Biokjemi

Den Biokjemi er studiet av kjemiske reaksjoner som finner sted innenfor levende ting , spesielt i cellene . Kompleksiteten av biologiske kjemiske prosesser styres gjennom cellesignalering og energioverføring under metabolisme . I et halvt århundre har biokjemi klart å redegjøre for et betydelig antall biologiske prosesser, til det punkt at praktisk talt alle biologiske felt, fra botanikk til medisin , i dag driver med forskning. Biokjemisk, til og med bioteknologisk . Hovedmålet med biokjemi i dag er å forstå, ved å integrere dataene som er oppnådd på molekylært nivå, hvordan biomolekyler og deres interaksjoner genererer strukturer og biologiske prosesser observert i celler, og baner vei for forståelse av organismer i det hele tatt. I denne sammenheng er supramolekylær kjemi interessert i molekylære komplekser som organeller , som utgjør et organisasjonsnivå av levende materie mellom molekyler og celler.

Biokjemi er spesielt interessert i strukturer, funksjoner og interaksjoner av biologiske makromolekyler som karbohydrater , lipider , proteiner og nukleinsyrer , som utgjør cellulære strukturer og utfører en rekke biologiske funksjoner. Cellekjemi avhenger også av mindre molekyler og ioner . Den sistnevnte kan være uorganiske , for eksempel hydronium-ion- H 3 O +, Hydroksyl OH - eller metall- kationer , eller organisk , så som aminosyrer som utgjør proteiner. Disse kjemiske artene består hovedsakelig av hydrogen , karbon , oksygen og nitrogen  ; lipider og nukleinsyrer inneholder i tillegg fosfor , mens proteiner inneholder svovel og ioner, og noen kofaktorer består av eller inkluderer sporstoffer som jern , kobolt , kobber , sink , molybden , l' jod , brom og selen .

Resultatene av biokjemi finner applikasjoner innen mange felt som medisin , diett eller til og med jordbruk  ; innen medisin studerer biokjemikere årsakene til sykdommer og behandlingene som kan kurere dem; de ernærings bruke resultatene fra biokjemi å designe dietter sunt mens forstå de biokjemiske mekanismer for å forstå effektene av matmangel  ; anvendt på agronomi , muliggjør biokjemi design av gjødsel skreddersydd for forskjellige typer avlinger og jord og for å optimalisere avlingens avling, lagring av avlinger og eliminering av parasitter .

Vi er klar for at Carl Neuberg introduserer dette begrepet i 1903 fra greske røtter, men dette begrepet sirkulerer allerede i Europa siden slutten av XIX -  tallet . Sammen med molekylærbiologi og cellebiologi er biokjemi en av fagområdene som studerer funksjonen til levende ting. Selve dekker flere grener, for eksempel bioenergetikk , som studerer overføring av kjemisk energi i levende vesener, enzymologi , som studerer enzymer og reaksjonene de katalyserer , eller strukturell biologi , som er interessert i forholdet mellom de biokjemiske funksjonene til molekyler og deres tredimensjonal struktur.

Kjemiske elementer i levende ting

Omtrent 25 av de 92 naturlig forekommende kjemiske elementene i det periodiske systemet kreves for forskjellige livsformer. Elementer som er tilstede i spormengder i det naturlige miljøet, brukes vanligvis ikke av levende vesener, med det bemerkelsesverdige unntaket av jod og selen , mens visse rikelige elementer som aluminium eller titan ikke brukes. Er ikke nødvendige for livet. De fleste organismer bruker de samme kjemiske elementene, men det er noen forskjeller i planter og dyr . For eksempel, noen havet alger bruk brom mens landplanter og dyr ikke synes å trenge det. Alle dyr trenger natrium , men noen planter gjør seg uten. Derimot trenger planter bor og silisium for å trives, mens dyr ikke ser ut til å bruke dem.

Massen til menneskekroppen består av omtrent 65% oksygen og 98,5% av bare seks kjemiske elementer: i tillegg til oksygen er det omtrent 18% karbon , 10% hydrogen , 3% nitrogen. , 1,4% kalsium og 1,1% fosfor . Det er også mindre mengder kalium , svovel , natrium , klor , magnesium , jern , fluor , sink , silisium og et dusin andre elementer, som ikke alle er nødvendige for livet.

Biomolekyler

De fire hovedklassene av biokjemiske molekyler , også kalt biomolekyler , er karbohydrater , fett , proteiner og nukleinsyrer . Mange biokjemiske makromolekyler er polymerer , som består av samling av mindre enheter kalt monomerer  ; disse monomerene er små molekyler som kan frigjøres fra biopolymeren ved hydrolyse . Flere av disse biomolekylene er i stand til å danne store molekylære komplekser som ofte utfører biokjemiske funksjoner som er essensielle for cellens levetid .

Karbohydrater

De karbohydrater er bygget opp av monomerer kalles monosakkarider . Den glukose , er fruktose og galaktose er monosakkarider. Disse er klassifisert etter antall karbonatomer: C 3- trioser, C- 4 tetroser, C- 5 pentoser, Heksoser i C 6, heptoser i C 7, det vanligste er pentoser og heksoser.

Fra et kjemisk synspunkt , skiller man på den ene side de aldoser , som er sammensatt av en kjede av sekundære alkoholer som har ved en ende en aldehyd gruppe , og på den annen side de ketoser , som har et keton funksjon i. Sin karbon kjeden, hvor de andre karbonatomer er bærere av en primær eller sekundær alkoholfunksjon, avhengig av posisjon.

Osesene spiller en viktig rolle i energimetabolismen til cellen, men også i biosyntese av nukleinsyrer , cerebrosider og glykoproteiner . De kan også gripe inn i visse avgiftningsmekanismer , for eksempel gjennom glykurokonjugering .

To monosakkarider kan sammenføyes gjennom en glykosidbinding for å danne et disakkarid  : sukrose er et disakkarid som består av en rest av glukose og en fruktoserest koblet av en glykosidbinding (1 → 2); den laktosen er en annen som består av en rest av laktose og glukoserest bundet med en glykosid-binding β (1 → 4). Utover to rester snakker vi om oligosakkarider opptil ti rester og polysakkarider utover: er biopolymerer som består av flere osidiske rester av ose som griper inn i lagring av energi ( stivelse , glykogen ) og i stivheten til visse organismer ( cellulose , kitin ) .

I bakterier utgjør karbohydrater, avhengig av tilfelle, det meste av peptidoglykanen eller av lipopolysakkaridet i bakterieveggen . De er ansvarlige for immunreaksjonene i kroppen som er utsatt for disse bakteriene. De er også viktige antigene determinanter, eller epitoper , på overflaten av eukaryote celler . De bestemmer blodgrupper og er en viktig del av det viktigste histokompatibilitetskomplekset , eller MHC.

Noen eksempler på karbohydrater:

Lipider

Definisjon

De lipider fra gresk "  lipos  " ( "fett"), er en relativt uensartet klasse av molekyler. Er gruppert under dette navnet molekyler med en markert hydrofob karakter, det vil si veldig lite oppløselig i vann, men løselig i de fleste organiske løsningsmidler , som kloroform , for eksempel. Vi finner også lipider i stearinvoks, animalsk fett, olivenolje og praktisk talt alt fett. Biokjemi har fullført denne definisjonen ved å vise at lipider har vanlige syntetiske veier. Imidlertid er det ennå ikke en eneste definisjon av en lipid anerkjent av hele det vitenskapelige samfunnet. Dette skyldes sannsynligvis at lipider danner et sett med molekyler med ekstremt varierte strukturer og funksjoner i den levende verden.

Fra et metabolsk synspunkt utgjør lipider energireserver. Sukker transformeres for eksempel til lipider og lagres i fettceller hvis de konsumeres mer enn bruk.

Lipider, spesielt fosfolipider , utgjør hovedkomponenten i cellemembraner . De definerer et skille mellom det intracellulære mediet og det ekstracellulære mediet. Deres hydrofobe karakter gjør det umulig for polære eller ladede molekyler, som vann og ioner, å passere gjennom, fordi de danner svært kompakte grupper som skyldes svake kovalente bindinger som kalles hydrofob interaksjon. De eneste mulige banene er membranproteiner der for eksempel ioner kommer inn i og forlater cellen gjennom ionekanaler .

Flere hormoner er lipider, vanligvis avledet fra kolesterol ( progesteron , testosteron , etc.), noe som gjør det mulig å fungere som et filter for å komme inn i celler. De vitaminer som er løselige kan også klassifiseres som lipider.

I motsetning til nukleinsyrer eller proteiner , er ikke lipider makromolekyler som består av en rekke basiske enheter.

Struktur og klassifisering

Lipider kan klassifiseres i henhold til strukturen til karbonskjelettet (kjede, sykliske karbonatomer, tilstedeværelse av umettninger, etc.):

Fosfolipider: lipider som utgjør cellemembranen som tillater passering av visse mineraler;

Av praktiske og historiske årsaker anses acylglyseroler og fosfoglyserider ofte å være to forskjellige kategorier, akkurat som fosfoglyserider og fosfosfingolipider kan grupperes sammen som fosfolipider.

Proteiner (proteiner)

Den protein (fra gresk Protos , først) er polymerer sammensatt av en blanding av omtrent 20 aminosyrer . De fleste proteiner dannes ved forening av mer enn 100 aminosyrer (rester) bundet sammen av peptidbindinger . For et mindre antall rester snakker vi om peptider (< 50 rester ) og polypeptider (≥ 50 rester ).

Aminosyrer

De aminosyrer ( "amin" greske ammôniakos , ammoniakk) er nitrogenholdige organiske forbindelser med en generell formel av typen:

Den sentrale karbonatom C α ( a-karbonet ) er forbundet med en amingruppe (NH 2 -), en sur karboksylgruppe (-COOH) og en R-sidekjede som varierer fra en aminosyre til en annen. Sidekjedene (R) kan ha forskjellige egenskaper, noen er hydrofile , andre hydrofobe . Noen, i vandig løsning , ioniserer positivt ( basisk ) og andre negativt ( syre ) eller forblir nøytrale. De pattedyr har de enzymer som er nødvendige for syntese av alanin , den asparagin , den aspartat , på cystein , den glutamat , den glutamin , den glysin , det prolin , den serin og tyrosin . Når det gjelder arginin og histidin , produseres de, men i utilstrekkelig mengde, spesielt for unge individer. I motsetning til dette kan ikke isoleucin , leucin , lysin , metionin , fenylalanin , treonin , tryptofan og valin produseres av kroppen vår. For å unngå mangel, må de tilføres regelmessig av mat i riktig proporsjoner: dette er de essensielle aminosyrene .

Proteinstruktur

De aminosyrer som kan bindes til hverandre ved hjelp av en peptidbinding under biosyntesen av protein i ribosomet . Peptidbindingen er etablert mellom den karboksyl (COOH) i en aminosyre og amin- gruppe (NH 2) den andre :

reaksjonen gir et di- peptid  :

I cellen blir denne reaksjonen katalyseres ved peptidyltransferase , krever hydrolyse av ATP (energikilde) og tilstedeværelsen av magnesiumioner . For hver dannede binding dannes et vannmolekyl .

Den sekvens av aminosyrer i et protein (det arrangement og rekkefølgen av restene) danner den primære struktur . For eksempel, for å konstruere et peptid med 10 rester ved bruk av samlingen av 20 aminosyrer , har man 20 10 . I vandig løsning har radikaler forskjellige kjemiske egenskaper. Noen radikaler kan danne mer eller mindre sterke kjemiske bindinger med andre radikaler i samme peptidkjede . Noen frastøter hverandre, og andre kommer sammen og danner kjemiske bindinger. Kjeden av aminosyrer vil derfor ha en tendens til å brettes tilbake på seg selv for å vedta en presis tredimensjonal struktur. Og sistnevnte avhenger fremfor alt av sekvensen av aminosyrer som danner kjeden. Faktisk er fire hovedtyper av interaksjoner involvert i foldingen av peptidkjeden:

Disse fire første typene av interaksjoner betraktes som svake (sterke når mange, men).

Dermed vedtar visse deler av peptidkjeden en vanlig struktur som kalles en sekundær struktur. I henhold til torsjonsvinklene til forbindelsene, kjenner vi til tre hovedtyper:

  • den α helix  : den peptidkjeden har form av en spiral . De forskjellige svingene stabiliseres med hydrogenbindinger hver fjerde rest (såkalt "intracatenary" hydrogenbindinger);
  • den β ark  : hydrogenbindinger dannes mellom enkelte segmenter (p-tråder) i peptidkjeden anordnet parallelt med hverandre (hydrogenbindingene kalles “intercatenaries”). Helheten dannes som et plissert ark;
  • albuen eller "  sving  ": det er en mindre ordnet struktur som vanligvis danner en kort kobling mellom ordnede strukturer (helix-helix, ark-ark eller ark-helix). En sløyfe er en lengre lenke.

Den endelige formen til peptidkjeden, det vil si den tredimensjonale strukturen som aminosyrekjeden vedtar, utgjør den tertiære strukturen til proteinet (se figuren av myoglobin i 3D ).

Visse proteiner, mer komplekse, er resultatet av sammenstilling av de forskjellige kjedene ( monomerer ) som utgjør proteinets kvaternære struktur . For eksempel dannes hemoglobin fra assosiasjonen av fire peptidkjeder.

Strukturen til proteinet kan denatureres av flere faktorer, inkludert temperatur , ekstreme pH-er og økt ionestyrke i mediet eller ved denaturering av kjemiske midler ( 2-merkaptoetanol ). Denaturering av 3D-strukturen til et protein resulterer vanligvis i tap av funksjonen. Vi snakker om et "struktur-funksjon-forhold".

Funksjoner

De proteiner som utfører flere funksjoner i cellen og det legeme, som er essensen av livet. Her er en ikke-uttømmende liste med noen eksempler:

Proteom

For totalt ca. 20 000 til 25 000  gener ( genom ) kan anslagsvis en million forskjellige proteiner produseres i humane celler ( proteom ) . Antall proteiner produsert av den menneskelige hjerne , hvis rolle er avgjørende for dens funksjon, er estimert til rundt 12 000 .

Nukleinsyrer

De nukleinsyrer som ble isolert til å begynne fra cellekjerner eukaryote (fra latin kjernen , kjerne). De er makromolekyler med underenheter kalt nukleotider . Vi kan skille mellom to hovedtyper: deoksyribonukleinsyrer ( DNA ) og ribonukleinsyrer ( RNA ). DNA er den universelle bæreren av genetisk informasjon (bortsett fra visse virus ). Takket være to katalytiske funksjoner sikrer dette molekylet overføring og uttrykk for informasjonen det inneholder:

  • den autokatalytiske funksjonen: tillater autoduplisering av DNA og sikrer overføring av informasjon fra en generasjon til en annen;
  • den heterokatalytiske funksjonen: styrer proteinsyntese . Siden enzymer er proteiner, og alle synteser og reaksjoner er avhengige av dem, kontrollerer DNA all organisasjon og biologiske prosesser i celler og organismer . Dermed uttrykker DNA informasjonen den forstår.
Struktur

Den nukleotid , den grunnleggende enhet av nukleinsyrer , har tre komponenter: fosforsyre , en pentose og en nukleinsyre basis  :

  • fosforsyre (H 3 PO 4) har tre syrefunksjoner . To av disse funksjonene er forestret med to alkoholfunksjoner som bæres av de 3 'og 5' karbonatomene i pentosen . Den tredje syrefunksjonen er gratis. (Kullstoffene er nummerert med tall ledsaget av indikasjonen (') for å unngå forveksling med basenummereringen);
  • pentose (C 5 sukker): det er ribose , til stede i to former , henholdsvis 2'-deoksyribose og 2'-oksyribose i DNA og RNA . Pentosebasebindingen er en glykosidbinding . Det dannes ved eliminering av et vannmolekyl mellom basen og det semi-acetale OH som ligger på 1'-karbonet i osen. Pentose-baseforeningen kalles et nukleosid  ;
  • nukleinsbaser er klassifisert i pyrimidinbaser og purinbaser . De viktigste pyrimidinbasene er: uracil (U), cytosin (C) og tymin (T). De viktigste purinbasene er: adenin (A) og guanin (G). Purin- og pyrimidinbaser har interkonvertible kjemiske former som kalles " tautomere  " former  .

I dobbeltstrenget DNA pares nuklebasene til de to strengene i henhold til regelen om komplementaritet  : A parret med T, C parret med G. Denne sammenkoblingen opprettholdes takket være hydrogenbindinger og kan derfor påvirkes av varme (denatureringstermisk) . Etter konvensjonen er sekvensen til en nukleinsyre orientert i retning av 5'-enden (som har en fosfatgruppe ) mot 3'-enden som har en fri OH . Således, i dobbeltstrenget (dobbeltstrenget) DNA, er de to strengene ordnet i to motsatte retninger. 5 'og 3' ender av en av strengene tilsvarer 3 'og 5' endene av den komplementære parallelle strengen ( anti-parallell ). I rommet presenterer de to kjedene en spiralformet konfigurasjon. De snor seg rundt en imaginær akse for å danne en dobbel helix med høyre rotasjon (i A- og B- former for DNA) eller, mer unntaksvis, med venstre rotasjon (i Z- form av DNA).

Genetisk informasjon

Konvensjonelt anses det at genet er en region av en DNA- streng hvis sekvens koder den informasjonen som er nødvendig for syntesen av et protein . Tre forskjellige typer DNA utgjør genomet (alle genene til et individ eller en art ):

  • "Domestic" DNA: representerer omtrent 75% av genomet , består av gener som finnes i en enkelt kopi eller i et begrenset antall kopier. Imidlertid omfatter denne typen DNA også visse spesifikke såkalte multikopi-gener, slik som de for ribosomale RNA eller ellers de som koder for histoner . Sistnevnte eksisterer i form av store kopier (50-10 000 eksemplarer) plassert på en eller flere kromosomer  ;
  • “Repeterende og spredt” DNA ( minisatellitter og mikrosatellitter ): utgjør 15% av genomet og er preget av korte nukleotidsekvenser (større enn 100 for miniene), gjentatt i tandem et veldig stort antall ganger ( 10 5 - 10 6 ganger ), i mange regioner i genomet;
  • "satellitt" DNA: (ca. 10% av genomet) består av svært repeterende sekvenser, hovedsakelig lokalisert i regionene til sentromerer og telomerer .

Den humane genom inneholder omtrent tre milliarder av basepar som representerer nesten 30.000  gener (faktisk, i de senere beregninger indikerer at mellom 20 000 og 25 000 gener). Imidlertid ser det ikke ut til å være et systematisk forhold mellom antall basepar per genom og graden av kompleksitet til en organisme. Dermed har visse planter og amfibiske organismer et genom med mer enn 100 milliarder par nukleotider , som er 30 ganger mer enn et menneskelig genom . Faktisk synes genomet til eukaryote celler å inneholde et stort overskudd av DNA. Hos pattedyr ville mindre enn 10% av genomet være nyttig for proteinuttrykk eller for regulering av dette uttrykket.

Den komplette sekvensen av det humane HSMG03-genet som koder for exon 3 av myoglobin (størrelse: 1,2  kb ), 3 milliarder av disse 4 bokstavene danner genomet til den menneskelige arten ( Homo sapiens ).

Origine 1 GGTCCTGGAA TAAAGAGAAG GTAGGAGGAC AACTGACTCC CATCTGGCCC CTGGCTTGTC 61 CCACCCTGGT GACCATTTTC TCTCCTCACC CTCCCTGCAG TTCATCTCGG AATGCATCAT 121 CCAGGTTCTG CAGAGCAAGC ATCCCGGGGA CTTTGGTGCT GATGCCCAGG GGGCCATGAA 181 CAAGGCCCTG GAGCTGTTCC GGAAGGACAT GGCCTCCAAC TACAAGGAGC TGGGCTTCCA 241 GGGCTAGGCC CCTGCCGCTC CCACCCCCAC CCATCTGGGC CCCGGGTTCA AGAGAGAGCG 301 GGGTCTGATC TCGTGTAGCC ATATAGAGTT TGCTTCTGAG TGTCTGCTTT GTTTAGTAGA 361 GGTGGGCAGG AGGAGCTGAG GGGCTGGGGC TGGGGTGTTG AAGTTGGCTT TGCATGCCCA 421 GCGATGCGCC TCCCTGTGGG ATGTCATCAC CCTGGGAACC GGGAGTGCCC TTGGCTCACT 481 GTGTTCTGCA TGGTTTGGAT CTGAATTAAT TGTCCTTTCT TCTAAATCCC AACCGAACTT 541 CTTCCAACCT CCAAACTGGC TGTAACCCCA AATCCAAGCC ATTAACTACA CCTGACAGTA 601 GCAATTGTCT GATTAATCAC TGGCCCCTTG AAGACAGCAG AATGTCCCTT TGCAATGAGG 661 AGGAGATCTG GGCTGGGCGG GCCAGCTGGG GAAGCATTTG ACTATCTGGA ACTTGTGTGT 721 GCCTCCTCAG GTATGGCAGT GACTCACCTG GTTTTAATAA AACAACCTGC AACATCTCAG 781 TTTCTGCCTG GCATTTTTCA TCTCCTAGAG TAAATGATGC CCCCACCAGC ACCAGCATCA 841 AGGAAGAAAT GGGAGGAAGG CAGACCCTGG GCTTGTGTGT GCAGAGAGCC TCAGGAAAGA 901 GGAGAAGGGG AGGAGGAAAG GCAGGAGGGT GAGAGGGACA GGAGCCCACC CTCCCTGGGC 961 CACCGCTCAG AGGCAGGCCC AGTGCAGGGC ATGGGGAAAT GGAAGGGACA GGCTTGGCCC 1021 CAGCCTTGGG AGCACCTTCT CTTCGGGGGA GGTGGGAGGC AGCGAACAGA CCTCTGCAAT 1081 ACGAGGAGAG AGTGACAGGT GCGCCAGGCT GTGGGAACCC AGAGGAGAGG GGAAGCCATC 1141 ATCATCATGG CTGCAATACC TTCAGTAACG TGGGAAGGTC ACCCTGCTAG TAAGTGGCAG 1201 AGCTGGGACT CAAACTATGG CCTGGA

(etter Weller et al. , 1984. EMBO J. 3 (2); 439-446)

Størrelsen på gener kan variere fra noen hundre til flere titusener av nukleotider . Imidlertid bruker selv de lengste genene bare en liten del av sekvensen for å kode informasjonen som er nødvendig for proteinuttrykk. Disse kodende regionene kalles eksoner og de ikke-kodende sekvensene kalles introner . Generelt, jo mer kompleks organismen er, jo større er mengden og størrelsen på introner. Dermed er tilstedeværelsen av introner på DNA fra prokaryote organismer ekstremt sjelden. Visse regioner av DNA er involvert i reguleringen av genuttrykk . Disse regulatoriske sekvensene er vanligvis lokalisert oppstrøms (på 5'-siden) eller nedstrøms (på 3'-siden) av et gen og mer sjelden inne i introner eller eksoner.

Vitaminer

De vitaminer (fra latin vita , liv) er organiske forbindelser som essensielle for liv , som opptrer i små mengder, for utvikling, vedlikehold og drift av organisasjonen. Cellene våre er ikke i stand til å syntetisere dem, og de må leveres av mat med smerter med vitaminmangel  . overskuddet av vitaminer er ovitaminosen . Den vitamin B 1 ( tiamin ) er den første vitamin å bli oppdaget av den japanske Umetaro Suzuki forsøk på å behandle fotsopp (en sykdom forårsaket av mangel på vitamin B 1 , karakterisert ved muskel og nevrologiske). Den ble isolert av Kazimierz Funk (amerikansk biokjemiker av polsk opprinnelse) i 1912. I dag er 13 forskjellige vitaminer kjent for mennesker. Det er en heterogen gruppe fra kjemisk og fysiologisk synspunkt (virkemåte).

Vitaminer faller i to hovedkategorier: vannløselige vitaminer (gruppe B og C ) og fettløselige vitaminer (gruppe A , D , E og K ). Vannløselige vitaminer kan ikke krysse cellemembranen, og de må feste seg til en reseptor for å komme inn i cellen . De elimineres lett av nyrene og svetten, kostholdet må gi dem daglig. Fettløselige vitaminer kan lett krysse cellemembranen . Reseptorene deres finnes i cellen, enten i cytosolen eller i kjernen . De lagres i fettvev og lever (derav risikoen for overdosering, spesielt for vitamin A og D). Visse vitaminer er kofaktorer som er nødvendige for aktiviteten til enzymer (vitaminer i gruppe B ), andre utgjør en reserve for reduserende kraft ( vitamin C , E ). Funksjonene til de andre vitaminene gjenstår å bli belyst.

Underdisipliner

  • Strukturell biokjemi
  • Metabolisk biokjemi
  • Genetisk biokjemi
  • Funksjonell biokjemi
  • Medisinsk og klinisk biokjemi

Biokjemi, en tverrfaglig vitenskap

For å gjennomføre studiene med suksess, bruker biokjemikere teknikker og kunnskap fra mange vitenskapelige disipliner enn biologi , for eksempel:

Disipliner Noen applikasjoner
Analytisk kjemi

Spesielt bruker den følgende metoder:

Kjemosyntese
Kjemisk kinetikk
Termokjemi
Fysisk

Den strukturelle biologien som er knyttet til bestemmelse av strukturen til makromolekyler ved bruk av fysiske teknikker:

Informatikk

Brukes på biologi (også kalt bioinformatikk ) for analyse av nukleotidsekvenser eller aminosyrer  :

Historie

Tanken om at aktiviteten til "levende materie" kommer fra kjemiske reaksjoner er relativt gammel ( Réaumur , Spallanzani , etc.). Syntesen av urea , produsert i 1828 av den tyske kjemikeren Friedrich Wohler , vil være en av de mest avgjørende bekreftelsene som ble gjort på XIX -  tallet . Før denne datoen ble det ansett at stoffet som er tilstede i organismer, presenterte særegenheter som er spesifikke for levende ting (teori om vitalisme eller humør arvet fra de gamle grekerne Aristoteles , Gallienus eller Hippokrates ).

En annen tysker, Justus von Liebig, vil være promotor for en ny vitenskap, biokjemi, som vil være et illustrasjonsfelt for mange av hans landsmenn frem til andre verdenskrig. Blant de mest kjente er Hermann Emil Fischer (den berømte Fischer-projeksjonen av karbohydrater), Eduard Buchner (biokjemi av gjæring) og Richard Willstätter (mekanisme for enzymatiske reaksjoner).

Derfor opplever utforskningen av cellen en ny boom, men vi vil fokusere mer spesielt på dens kjemiske bestanddeler og måten de reagerer på hverandre for å utføre en metabolisme på mobilnivå. Etter Louis Pasteurs arbeid vil forskning fokusere på stoffer som er involvert i gjæring og fordøyelse (løselige gjæringer ). Antoine Béchamp kalte dem i 1864 for "zymaser", men vi foretrakk å bruke navnet enzymer introdusert i 1878 av Wilhelm Kühne .

De andre ingrediensene trekker oppmerksomhetsmolekyler "albuminoid" med navnet protein siden 1838. Disse blir betraktet som aggregater av små molekyler ved opprinnelsen til den kolloidale tilstanden til hyaloplasma cellen. I følge Friedrich Engels er de selve manifestasjonen av livet ( Naturens dialektikk , 1835); dette vekker derfor en vitalistisk holdning som i Frankrike vil forsvares av Émile Duclaux . Marcellin Berthelot gjorde et stort gjennombrudd ved å beskrive funksjonen til invertase  : fra 1860 beskrev han måten hydrolysen av karbohydratbindinger ble katalysert av denne glukosehydrolasen . Fra 1920 er en annen tolkning nødvendig med demonstrasjonen av den molekylære naturen til proteiner av Hermann Staudinger . Denne nye statusen er ledsaget av strukturelle egenskaper som fører til nye funksjonelle tolkninger, og visse proteiner kan være enzymer, slik Victor Henri hadde forutsett i 1903.

Otto Warburg setter opp cellekjemi og gjør mikrorespirometer tilgjengelig for forskere. Denne enheten vil hjelpe ungareren Albert Szent-Györgyi og deretter tyske Hans Adolf Krebs med å belyse mekanismen for cellulær respirasjon. Det er da vist at karbondioksidet produsert ved denne anledningen er resultatet av en rekke biokjemiske reaksjoner utført ved bruk av spesifikke enzymer, Krebs-syklusen . Det er også fastslått at alle celler henter sin energi fra det samme molekylet, adenosintrifosfat eller ATP , oppdaget i 1929 av Karl Lohmann .

På begynnelsen av 1940-tallet viste Albert Claude at ATP-syntese fant sted på nivået av mitokondriens indre membran . Samtidig forklarer briten Peter Mitchell mekanismen for denne reaksjonen, som er ledsaget av dannelse av vann.

Studien av thylakoids i kloroplaster av klorofylliske planter gjør det mulig å gradvis forstå mekanismen for fotosyntese. I 1932 anerkjente Robert Emerson en lysfase og en mørk fase, og i 1937 demonstrerte Archibald Vivian Hill at produksjonen av oksygen som er karakteristisk for fotosyntese, er resultatet av fotolyse (kjemisk nedbrytning av lys) av vann. Til slutt fra 1947 beskriver Melvin Calvin fremstilling av karbonholdige stoffer fra absorbert karbondioksid , dette er Calvin-syklusen .

I 1951 viste Erwin Chargaff at DNA- molekylet , kjent siden 1869, hovedsakelig er tilstede på kromosomnivå . Vi merker også at det er like mye adenin som tymin , guanin som det er cytosin . Den unge James Dewey Watson og Francis Harry Compton Crick vil publisere den dobbelte helixstrukturen til DNA i tidsskriftet Nature on25. april 1953. De er basert på røntgendiffraksjonsbilder innhentet av Maurice Wilkins og Rosalind Elsie Franklin .

Alle disse oppdagelsene er opptakten til en bedre molekylær forståelse av livet og til mange andre medisinske og biologiske fremskritt.

Utseende av biokjemiske teknikker

Det var i 1929 at Theodor Svedberg kom på ideen om å utsette cellulært materiale for omfattende sentrifugering (ultrasentrifugering) for å isolere de forskjellige bestanddelene av celler. I 1906 perfeksjonerte botanikeren Mikhaïl Tswett kromatografi , en teknikk som ble brukt til å skille biomolekyler. Den elektroforese teknikk som er utviklet i 1930 av Arne Wilhelm Tiselius , den tillater separasjon av ladede biomolekyler under påvirkning av et elektrisk felt. Britisk biokjemiker Frederick Sanger utviklet i 1955 en ny metode for å analysere molekylær struktur av proteiner ( aminosyresekvens ) og viste at et insulinmolekyl inneholdt to peptidkjeder, bundet sammen av to disulfidbroer .

Merknader og referanser

  1. (i) Thomas J. Glover, red., Pocket Ref , 3- e ed. (Littleton: Sequoia, 2003), s.  324 ( LCCN 2002091021 )
  2. (in) Geigy Scientific Tables, Ciba-Geigy Limited, Basel, Sveits, i 1984.
  3. Raymond Chang , Chemistry, niende utgave , McGraw-Hill,2007( ISBN  978-0-07-110595-8 og 0-07-110595-6 ) , s.  52.
  4. (in) Fordeling av grunnstoffer i menneskekroppen (etter vekt) Hentet 06-12-2007
  5. Frausto Da Silva og RJ P Williams , elementets biologiske kjemi: livets uorganiske kjemi ,2001( ISBN  978-0-19-850848-9 , les online ).
  6. Steven S. og Susan A. Zumdahl , kjemi, femte utgave , Houghton Mifflin Company,2000( ISBN  0-395-98581-1 ) , s.  894.
  7. (in) Forrest H. Nielsen, Ultratrace mineraler: diettmineraler , sporelementer, estimert gjennomsnittskrav, mineralmetabolisme, tarmabsorpsjon, arsen, farmakologi, struktur-aktivitetsforhold, virkningsmekanisme næringsmangel, toksikologi, tegn og symptomer (dyr og mennesker) , Baltimore, Williams & Wilkins, koll.  "United States Department of Agriculture Digital Collections",1999( les online ) , s.  283-303.
  8. Den LIPD MAPS området , et lipid ressurs sted, hadde 8,259 oppføringer på 16 August, 2006.
  9. (i) Fahy, E., S. Subramaniam, Brown HA, Glass CK, Merrill AH Jr. , Murphy RC, CR Raetz, Russell DW, Seyama Y., W. Shaw, T. Shimizu, Spener F. van Meer G., van Nieuwenhze MS, White SH, Witztum JL, Dennis EA (2005), Et omfattende klassifiseringssystem for lipider , J. Lipid Res. , vol.  46 (5): 839-861
  10. Dette molekylet kalles "  fosfatidinsyre  ".
  11. Se IUPAC-oppføringen om lipidnomenklatur
  12. (in) Etterbehandling av den eukromatiske sekvensen til det menneskelige genomet , International Human Genome Consortium (2004), Nature , 431: 931-945

Se også

Bibliografi

  • Philippe de La Cotardière , Vitenskapshistorie fra antikken til i dag , Tallandier, 2004 ( ISBN  978-2-84734-052-5 )
  • Lubert Stryer, Jeremy Mark Berg, John L. Tymoczko (overs. Serge Weinman), Biochimie , Flammarion-utgaver, koll.  "Medisin-Sciences", 2003, 5 th  ed. ( ISBN  978-2-257-17116-0 )
  • Peter N. Campbell og Anthony D. Smith ( overs.  Fra engelsk), Biochimie illustrée [“  Biochemistry illustrated  ”], Paris, éditions Maloine, coll.  "Grunnvitenskap",2002, 4 th  ed. , 374  s. ( ISBN  2-224-02713-3 )

Relaterte artikler

Eksterne linker