5.5 Les canaux potassium sont des homologues des canaux sodium359
13.5.6 La structure d'un canal potassium révèle la base de la rapidité et de la spécificité du flux ionique359
13.5.7 La structure du canal potassium explique la vitesse de son transport362
13.5.8 Un canal peut être inactivé par occlusion du pore: le modèle boulet-chaîne363
13.6 Les jonctions intercellulaires permettent aux ions et aux petites molécules de passer dans des cellules communicantes
363
Partie II Convertir et mettre en réserve l'énergie
Chapitre 14 Métabolisme: concepts de base et architecture
373
14.0.1 Les cellules transforment les différents types d'énergie374
14.1 Le métabolisme est constitué de nombreuses réactions couplées et interconnectées
374
14.1.1 Une réaction thermodynamiquement défavorable peut être rendue possible par couplage à une réaction thermodynamiquement favorable375
14.1.2 L'ATP est l'unité monétaire universelle d'énergie libre des systèmes biologiques376
14.1.3 L'hydrolyse de l'ATP permet le métabolisme en déplaçant l'équilibre des réactions couplées377
14.1.4 Base structurale du haut potentiel de transfert de phosphoryle de l'ATP378
14.1.5 Le potentiel de transfert de phosphoryle est une forme importante de la transformation de l'énergie cellulaire379
14.2 L'oxydation des carbones des aliments est une importante source d'énergie cellulaire
380
14.2.1 Les composés à haut potentiel de transfert de phosphoryle peuvent coupler l'oxydation du carbone à la synthèse d'ATP381
14.2.2 Les gradients ioniques de part et d'autre des membranes apportent une forme importante d'énergie cellulaire qui peut être couplée à la synthèse d'ATP382
14.2.3 Étapes de l'extraction de l'énergie des aliments382
14.3 Les voies métaboliques présentent de nombreux motifs récurrents
383
14.3.1 Les transporteurs activés sont des exemples de l'architecture et de l'économie modulaires du métabolisme383
14.3.2 Des réactions clé se reproduisent tout au long du métabolisme386
14.3.3 Les processus métaboliques sont régulés par trois mécanismes principaux390
14.3.4 Évolution des voies métaboliques391
Chapitre 15 Voies de transduction du signal: introduction au métabolisme de l'information
395
15.0.1 La transduction du signal dépend de circuits moléculaires: vue d'ensemble396
15.1 Les récepteurs à sept hélices transmembranaires changent de conformation en réponse à la liaison d'un ligand et activent les protéines G
398
15.1.1 La liaison du ligand aux récepteurs 7TM conduit à l'activation des protéines G399
15.1.2 Les protéines G cyclent entre une forme liée au GDP et une forme liée au GTP399
15.1.3 Les protéines G activées transmettent les signaux en se fixant à d'autres protéines401
15.1.4 Les protéines G se régénèrent spontanément elles-mêmes par hydrolyse du GTP402
15.1.5 L'AMP cyclique stimule la phosphorylation de nombreuses protéines cible en activant la protéine kinase A403
15.2 L'hydrolyse du phosphatidyl inositol bisphosphate par la phosphorylase C crée deux messagers
403
15.2.1 L'inositol 1,4,5-trisphosphate ouvre des canaux pour libérer les ions calcium des réceptacles intracellulaires405
15.2.2 Le diacylglycérol active la protéine kinase C qui phosphoryle nombre de protéines cible406
15.3 L'ion calcium est un messager cytosolique ubiquitaire
408
15.3.1 Les ionophores permettent la visualisation des changements de concentration du calcium408
15.3.2 Le calcium active la calmoduline, protéine régulatrice, qui stimule de nombreux enzymes ou transporteurs410
15.4 Certains récepteurs se dimérisent en réponse à la fixation du ligand et transmettent le signal par phosphorylation croisée
411
15.4.1 Certains récepteurs contiennent des domaines tyrosine kinase au sein de leur structure covalente414
15.4.2 Ras, une autre classe de protéine G de signalisation415
15.5 Des déficits dans les voies de signalisation peuvent conduire à des cancers ou à d'autres maladies
416
15.5.1 Des inhibiteurs des protéine kinases peuvent être des médicaments anticancéreux efficaces418
15.5.2 Le choléra et la coqueluche sont dus à une modification de l'activité des protéines G418
15.6 Des caractères récurrents des voies de transduction du signal révèlent des relations évolutives
419
Chapitre 16 Glycolyse et gluconéogenèse
425
16.0.1 Le glucose est une importante molécule énergétique pour la plupart des organismes426
16.0.2 Les fermentations apportent une énergie utilisable en l'absence d'oxygène426
16.1 La glycolyse est une voie de conversion de l'énergie dans de nombreux organismes
428
16.1.1 L'hexokinase séquestre le glucose dans la cellule et initie la glycolyse428
16.1.2 Formation du fructose 1,6-bisphosphate à partir du glucose 6-phosphate430
16.1.3 L'ose à six carbones est clivé en deux fragments tricarbonés par l'aldolase431
16.1.4 La triose phosphate isomérase récupère un fragment tricarboné431
16.1.5 Transformation de l'énergie: la phosphorylation est couplée à l'oxydation du glycéraldéhyde 3-phosphate par un thioester intermédiaire433
16.1.6 Formation d'ATP à partir du 1,3-bisphosphoglycérate435
16.1.7 Création d'ATP supplémentaire et formation de pyruvate435
16.1.8 Rendement énergétique de la conversion du glucose en pyruvate437
16.1.9 Maintien de la balance redox: les diverses destinées du pyruvate438
16.1.10 Le site de liaison du NAD+ est semblable dans de nombreuses déshydrogénases440
16.1.11 Entrée du fructose et du galactose dans la glycolyse440
16.1.12 De nombreux adultes sont intolérants au lait parce qu'ils sont déficients en lactase442
16.1.13 Le galactose est hautement toxique lorsque la transférase est manquante443
16.2 La voie de la glycolyse est étroitement contrôlée
443
16.2.1 La phosphofructokinase est l'enzyme clé dans le contrôle de la glycolyse444
16.2.2 Un enzyme bifonctionnel régulé synthétise et dégrade le fructose 2,6-bisphosphate445
16.2.3 L'hexokinase et la pyruvate kinase régulent elles aussi le déroulement de la glycolyse447
16.2.4 Une famille de transporteurs permet au glucose de pénétrer dans les cellules animales ou d'en sortir448
16.2.5 Cancer et glycolyse449
16.3 Du glucose peut être synthétisé à partir de précurseurs non glucidiques
450
16.3.1 La gluconéogenèse n'est pas la voie inverse de la glycolyse450
16.3.2 La conversion du pyruvate en phosphoénolpyruvate commence par la formation d'oxaloacétate452
16.3.3 L'oxaloacétate revient dans le cytosol par une navette puis il est converti en phosphoénolpyruvate454
16.3.4 La conversion du fructose 1,6-bisphosphate en fructose 6-phosphate et orthophosphate est une étape irréversible454
16.3.5 La création du glucose libre est un important point de contrôle455
16.3.6 Six groupes phosphoryle de haut potentiel de transfert sont dépensés au cours de la synthèse du glucose à partir du pyruvate455
16.4 La gluconéogenèse et la glycolyse sont réciproquement régulées
456
16.4.1 Les cycles de substrat amplifient les signaux métaboliques et produisent de la chaleur457
16.4.2 Le lactate et l'alaline formés lors de la contraction musculaire sont utilisés par d'autres organes458
16.4.3 La glycolyse et la gluconéogenèse sont intriquées au cours de l'Évolution460
Chapitre 17 Cycle de l'acide citrique
465
17.0.1 Vue d'ensemble du cycle de l'acide citrique466
17.1 Le cycle de l'acide citrique oxyde les unités à deux carbones
467
17.1.1 Formation de l'acétyl coenzyme A à partir du pyruvate467
17.1.2 Des liaisons flexibles permettent au lipoamide de se déplacer entre les différents sites actifs470
17.1.3 La citrate synthase forme le citrate à partir de l'oxaloacétate et de l'acétyl coenzyme A472
17.1.4 Le citrate est isomérisé en isocitrate473
17.1.5 L'isocitrate est oxydé et décarboxylé en alpha-cétoglutarate474
17.1.6 Le succinyl coenzyme A est formé par décarboxylation oxydative de l'alpha-cétoglutarate475
17.1.7 Un composé de haut potentiel de transfert de phosphoryle est créé à partir du succinyl coenzyme A475
17.1.8 L'oxaloacétate est régénéré par l'oxydation du succinate477
17.1.9 Stoechiométrie du cycle de l'acide citrique478
17.2 L'entrée dans le cycle de l'acide citrique et le métabolisme au sein de ce dernier sont contrôlés
480
17.2.1 Le complexe pyruvate déshydrogénase est régulé par allostérie et par phosphorylation réversible480
17.2.2 Le cycle de l'acide citrique est contrôlé en plusieurs points481
17.3 Le cycle de l'acide citrique est une source de précurseurs biosynthétiques
482
17.3.1 Le cycle de l'acide citrique doit pouvoir être rapidement réapprovisionné482
17.3.2 Une perturbation du métabolisme du pyruvate est à l'origine du béribéri et des symptômes de l'empoisonnement par le mercure ou l'arsenic483
17.3.3 Hypothèses sur l'histoire du cycle de l'acide citrique au cours de l'Évolution484
17.4 Le cycle du glyoxylate permet aux végétaux et aux bactéries de se développer sur de l'acétate
484
Chapitre 18 La phosphorylation oxydative
491
18.1 Chez les eucaryotes, la phosphorylation oxydative s'effectue dans les mitochondries
492
18.1.1 Les mitochondries sont délimitées par une double membrane492
18.1.2 Les mitochondries sont le résultat d'un événement endosymbiotique493
18.2 La phosphorylation oxydative dépend d'un transfert d'électrons
494
18.2.1 Électrons de haute énergie: potentiels redox et variations d'énergie libre494
18.2.2 Une différence de potentiel de 1,14 volt entre NADH et O2 assure le transport des électrons à travers la chaîne et favorise la formation d'un gradient de protons496
18.2.3 Des électrons peuvent être transférés entre des groupes qui ne sont pas en contact497
18.3 La chaîne respiratoire est constituée de quatre complexes: trois pompes à protons et un lien physique avec le cycle de l'acide citrique
498
18.3.1 Les électrons de haut potentiel du NADH entrent dans la chaîne respiratoire au niveau de la NADH-Q oxydoréductase499
18.3.2 L'ubiquinol est le point d'entrée des électrons du FADH2 des flavoprotéines501
18.3.3 Les électrons fluent de l'ubiquinol au cytochrome c à travers la Q-cytochrome c oxydoréductase501
18.3.4 Transport transmembranaire de protons: le cycle Q502
18.3.5 La cytochrome c oxydase catalyse la réduction de l'oxygène moléculaire en eau503
18.3.6 Les dérivés toxiques de l'oxygène moléculaire tels que le radical superoxyde sont éliminés par des enzymes protecteurs506
18.3.7 La conformation du cytochrome c est demeurée essentiellement constante pendant plus d'un milliard d'années507
18.4 Un gradient de protons fournit l'énergie nécessaire à la synthèse de l'ATP
507
18.4.1 L'ATP synthase est constituée d'une unité de conduction des protons et d'une unité catalytique509
18.4.2 Le flux de protons à travers l'ATP synthase conduit à la libération de l'ATP étroitement lié: le mécanisme par changement de conformation et d'affinité509
18.4.3 Le plus petit moteur moléculaire au monde: la catalyse rotationnelle511
18.4.4 Le flux de protons autour de l'anneau c fournit l'énergie nécessaire à la synthèse de l'ATP511
18.4.5 L'ATP synthase et les protéines G ont plusieurs caractéristiques communes513
18.5 De nombreuses navettes permettent des mouvements à travers les membranes mitochondriales
514
18.5.1 Les électrons du NADH cytosolique pénètrent dans les mitochondries par des navettes514
18.5.2 L'entrée de l'ADP dans les mitochondries est couplée à la sortie de l'ATP par la translocase ATP-ADP515
18.5.3 Les transporteurs mitochondriaux de métabolites ont un motif tripartite commun516
18.6 La régulation de la phosphorylation oxydative est gouvernée essentiellement par le besoin d'ATP
517
18.6.1 L'oxydation complète du glucose donne environ 30 molécules d'ATP517
18.6.2 La vitesse de la phosphorylation oxydative est déterminée par le besoin en ATP518
18.6.3 La phosphorylation oxydative peut être inhibée au niveau de nombreuses étapes519
18.6.4 Un découplage régulé conduit à la création de chaleur519
18.6.5 Des maladies mitochondriales sont découvertes520
18.6.6 Les mitochondries jouent un rôle clé dans l'apoptose521
18.6.7 La transmission de l'énergie par des gradients de protons: motif central de la bioénergétique521
Chapitre 19 Les réactions de la phase lumineuse de la photosynthèse
527
19.0.1 Photosynthèse: vue d'ensemble528
19.1 La photosynthèse s'effectue dans les chloroplastes
528
19.1.1 Les principaux événements de la photosynthèse ont lieu dans les membranes thylakoïdes529
19.1.2 Évolution des chloroplastes529
19.2 L'absorption de la lumière par la chlorophylle induit le transfert d'électrons
530
19.2.1 Les bactéries photosynthétiques et les centres de réaction photosynthétiques des plantes vertes ont un core commun531
19.2.2 Une paire spéciale de chlorophylles initie la séparation de charges532
19.3 Deux photosystèmes créent un gradient de protons et du NADPH dans la photosynthèse oxygénique
533
19.3.1 Le photosystème II transfère les électrons de l'eau à la plastoquinone et crée un gradient de protons534
19.3.2 Le cytochrome bf relie le photosystème II au photosystème I536
19.3.3 Le photosystème I utilise l'énergie lumineuse pour créer la ferrédoxine réduite, puissant réducteur537
19.3.4 La ferrédoxine-NADP+ réductase convertit le NADP+ en NADPH539
19.4 Un gradient de protons de part et d'autre de la membrane thylakoïde fournit l'énergie nécessaire à la synthèse de l'ATP
540
19.4.1 L'ATP synthase des chloroplastes ressemble étroitement à celle des mitochondries et des procaryotes540
19.4.2 Un flux cyclique d'électrons à travers le photosystème I conduit à la production d'ATP au lieu de NADPH541
19.4.3 L'absorption de huit photons donne une molécule d'O2, deux molécules de NADPH et trois molécules d'ATP542
19.5 Des pigments accessoires canalisent l'énergie vers les centres de réaction
543
19.5.1 Le transfert de l'énergie par résonance permet à l'énergie de passer du site d'absorption initial au centre de réaction543
19.5.2 Les complexes de capture de la lumière contiennent des chlorophylles additionnelles et des caroténoïdes544
19.5.3 Les phycobilisomes servent de conduits moléculaires de lumière dans les cyanobactéries et les algues rouges545
19.5.4 Les constituants de la photosynthèse sont très organisés546
19.5.5 De nombreux herbicides inhibent les réactions de la phase lumineuse de la photosynthèse546
19.6 La capacité à convertir la lumière en énergie chimique est ancienne
547
Chapitre 20 Le cycle de Calvin et la voie des pentoses phosphate
551
20.1 Le cycle de Calvin synthétise des hexoses à partir du dioxyde de carbone et de l'eau
552
20.1.1 Le dioxyde de carbone réagit avec le ribulose 1,5-bisphosphate pour former deux molécules de 3-phosphoglycérate553
20.1.2 L'imperfection catalytique: l'oxygénase de la rubisco catalyse aussi une réaction de gaspillage555
20.1.3 Des hexoses phosphate sont formés à partir du phosphoglycérate et le ribulose 1,5-bisphosphate est régénéré556
20.1.4 Trois molécules d'ATP et deux molécules de NADPH sont utilisées pour amener le dioxyde de carbone au niveau d'un hexose559
20.1.5 L'amidon et le saccharose sont les principales réserves glucidiques chez les végétaux559
20.2 L'activité du cycle de Calvin dépend des conditions environnementales
560
20.2.1 La rubisco est activée par la variation de la concentration des protons et des ions magnésium induite par la lumière560
20.2.2 La thiorédoxine joue un rôle clé dans la régulation du cycle de Calvin
560
20.2.3 La voie en C4 des plantes tropicales accélère la photosynthèse en concentrant le dioxyde de carbone561
20.2.4 Le métabolisme acide des Crassulacées permet la croissance dans des écosystèmes arides562
20.3 La voie des pentoses phosphate crée du NADPH et synthétise des oses à cinq carbones
563
20.3.1 Deux molécules de NADPH sont créés lors de la conversion du glucose 6-phosphate en ribulose 6-phosphate564
20.3.2 La voie des pentoses phosphate et la glycolyse sont liées par la transcétolase et la transaldolase564
20.3.3 La transcétolase et la transaldolase stabilisent les carbanions intermédaires par des mécanismes différents566
20.4 Le métabolisme du glucose 6-phosphate par la voie des pentoses phosphate est coordonné à la glycolyse
568
20.4.1 La vitesse de la voie des pentoses phosphate est contrôlée par le taux de NADP+568
20.4.2 Le flux du glucose 6-phosphate dépend des besoins en NADPH, ribose 5-phosphate et ATP568
20.4.3 Dans le miroir: le cycle de Calvin et la voie des pentoses phosphate571
20.5 La glucose 6-phosphate déshydrogénase joue un rôle clé dans la protection contre les dérivés réactifs de l'oxygène
571
20.5.1 Un déficit en glucose 6-phosphate déshydrogénase est à l'origine d'une anémie hémolytique induite par certains médicaments571
20.5.2 Un déficit en glucose 6-phosphate déshydrogénase confère un avantage évolutif dans certaines circonstances
572
Chapitre 21 Métabolisme du glycogène
577
21.0.1 Vue d'ensemble du métabolisme du glycogène578
21.1 La dégradation du glycogène nécessite l'intervention de plusieurs enzymes
579
21.1.1 La phosphorylase catalyse le clivage phosphorolytique du glycogène avec libération de glucose 1-phosphate579
21.1.2 Un enzyme débranchant est aussi nécessaire à la dégradation du glycogène580
21.1.3 La phosphoglucomutase convertit le glucose 1-phosphate en glucose 6-phosphate581
21.1.4 Le foie contient une glucose 6-phosphatase, enzyme hydrolytique absent du muscle581
21.1.5 Le pyridoxal phosphate participe au clivage phosphorolytique du glycogène582
21.2 La phosphorylase est régulée par des interactions allostériques et par phosphorylation réversible
583
21.2.1 La phosphorylase du muscle est régulée par la charge énergétique intracellulaire583
21.2.2 La phosphorylase du foie produit du glucose qui sera utilisé par d'autres tissus585
21.2.3 La phosphorylase kinase est activée par la phosphorylation et par les ions calcium586
21.3 L'adrénaline et le glucagon signalent la nécessité d'une dégradation du glycogène
586
21.3.1 Des protéines G transmettent le signal de l'initiation de la dégradation du glycogène586
21.3.2 La dégradation du glycogène doit pouvoir être rapidement arrêtée588
21.3.3 La régulation de la glycogène phosphorylase est devenue plus sophistiquée au cours de l'évolution de l'enzyme588
21.4 Le glycogène est synthétisé ou dégradé par des voies différentes
589
21.4.1 L'UDP glucose est une forme activée du glucose589
21.4.2 La glycogène synthase catalyse le transfert du glucose de l'UDP-glucose à une chaîne en cours de formation589
21.4.3 Un enzyme branchant forme les liaisons alpha-1,6590
21.4.4 La glycogène synthase est l'enzyme régulateur clé de la synthèse du glycogène591
21.4.5 Le glycogène est une forme très performante de stockage du glucose591
21.5 La dégradation et la synthèse du glycogène sont réciproquement régulées
592
21.5.1 La protéine phosphatase 1 inverse les effets régulateurs des kinases sur le métabolisme du glycogène592
21.5.2 L'insuline stimule la synthèse du glycogène en activant la protéine phosphatase 1593
21.5.3 Le métabolisme du glycogène dans le foie régule le taux du glucose sanguin594
21.5.4 Une compréhension biochimique des maladies du stockage du glycogène est possible
595
Chapitre 22 Métabolisme des acides gras
601
22.0.1 Vue d'ensemble du métabolisme des acides gras601
22.1 Les triacylglycérols constituent des réserves d'énergie extrêmement concentrée
603
22.1.1 Les lipides alimentaires sont digérés par les lipases pancréatiques603
22.1.2 Les lipides alimentaires sont transportés dans les chylomicrons604
22.2 L'utilisation des acides gras comme source d'énergie nécessite la mise en oeuvre d'un processus en trois étapes
605
22.2.1 Les triacylglycérols sont hydrolysés par des lipases régulées par l'AMP cylique605
22.2.2 Les acides gras sont unis au coenzyme A avant d'être oxydés606
22.2.3 La carnitine transporte les acides gras à longue chaîne activés dans la matrice mitochondriale607
22.2.4 De l'acétyl CoA, du NADH et du FADH2 sont formés à chaque tour de l'oxydation des acides gras607
22.2.5 L'oxydation complète du palmitate donne 106 molécules d'ATP609
22.3 Certains acides gras nécessitent des étapes supplémentaires pour leur dégradation
610
22.3.1 Une isomérase et une réductase sont nécessaires à l'oxydation des acides gras insaturés610
22.3.2 Les acides gras à nombre impair de carbones donnent du propionyl coenzyme A lors de l'étape finale de thiolyse611
22.3.3 Le propionyl CoA est converti en succinyl CoA lors d'une réaction qui nécessite la vitamine B12611
22.3.4 Des acides gras sont aussi oxydés dans les peroxysomes614
22.3.5 Des corps cétoniques sont formés à partir de l'acétyl coenzyme A lorsque la dégradation des lipides prédomine615
22.3.6 Les corps cétoniques sont les molécules énergétiques essentielles de certains tissus616
22.3.7 Les animaux ne peuvent pas convertir les acides gras en glucose617
22.4 Les acides gras sont synthétisés ou dégradés par des voies différentes
617
22.4.1 La formation du malonyl coenzyme A est l'étape qui engage la synthèse des acides gras617
22.4.2 Les intermédiaires de la synthèse des acides gras sont fixés à une protéine de transport d'acyles618
22.4.3 Cycle d'élongation de la synthèse des acides gras618
22.4.4 Chez les eucaryotes, les acides gras sont synthétisés par un complexe enzymatique multifonctionnel620
22.4.5 L'unité flexible phosphopantéthéinyle de l'ACP transporte le substrat d'un site actif à un autre
621
22.4.6 Stoechiométrie de la synthèse des acides gras
622
22.4.7 Le citrate transporte des groupes acyle des mitochondries vers le cytosol pour la synthèse des acides gras
622
22.4.8 Sources du NADPH pour la synthèse des acides gras
623
22.4.9 Des inhibiteurs de l'acide gras synthase peuvent être des médicaments utiles
623
22.4.10 Variations sur un thème: la synthétase des macrolides et celle des peptides non ribosomiques ressemblent à l'acide gras synthase
624
22.5 L'acétyl coenzyme A carboxylase joue un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des acides gras
624
22.6 L'élongation et la désaturation des acides gras sont effectuées par des systèmes enzymatiques annexes
626
22.6.1 Des enzymes membranaires génèrent des acides gras insaturés
626
22.6.2 Les hormones éicosanoïdes dérivent des acides gras polyinsaturés
627
Chapitre 23 Turnover des protéines et catabolisme des aminoacides
633
23.1 Les protéines sont dégradées en aminoacides
634
23.1.1 Digestion et absorption des protéines alimentaires
634
23.1.2 Les protéines cellulaires sont dégradées à des vitesses différentes
634
23.2 Le turnover des protéines est étroitement régulé
635
23.2.1 L'ubiquitine marque les protéines en vue de leur destruction
635
23.2.2 Le protéasome digère les protéines marquées par l'ubiquitine
636
23.2.3 La dégradation des protéines peut être utilisée pour réguler des fonctions biologiques
638
23.2.4 La voie de l'ubiquitine et le protéasome ont des contreparties chez les procaryotes
638
23.3 La première étape de la dégradation des aminoacides est l'élimination de l'azote
639
23.3.1 Les groupes alpha-amine sont convertis en ions ammonium par désamination oxydative du glutamate
639
23.3.2 Le pyridoxal phosphate forme des bases de Schiff intermédiaires dans les aminotransférases
640
23.3.3 L'aspartate aminotransférase est membre d'une grande famille d'enzymes à pyridoxal susceptibles d'adaptation
642
23.3.4 La sérine et la thréonine peuvent être désaminées directement
643
23.3.5 Les tissus périphériques exportent l'azote vers le foie
643
23.4 L'ion ammonium est converti en urée chez la plupart des vertébrés terrestres
644
23.4.1 Le cycle de l'urée commence par la formation du carbamyl phosphate
645
23.4.2 Le cycle de l'urée est connecté au cycle de l'acide citrique
646
23.4.3 Évolution du cycle de l'urée
646
23.4.4 Des déficits héréditaires du cycle de l'urée sont à l'origine d'une hyperammoniémie et peuvent conduire à des lésions cérébrales
647
23.4.5 L'urée n'est pas le seul moyen d'éliminer l'excès d'azote
648
23.5 Les atomes de carbone des aminoacides dégradés se retrouvent dans des intermédiaires métaboliques majeurs
649
23.5.1 Le pyruvate comme point d'entrée dans le métabolisme
650
23.5.2 L'oxaloacétate comme point d'entrée dans le métabolisme
650
23.5.3 L'alpha-cétoglutarate comme point d'entrée dans le métabolisme
651
23.5.4 Le succinyl coenzyme A comme point d'entrée de divers aminoacides apolaires
652
23.5.5 La dégradation de la méthionine nécessite la formation d'un donneur de méthyles clé, la S-adénosylméthionine
652
23.5.6 Les aminoacides ramifiés donnent l'acétyl CoA, l'acétoacétate ou le propionyl CoA
652
23.5.7 Des oxygénases sont nécessaires à la dégradation des aminoacides aromatiques
654
23.6 Des erreurs innées du métabolisme peuvent interrompre la dégradation des aminoacides
655
Partie III Synthétiser les molécules de la vie
Chapitre 24 La biosynthèse des aminoacides
665
24.0.1 Vue d'ensemble de la synthèse des aminoacides
666
24.1 Fixation de l'azote: les micro-organismes utilisent l'ATP et un puissant réducteur pour réduire l'azote atmosphérique en ammoniac
666
24.1.1 Le cofacteur fer-molybdène de la nitrogénase fixe et réduit l'azote atmosphérique
667
24.1.2 L'ion ammonium est assimilé dans les aminoacides par l'intermédiaire du glutamate et de la glutamine
668
24.2 Les aminoacides sont synthétisés à partir d'intermédiaires du cycle de l'acide citrique ou d'autres voies métaboliques fondamentales
670
24.2.1 Les êtres humains peuvent synthétiser certains aminoacides mais doivent nécessairement obtenir les autres de l'alimentation
671
24.2.2 Une étape commune détermine la chiralité de tous les aminoacides
671
24.2.3 Un intermédiaire adénylé est nécessaire pour former l'asparagine à partir de l'aspartate
673
24.2.4 Le glutamate est le précurseur de la glutamine, de la proline et de l'arginine
673
24.2.5 La sérine, la cystéine et la glycine sont formées à partir du 3-phosphoglycérate
674
24.2.6 Le tétrahydrofolate transporte des unités monocarbonées de différents niveaux d'oxydation
674
24.2.7 La S-adénosylméthionine est le principal donneur de groupes méthyle
676
24.2.8 La cystéine est synthétisée à partir de la sérine et de l'homocystéine
678
24.2.9 Des taux élevés d'homocystéine sont associés à des maladies vasculaires
678
24.2.10 Le shikimate et le chorismate sont des intermédiaires de la biosynthèse des aminoacides aromatiques
678
24.2.11 La tryptophane synthétase illustre la canalisation des substrats dans la catalyse enzymatique
681
24.3 La biosynthèse des aminoacides est régulée par rétroinhibition
681
24.3.1 Les voies branchées nécessitent une régulation sophistiquée
682
24.3.2 L'activité de la glutamine synthétase est modulée par une cascade enzymatique
684
24.4 Les aminoacides sont les précurseurs de nombreuses biomolécules
685
24.4.1 Le glutathion, un gamma-glutamyl peptide, sert de tampon sulfhydryle et d'antioxydant
686
24.4.2 Le monoxyde d'azote, molécule signal de vie brève, est formé à partir de l'arginine
686
24.4.3 Les porphyrines des mammifères sont synthétisées à partir de la glycine et du succinyl coenzyme A
687
24.4.4 Les porphyrines s'accumulent dans certaines maladies héréditaires du métabolisme des porphyrines
688
Chapitre 25 Biosynthèse des nucléotides
693
25.0.1 Vue d'ensemble de la biosynthèse et de la nomenclature des nucléotides
694
25.1 Dans la synthèse de novo, le cycle pyrimidique est assemblé à partir du bicarbonate, de l'aspartate et de la glutamine
694
25.1.1 Le bicarbonate et d'autres composés carbonés oxygénés sont activés par phosphorylation
695
25.1.2 La chaîne latérale de la glutamine peut être hydrolysée pour créer de l'ammoniac
695
25.1.3 Les intermédiaires peuvent se déplacer entre les sites actifs par canalisation
696
25.1.4 L'orotate acquiert un cycle ribose du PRPP pour former un nucléotide pyrimidique, puis est converti en uridylate
696
25.1.5 Les nucléosides mono-, di- et triphosphate sont interconvertibles
697
25.1.6 Le CTP est formé par amination de l'UTP
697
25.2 Les bases puriques peuvent être synthétisées de novo ou recyclées par des voies de récupération
698
25.2.1 Les voies de récupération économisent des dépenses d'énergie intracellulaire
698
25.2.2 Le système du cycle purine est assemblé sur le ribose phosphate
698
25.2.3 Le cycle purine est assemblé par des étapes successives d'activation par phosphorylation suivies de déplacement
699
25.2.4 L'AMP et le GMP sont formés à partir de l'IMP
701
25.3 Les désoxyribonucléotides sont synthétisés par réduction des ribonucléotides grâce à un mécanisme radicalaire
702
25.3.1 Le thymidylate est formé par méthylation du désoxyuridylate
704
25.3.2 La dihydrofolate réductase catalyse la régénération du tétrahydrofolate, transporteur de fragments monocarbonés
705
25.3.3 Plusieurs médicaments anticancéreux précieux bloquent la synthèse du thymidylate
705
25.4 Les étapes clé de la biosynthèse des nucléotides sont régulées par rétroinhibition
707
25.5 Le NAD+, le FAD et le coenzyme A sont formés à partir de l'ATP
708
25.6 Des perturbations du métabolisme des nucléotides peuvent provoquer des états pathologiques
709
25.6.1 Chez l'Homme, les purines sont dégradées en urate
709
25.6.2 Le syndrome de Lesch-Nyhan est une conséquence dramatique de mutations de l'enzyme de la voie de récupération
710
Chapitre 26 Biosynthèse des lipides membranaires et des stéroïdes
715
26.1 Le phosphatidate est un intermédiaire commun à la synthèse des phospholipides et des triacylglycérols
716
26.1.1 La synthèse des phospholipides nécessite un intermédiaire activé
716
26.1.2 Les plasmalogènes et d'autres éther phospholipides sont synthétisés à partir du dihydroxyacétone phosphate
718
26.1.3 Les sphingolipides sont synthétisés à partir du céramide
720
26.1.4 Les gangliosides sont des sphingolipides riches en glucides qui contiennent des oses acides
721
26.1.5 Les sphingolipides sont responsables de la diversité de la structure et de la fonction des lipides
721
26.1.6 Le syndrome de détresse respiratoire et la maladie de Tay-Sachs résultent d'un arrêt du métabolisme des lipides
721
26.2 le cholestérol est synthétisé à partir de l'acétyl coenzyme A en trois étapes
722
26.2.1 La synthèse du mévalonate, qui est activé en isopentényl pyrophosphate, initie la synthèse du cholestérol
723
26.2.2 Le squalène (C30) est synthétisé à partir de six molécules d'isopentényl pyrophosphate (C5)
725
26.2.3 Le squalène se cyclise pour former le cholestérol
725
26.3 La régulation complexe de la biosynthèse du cholestérol s'effectue à plusieurs niveaux
726
26.3.1 Des lipoprotéines transportent le cholestérol et les triacylglycérols dans tout l'organisme
727
26.3.2 Le taux sanguin de certaines lipoprotéines peut servir à des fins diagnostiques
728
26.3.3 Les lipoprotéines de faible densité jouent un rôle central dans le métabolisme du cholestérol
728
26.3.4 Le récepteur de la LDL est une protéine transmembranaire qui possède cinq domaines fonctionnels différents
730
26.3.5 L'absence de récepteurs de la LDL conduit à l'hypercholestérolémie et à l'athérosclérose
730
26.3.6 La prise en charge clinique du taux de cholestérol peut être comprise au niveau biochimique
731
26.4 Les sels biliaires et les hormones stéroïdes sont d'importants dérivés du cholestérol
731
26.4.1 Nomenclature des hormones stéroïdes
733
26.4.2 Les stéroïdes sont hydroxylés par des mono-oxygénases à cytochrome P450 qui utilisent le NADPH et O2
734
26.4.3 Le système du cytochrome P450, largement répandu, a des fonctions multiples
735
26.4.4 La prégnénolone, précurseur de nombreux autres stéroïdes, est formée à partir du cholestérol par clivage de la chaîne latérale de ce dernier
735
26.4.5 Synthèse de la progestérone et des corticostéroïdes à partir de la prégnénolone
735
26.4.6 Synthèse des androgènes et des oestrogènes à partir de la prégnénolone
736
26.4.7 La vitamine D dérive du cholestérol par action de la lumière qui ouvre un cycle
737
26.4.8 L'isopentényl pyrophosphate est le précurseur d'une large gamme de biomolécules
738
Chapitre 27 Réplication, recombinaison et réparation du DNA
745
27.1 Le DNA peut prendre diverses formes structurales
746
27.1.1 Le DNA-A est une double hélice présentant des caractères différents de ceux du DNA-B plus répandu
747
27.1.2 Le grand sillon et le petit sillon sont bordés par des groupes spécifiques de la séquence susceptibles de former des liaisons hydrogène
748
27.1.3 Les résultats d'études de cristaux homogènes de DNA ont révélé des variations localisées dans la structure du DNA
748
27.1.4 Le DNA-Z est une double hélice gauche dans laquelle les phosphates du squelette sont en zigzag
749
27.2 Les DNA polymérases nécessitent une matrice et une amorce
750
27.2.1 Toutes les DNA polymérases ont des caractères structuraux communs
750
27.2.2 Deux ions métalliques participent à la réaction de polymérisation
751
27.2.3 La spécificité de la réplication est dictée par les liaisons hydrogène et la complémentarité de forme entre les bases
751
27.2.4 De nombreuses polymérases relisent les épreuves des bases nouvellement ajoutées et éliminent les erreurs
752
27.2.5 La séparation des brins de DNA requiert des hélicases spécifiques et l'hydrolyse de l'ATP
753
27.3 Le DNA double brin peut s'enrouler autour de lui-même pour former des structures superenroulées
754
27.3.1 L'indice de torsion du DNA, propriété topologique, détermine le degré de superenroulement
754
27.3.2 Les tours hélicoïdaux et les torsions superhélicoïdales sont corrélés les uns aux autres par l'indice de torsion
755
27.3.3 Les topoisomérases I relâchent les structures superenroulées
756
27.3.4 Les topoisomérases de type II peuvent introduire des superenroulements négatifs par couplage à l'hydrolyse de l'ATP
757
27.4 La réplication des deux brins du DNA s'effectue rapidement à partir de sites d'initiation spécifiques
759
27.4.1 Une amorce de RNA synthétisée par une primase permet le commencement de la synthèse du DNA760
27.4.2 Un brin de DNA est formé de façon continue, tandis que l'autre l'est par fragments760
27.4.3 La DNA ligase joint les extrémités du DNA dans des régions en duplex761
27.4.4 La réplication du DNA nécessite des polymérases hautement processives762
27.4.5 Le brin avancé et le brin retardé sont synthétisés de façon coordonnée763
27.4.6 La synthèse du DNA est plus complexe chez les eucaryotes que chez les procaryotes764
27.4.7 Les télomères sont des structures spécifiques des extrémités des chromosomes linéaires765
27.4.8 Les télomères sont répliqués par la télomérase, polymérase spécialisée qui porte sa propre matrice de RNA765
27.5 Les molécules de DNA double brin qui présentent des séquences semblables se recombinent parfois
766
27.5.1 Les réactions de recombinaison s'effectuent grâce aux intermédiaires de jonction de Holliday766
27.5.2 Les recombinases sont apparentées aux topoisomérases par leur évolution
768
27.6 Les mutations impliquent des changements dans la séquence des bases du DNA
768
27.6.1 Certains mutagènes chimiques sont très spécifiques769
27.6.2 Le rayonnement ultraviolet produit des dimères de pyrimidines770
27.6.3 Toute une série de voies de réparation du DNA sont utilisées770
27.6.4 La présence de thymine au lieu d'uracile dans le DNA permet la réparation des cytosines désaminées771
27.6.5 De nombreux cancers sont dus à une réparation déficitaire du DNA772
27.6.6 Certaines maladies génétiques sont causées par l'amplification d'unités répétitives de triplets nucléotidiques773
27.6.7 De nombreux carcinogènes potentiels peuvent être détectés par leur action mutagène sur les bactéries
773
Chapitre 28 Synthèse et épissage du RNA
781
28.0.1 Vue d'ensemble de la synthèse du RNA782
28.1 La transcription est catalysée par la RNA polymérase
783
28.1.1 La transcription est initiée au niveau des sites promoteurs de la matrice de DNA784
28.1.2 Les sous-unités sigma de la RNA polymérase reconnaissent les sites promoteurs785
28.1.3 La RNA polymérase doit dérouler la double hélice matricielle pour que la transcription s'effectue786
28.1.4 Les chaînes de RNA sont formées de novo et sont synthétisées dans la direction 5' - 3'786
28.1.5 L'élongation s'effectue au niveau de bulles de transcription qui se déplacent le long de la matrice de DNA787
28.1.6 Une épingle à cheveux de RNA, suivie de quelques résidus uracile, termine la transcription de certains gènes788
28.1.7 La protéine rho aide à terminer la transcription de certains gènes789
28.1.8 Les précurseurs des RNA de transfert et des RNA ribosomiques sont clivés et modifiés chimiquement après la transcription790
28.1.9 Antibiotiques inhibiteurs de la transcription791
28.2 Chez les eucaryotes, la transcription et la traduction sont séparées dans l'espace et dans le temps
792
28.2.1 Le RNA des cellules eucaryotes est synthétisé par trois types de RNA polymérase793
28.2.2 Éléments cis et éléments trans: serrures et clés de la transcription794
28.2.3 La plupart des promoteurs de la RNA polymérase II contiennent une TATA box près du site d'initiation de la transcription794
28.2.4 Les protéines qui se lient à la TATA box initient l'assemblage du complexe de transcription actif795
28.2.5 De multiples facteurs de transcription entrent en interaction avec les promoteurs eucaryotes796
28.2.6 Des séquences activatrices peuvent stimuler la transcription à partir de sites éloignés de plusieurs milliers de bases
797
28.3 Les produits de la transcription par les trois polymérases eucaryotes subissent une maturation
797
28.3.1 Les extrémités du transcrit pré-mRNA acquièrent une coiffe 5' et une queue poly(A) 3'798
28.3.2 L'editing du RNA modifie les protéines codées par un mRNA798
28.3.3 Les sites d'épissage des précurseurs des mRNA sont définis par des séquences situées aux extrémités des introns799
28.3.4 L'épissage est constitué de deux réactions de transestérification800
28.3.5 Les petits RNA nucléaires des spliceosomes catalysent l'épissage des précurseurs des mRNA801
28.3.6 Certaines molécules de pré-mRNA peuvent être épissées par d'autres voies pour donner des mRNA différents
803
28.4 La découverte du RNA catalytique a été une révélation, tant pour les mécanismes que pour l'évolution
804
Chapitre 29 Synthèse des protéines
813
29.1 La synthèse des protéines nécessite la traduction de séquences de nucléotides en séquences d'aminoacides
814
29.1.1 La synthèse de longues protéines nécessite une faible fréquence d'erreur814
29.1.2 Les molécules de RNA de transfert ont une architecture commune815
29.1.3 L'aminoacide activé et l'anticodon du tRNA sont aux deux extrémités de la molécule en forme de L
817
29.2 Les aminoacyl-tRNA synthétases lisent le code génétique
817
29.2.1 Les aminoacides sont tout d'abord activés par adénylation818
29.2.2 Les aminoacyl-tRNA synthétases ont des sites d'activation de l'aminoacide très discriminatifs819
29.2.3 La relecture des épreuves par les aminoacyl-tRNA synthétases augmente la fidélité de la synthèse des protéines820
29.2.4 Les synthétases reconnaissent la boucle de l'anticodon et le bras accepteur des molécules de RNA de transfert820
29.2.5 Les aminoacyl-tRNA synthétases peuvent être réparties en deux classes822
29.3 Un ribosome est une particule ribonucléoprotéique (70S) constituée d'une petite sous-unité (30S) et d'une grande sous-unité (50S)
823
29.3.1 Les RNA ribosomiques (rRNA 5S, 16S et 23S) jouent un rôle central dans la synthèse des protéines824
29.3.2 Les protéines sont synthétisées de l'extrémité N-terminale à l'extrémité C-terminale826
29.3.3 Le RNA messager est traduit dans la direction 5' - 3'826
29.3.4 Le signal de départ est AUG (ou GUG) précédé de plusieurs bases qui s'apparient avec le rRNA 16S827
29.3.5 Chez les bactéries, la synthèse des protéines est initiée par le formylméthionyl tRNA828
29.3.6 Les ribosomes ont trois sites de liaison pour les tRNA qui pontent les sous-unités 30S et 50S828
29.3.7 La chaîne polypeptidique en formation est transférée entre les tRNA lors de la formation de la liaison peptidique829
29.3.8 Seules les interactions codon-anticodon déterminent l'aminoacide à incorporer831
29.3.9 Certaines molécules de RNA de transfert reconnaissent plus d'un codon en raison du wobble de l'appariement des bases
832
29.4 Des facteurs protéiques jouent des rôles clé dans la synthèse des protéines
833
29.4.1 Le formylméthionyl-tRNA(f) est placé dans le site P du ribosome au cours de la formation du complexe d'initiation 70S833
29.4.2 Les facteurs d'élongation délivrent l'aminoacyl-tRNA au ribosome834
29.4.3 La formation d'une liaison peptidique est suivie de la translocation GTP-dépendante des tRNA et du mRNA834
29.4.4 La synthèse des protéines est terminée par des facteurs de libération qui lisent les codons stop
835
29.5 La synthèse des protéines des eucaryotes diffère de celle des procaryotes essentiellement par l'initiation de la traduction
837
29.5.1 De nombreux antibiotiques inhibent la synthèse des protéines838
29.5.2 La toxine diphtérique bloque la synthèse des protéines chez les eucaryotes en inhibant la translocation
839
Chapitre 30 Intégration du métabolisme
845
30.1 Le métabolisme est constitué de voies hautement interconnectées
845
30.1.1 Motifs récurrents de la régulation métabolique846
30.1.2 Voies métaboliques essentielles et sites de contrôle847
30.1.3 Carrefours clé: glucose 6-phosphate, pyruvate et acétyl CoA849
30.2 Chaque organe a un profil métabolique qui lui est propre
851
30.3 La prise d'aliments et le jeûne induisent des changements métaboliques
854
30.3.1 Des adaptations métaboliques minimisent la dégradation des protéines lors d'un jeûne prolongé856
30.3.2 Les désordres métaboliques du diabète résultent d'un déficit relatif d'insuline et d'un excès de glucagon858
30.3.3 Homéostasie calorique: un moyen de réguler le poids corporel
859
30.4 Le choix des molécules énergétiques au cours d'un exercice est déterminé par l'intensité et la durée de l'activité
860
30.5 L'éthanol modifie le métabolisme énergétique du foie
861
Chapitre 31 Contrôle de l'expression des gènes
867
31.1 Chez les procaryotes, les protéines qui se lient au DNA le font spécifiquement au niveau des sites régulateurs des opérons
868
31.1.1 Un opéron est constitué d'éléments régulateurs et de gènes codant pour des protéines869
31.1.2 L'opérateur lac a une séquence de bases symétrique870
31.1.3 En l'absence de lactose la protéine répresseur lac se fixe à l'opérateur et bloque la transcription870
31.1.4 La fixation d'un ligand peut induire des changements structuraux dans les protéines de régulation871
31.1.5 L'opéron est une unité de régulation commune aux procaryotes872
31.1.6 La transcription peut être stimulée par des protéines qui entrent en contact avec la RNA polymérase873
31.1.7 Le motif hélice-tour-hélice est commun à de nombreuses protéines procaryotes qui se fixent au DNA873
31.2 La plus grande complexité des génomes eucaryotes nécessite des mécanismes élaborés pour la régulation des gènes
874
31.2.1 Les nucléosomes sont des complexes de DNA et d'histones875
31.2.2 Le DNA eucaryote est enroulé autour des histones pour former les nucléosomes876
31.2.3 Le contrôle de l'expression des gènes nécessite le remodelage de la chromatine877
31.2.4 Les séquences activatrices peuvent stimuler la transcription en perturbant la structure de la chromatine878
31.2.5 La modification du DNA peut changer les profils d'expression des gènes
878
31.3 L'activation et la répression de la transcription sont médiées par des interactions protéine-protéine
879
31.3.1 Les stéroïdes et des molécules hydrophobes apparentées traversent les membranes et se lient à des récepteurs susceptibles de se fixer au DNA879
31.3.2 Les récepteurs nucléaires des hormones régulent la transcription en recrutant des coactivateurs et des corépresseurs pour le complexe de transcription881
31.3.3 Les récepteurs des hormones stéroïdes sont des cibles pour des médicaments883
31.3.4 La structure de la chromatine est modulée par des modifications covalentes des queues des histones884
31.3.5 Des histones désacétylases contribuent à la répression transcriptionnelle885
31.3.6 La fixation de ligands à des récepteurs membranaires peut réguler la transcription grâce à des cascades de phosphorylation886
31.3.7 La structure de la chromatine diminue efficacement la taille du génome887
31.4 L'expression des gènes peut être contrôlée aux niveaux post-transcriptionnels
887
31.4.1 L'atténuation est un mécanisme procaryote de la régulation de la transcription par modulation de la structure secondaire du RNA naissant887
31.4.2 Les gènes associés au métabolisme du fer sont régulés au niveau de la traduction chez les animaux
888
Partie IV Répondre aux changements de l'environnement
Chapitre 32 Systèmes sensoriels
897
32.1 Toute une variété de composés organiques sont détectés par l'olfaction
898
32.1.1 L'olfaction est médiée par une immense famille de récepteurs à sept hélices transmembranaires899
32.1.2 Les substances odorantes sont décodées par un mécanisme combinatoire901
32.1.3 L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle révèle des régions du cerveau qui traitent l'information sensorielle902
32.2 Le goût est une combinaison de sens qui opèrent selon des mécanismes différents
903
32.2.1 Le séquençage du génome humain a conduit à la découverte d'une grande famille de récepteurs 7TM pour le goût amer904
32.2.2 Une famille de récepteurs 7TM répond aux composés sucrés906
32.2.3 Les goûts salés sont détectés essentiellement par le passage d'ions sodium à travers des canaux906
32.2.4 Les goûts acides viennent des effets des ions hydrogène (acides) sur des canaux906
32.2.5 Le goût du glutamate est détecté par une forme spécialisée du récepteur du glutamate907
32.3 Les molécules photoréceptrices de l'oeil détectent la lumière visible
907
32.3.1 La rhodopsine, récepteur 7TM spécialisé, absorbe la lumière visible908
32.3.2 L'absorption de la lumière induit une isomérisation spécifique du 11 -cis-rétinal lié909
32.3.3 L'abaissement du taux de calcium induit par la lumière coordonne la récupération910
32.3.4 La vision des couleurs est médiée par trois récepteurs des cônes homologues de la rhodopsine911
32.3.5 Des réarrangements des gènes du pigment vert ou du pigment rouge conduisent à la "cécité des couleurs"912
32.4 L'audition dépend de la détection rapide des stimulus mécaniques
913
32.4.1 Les cellules ciliées utilisent un faisceau connecté de stéréocils pour détecter de très petits mouvements913
32.4.2 Des canaux mécanosensoriels ont été identifiés chez Drosophila et chez les bactéries914
32.5 Le toucher inclut la sensibilité à la pression, à la température et à d'autres facteurs
915
32.5.1 L'étude de la capsaicine, ingrédient actif du piment rouge, révèle un récepteur permettant de détecter des températures élevées et d'autres stimulus douloureux915
32.5.2 De subtils systèmes sensoriels détectent d'autres facteurs environnementaux tels que le champ magnétique terrestre
917
Chapitre 33 Le système immunitaire
921
33.0.1 Le système immunitaire s'adapte selon les principes de l'évolution
921
33.1 Les anticorps possèdent des unités de liaison à l'antigène et des unités effectrices distinctes
922
33.2 Le reploiement immunoglobulinique est constitué d'une armature en sandwich bêta avec des boucles hypervariables926
33.3 Les anticorps se lient à des molécules spécifiques par l'intermédiaire de leurs boucles hypervariables
927
33.3.1 Les analyses par rayons X ont révélé comment les anticorps se fixent aux antigènes927
33.3.2 Les gros antigènes se lient aux anticorps grâce à de nombreuses interactions929
33.4 La diversité est créée par des réarrangements des gènes
929
33.4.1 Des gènes J (de jonction) et des gènes D (de diversité) augmentent la diversité des anticorps930
33.4.2 Plus de 108 anticorps peuvent être formés par association combinatoire et mutation somatique931
33.4.3 L'oligomérisation des anticorps exprimés à la surface des cellules B immatures déclenche la sécrétion de l'anticorps 932
33.4.4 Différentes classes d'anticorps sont formées par le saut des gènes VH933
33.5 Les protéines du complexe majeur d'histocompatibilité présentent les antigènes peptidiques sur les surfaces cellulaires pour qu'ils y soient reconnus par les récepteurs des cellules T
934
33.5.1 Les peptides présentés par les protéines du CMH occupent une gorge profonde flanquée d'hélices alpha935
33.5.2 Les récepteurs des cellules T sont des protéines semblables aux anticorps contenant des régions variables et des régions constantes937
33.5.3 Le CD8 des cellules T cytotoxiques agit de concert avec les récepteurs des cellules T937
33.5.4 Les cellules T auxiliaires stimulent les cellules qui présentent les peptides étrangers liés à des protéines de classe II du CMH939
33.5.5 Les cellules T auxiliaires font appel au récepteur des cellules T et au CD4 pour reconnaître les peptides étrangers sur les cellules présentatrices de l'antigène940
33.5.6 Les protéines du CMH sont très diverses941
33.5.7 Les virus de l'immunodéficience humaine submergent le système immunitaire en détruisant les cellules T auxiliaires 942
33.6 Les réponses immunitaires contre les autoantigènes sont supprimées
943
33.6.1 Les cellules T sont soumises à une sélection positive et à une sélection négative dans le thymus943
33.6.2 Les maladies auto-immunes résultent de la création de réponses immunitaires contre les autoantigènes944
33.6.3 Le système immunitaire joue un rôle dans la prévention du cancer
945
Chapitre 34 Les moteurs moléculaires
951
34.1 La plupart des protéines qui jouent le rôle de moteur moléculaire sont des membres de la superfamille des NTPases à boucle P
952
34.1.1 Un moteur protéique est constitué d'un core ATPase et d'une structure étirée952
34.1.2 La fixation et l'hydrolyse de l'ATP induisent des changements dans la conformation et l'affinité de liaison des moteurs protéiques954
34.2 Les myosines se déplacent le long de filaments d'actine
956
34.2.1 Le muscle est un complexe de myosine et d'actine 957
34.2.2 L'actine est un polymère polaire, susceptible de s'auto-assembler, et dynamique958
34.2.3 Le mouvement d'un seul moteur protéique peut être observé directement960
34.2.4 La libération du phosphate déclenche le temps moteur de la myosine960
34.2.5 La longueur du bras de levier détermine la vitesse du moteur962
34.3 La kinésine et la dynéine se déplacent le long des microtubules
962
34.3.1 Les microtubules sont des polymères cylindriques creux963
34.3.2 Le mouvement des kinésines est extrêmement processif 964
34.3.3 De petits changements structuraux peuvent inverser la polarité du moteur966
34.4 Un moteur rotatif est à l'origine du mouvement bactérien
967
34.4.1 Les bactéries nagent en faisant tourner leurs flagelles 967
34.4.2 Un flux de protons active la rotation du flagelle des bactéries968
34.4.3 La chimiotaxie bactérienne dépend de l'inversion de la direction de la rotation flagellaire
969
Appendices A1
Glossaire des composés B1
Solutions des problèmes C1
Index D1