Bioquimia
La bioquimia es la disciplina scientifica qu'estúdia lei procès quimics que se debanan au sen deis organismes vivents, especialament dins lei cellulas. Eissida de la quimia e de la biologia, la bioquimia s'interessa donc principalament ais estructuras, ai foncions e ais interaccions dei macromoleculas biologicas coma lei glucids, lei lipids, lei proteïnas e leis acids nucleïcs. Per aquò, obsèrva tanben lo comportament dei moleculas pus pichonas e deis ions que participan ai reaccions quimicas intracellularas. Seis aplicacions de la bioquimia son largas car la disciplina a de liames amb plusors autrei brancas dei sciéncias coma la quimia analitica, la quimia organica e la fisica. Es ansin venguda un domeni important en agricultura, en agronomia e en medecina

Istòria

Lei precursors de la bioquimia 

Se la bioquimia modèrna es eissida de la mescla entre la quimia e la biologia, demòra possible de trobar de trabalhs precursors dins lei periòdes istorics ancians. Per exemple, lei concèptes de ying e yang ò la teoria deis umors mesclèron de preocupacions alquimicas e biologicas. L'idèa de liar lei transformacions de la matèria e l'estat de santat d'un individú es donc fòrça vièlha. S'obsèrva au mens dins la pensada grèga, romana, chinesa, indiana e aràbia.

Durant l'Edat Mejana, aquelei concepcions anticas evolucionèron segon lei descubèrtas dei mètges e deis alquimistas. Pasmens, lei limits dei conoissenças dau periòde permetèron pas d'establir de liames suplementaris en despiech de quauqueis experiéncias coma aquelei de Santorio Santorio (1561-1636) sus la nutricion. Aquò deguèt esperar la fondacion de la quimia modèrna, lo desvolopament de la termodinamica e la descubèrta dei cellulas durant lo sègle XIX. Una etapa majora aguèt luòc amb lei trabalhs de Justus von Liebig (1803-1873 e de Louis Pasteur (1822-1895). D'efiech, lo premier prepausèt dirèctament d'adaptar lei lèis de la quimia a la fisiologia e au tractament dei patologias. Lo segond, gràcias a seis estudis sus la fermentacion, mostrèt l'existéncia d'un mecanisme quimic dirigit per un microorganisme.

Après aquelei trabalhs, la bioquimia s'estructurèt rapidament a la fin dau sègle XIX a l'entorn de dos aisses principaus de recèrcas : leis enzims e lo metabolisme. Lo mot « bioquimia » eu meteis foguèt imaginat en 1903 per Carl Neuberg (1877-1956).

Lei recèrcas sus leis enzims 

Coneguda tre la fin dau sègle XVIII, la digestion de la carn per de secrecions produchas per l'estomac foguèt un dei ponchs de partença principaus de la recèrca en bioquimia. En 1833, aquò menèt a la descubèrta de la diastasa, lo premier enzim identificat, per Anselme Payen (1795-1871). Lo tèrme « enzim » eu meteis foguèt inventat per Wilhelm Kühne (1837-1900) en 1878 e l'estudi deis enzims se raprochèt d'aqueu de la fermentacion après lei descubèrtas de Pasteur sus aqueu subjècte.

En 1897, una etapa majora foguèt passada dins la comprenença dau foncionament deis enzims amb lei trabalhs d'Eduard Buchner (1860-1917). D'efiech, descurbiguèt que leis enzims continuavan de foncionar en l'abséncia de cellulas. Ansin, capitèt de realizar una fermentacion dins una solucion desprovesida de levaduras viventa. Aquò permetèt de comprendre que leis enzims èran de substàncias quimicas. Una autra consequéncia dei trabalhs de Buchner regardèt la nomenclatura. Desenant, leis enzims foguèron designats per lo sufix -asa apondut au radicau de la substància pertocada per l'activitat d'aquel enzim. Per exemple, la lactasa favoriza l'idrolisi de la lactòsa.

Après aquela descubèrta majora, lei bioquimistas assaièron de determinar la natura precisa deis enzims. La dificultat principala foguèt de diferenciar leis enzims e lei proteïnas. D'efiech, au començament dau sègle XX, per la màger part de la comunautat scientifica, lei proteïnas podián pas elei meteissei assegurar una catalisi quimica. Pasmens, lo contrari foguèt demostrat en 1926 per James B. Sumner (1887-1955). D'efiech, Sumner capitèt d'isolar e de cristallizar l'ureasa, çò que li permetèt de demostrar qu'aquel enzim èra ben constituit d'una proteïna unica. En 1937, descurbiguèt la meteissa causa per la catalasa. Enterin, de descubèrtas similaras confiermèron aquelei resultats en 1930 amb l'estudi de la pepsina per John Howard Northrop (1891-1987) e Wendell Meredith Stanley (1904-1971).

Lei recèrcas sus lo metabolisme 

Lei recèrcas sus lo metabolisme comencèron durant la premiera mitat dau sègle XX. Son precursor pus famós es Hans Krebs (1900-1981), un estudiant d'Otto Heinrich Warburg (1883-1970). Lo premier estudièt divèrseis elements dau metabolisme intermediari coma la sintèsi de l'urèa dins lo fetge dei mamifèrs, la sintèsi de l'acid uric en leis aucèus, lo transpòrt d'electrolits e lo foncionament de la respiracion cellulara. Pasmens, es mai que mai coneguda per sa participacion a la descubèrta dau cicle de Krebs, una etapa fondamentalas de l'oxidacion dei produchs alimentaris. Lo segond descurbiguèt d'elements importants dau metabolisme dei cellulas cancerosas. Pasmens, durant aqueu periòde, se fau tanben nòtar lo trabalh de Fritz Albert Lipmann (1899-1986) que descurbiguèt lo coenzim A, una substància aguent un ròtle major dins lo cicle de Krebs.

Puei, en 1960, Robert K. Crane (1919-2010) esplechèt de trabalhs pus ancians sus la glucòsa, menats per Emil Fischer (1852-1919), per descubrir lo mecanisme dau cotranspòrt sòdi-glucòsa qu'intervèn au nivèu de l'absorpcion intestinala. Aquel eveniment es una etapa importanta dins l'istòria de la bioquimia car marca la premiera descubèrta de flux liats implicant un ion e una molecula. Menèt tanben a d'autrei descubèrtas majoras sus l'utilizacion de la glucòsa per l'organisme. Dins aquò, regardant la glicolisi, se fau egalament mencionar lei recèrcas menadas per Gustav Embden (1874-1933), Otto Fritz Meyerhof (1884-1951) e Jakub Karol Parnas (1884-1949) que descurbiguèron lei procès de degradacion de la glucòsa dins lei muscles ò de Karl Lohmann (1898-1978) que descurbiguèt l'adenosina trifosfat.

Concèptes principaus

Leis elements dau vivent 

Aperaquí 25 elements quimics de la taula periodica son necessaris a diferentei formas de vida. Leis elements rars dins lo mitan naturau son generalament pas utilizats per leis èssers vivents amb quauqueis excepcions coma l'iòde e lo selèni. Au contrari, leis elements abondós son sovent utilizats. Pasmens, i a tanben d'excepcions coma lo titani e l'alumini que participan pas ai mecanismes dau vivent. D'un biais generau, leis organismes utilizan lei meteisseis elements quimics mai existís quauquei diferéncias entre leis animaus e lei vegetaus. Per exemple, leis algas utilizan lo bròme, causa que sembla fòrça rara per lei plantas terrèstras e leis animaus.

Per exemple, un èsser uman mejan es constituit de sièis elements principaus que son l'oxigèn (65%), lo carbòni (18%), l'idrogèn (10%), l'azòt (3%), lo calci (1,4%) e lo fosfòr (1,1%). Lo rèsta es fach de potassi, de sofre, de sòdi, de clòr, de magnèsi, de fèrre, de fluor, de zinc, de silici e d'un desenau d'autreis elements que son pas totjorn necessaris a la vida

Lei biomoleculas

Lei glucids 

Lei glucids son un ensemble de compausats constituits per de monomèrs dichs òsas. Son devesits en dos grops principaus. Lo premier es format per leis aldòsas que son fachs d'una cadena d'alcòls segondaris aguent una foncion aldeïd a una extremitat. Lo segond es format per lei cetòsas que tènon una foncion cetona sus sa cadena carbonada mentre que leis autreis atòms de carbòni son portaires d'una foncion alcòl primari ò segondari segon sa posicion.

Leis òsas an un ròtle major dins lo metabolisme energetic dei cellulas e dins lo biosintèsi deis acids nucleïcs, dei cerebrosids e dei glicoproteïnas. Pòdon pereu intervenir dins de mecanismes de detoxicacion. Doas òsas pòdon s'unir gràcias a una liason osidica per formar un disacarid. Per exemple, es lo cas dau sucre comun, la sacaròsa, qu'es lo resultat de l'union d'una molecula de glucòsa e d'una molecula de fructòsa. Es tanben lo cas de la lactòsa qu'es constituida per la galactòsa e la glucòsa. Per d'assemblatges pus complèxs, se parla d'oligosacarids (fins a 10 òsas) e de polisacarids (en delà de 10 òsas).

Leis oligosacarids e lei polisacarids intervènon dins plusors organismes per permetre l'estocatge de l'energia (amidon, glicogèn...) ò per assegurar la rigiditat de certanei teissuts (cellulòsa, quitina...). En lei bacterias, forman la màger part de la membrana bacteriana e, per aquela rason, an un ròtle important dins lo sistèma immunitari car pòdon èsser caracteristics de la preséncia d'un antigèn. Enfin, determinan lei grops sanguins e participan a l'expression dau complèx major d'istocompatibilitat.

Lei lipids 

Lei lipids constituisson una categoria pauc omogenèa de moleculas caracterizadas per un caractèr idrofòb important. Es a dire que son quasi insolubles dins l'aiga mai solubles dins la màger part dei solvents organics. Au nivèu metabolic, lei lipids son de resèrvas d'energia. Per exemple, lei sucres son transformats en lipids e gardats dins lei cellulas adiposas en vista d'un besonh ulterior.

Lei lipids, especialament lei fosfolipids, son lo constituent major dei membranas cellularas. D'efiech, sei proprietats idrofobas empachan lo passatge dei moleculas polaras e deis ions. Ansin, lei canaus ionics, fachs de proteïnas particularas, son leis accès unics permetent l'intrada ò la sortida d'aquelei compausats. Tanben, plusors ormonas son de lipids coma lo colesteròu e sei derivats. Enfin, de còps, lei vitaminas liposolublas son classadas entre lei lipids.

Au contrari d'autrei familhas de biomoleculas coma lei proteïnas, lei lipids son pas de macromoleculas compausadas de l'union de moleculas pus pichonas. En causa de sa diversitat, lei lipids an pas de definicion partejada per tota la comunautat scientifica. Pasmens, existís una classificacion basada sus l'esquelèta carbonada dei moleculas. Aquò permet de definir de grops coma leis acids gras, lei glicerids e leis esteròus.

Lei proteïnas 

Lei proteïnas son de polimèrs compausats d'acids aminats. Segon lo nombre d'aqueleis acids, se parla de peptids (mens de 50 acids) ò de polipeptids (mai de 50 acids). La màger part dei proteïnas fan partida de la segonda categoria. Leis acids aminats son de compausats organics azotats que tènon una formula generala dau tipe NH<small>2</small>—HC<small>α</small>R—CO<small>2</small>H caracterizada per un atòm de carbòni centrau liat a un grop amina —NH<small>2</small>, a un grop acid carboxilic —CO<small>2</small>H e a una cadena laterala R. Pòdon aver de proprietats relativament diferentas coma l'idrofobia ò l'idrofilia, un caractèr acid mai ò mens important... etc. Totei leis organismes son pas capables de produrre totei leis acids aminats necessaris a son foncionament. Aquelei portats per l'alimentacion son donc dichs acids aminats essenciaus.

Leis acids aminats pòdon se liar entre elei gràcias a la formacion d'una liason peptidica entre lei grops amina e acid carboxilic. Dins una cellula, aquela reaccion es catalizada per la peptidiltransferasa (amb una consumacion d'ATP e en preséncia d'ions magnèsi). La sequéncia deis acids aminats d'una proteïna constituís son estructura primària. L'òrdre deis acids aminats es contraròtlat per divèrsei mecanismes cellulars car l'estructura tridimensionala d'una proteïna pòu variar segon plusors tipes d'interaccions coma lei proprietats idrofòbs ò idrofils de sei constituents, l'efiech dei fòrças de van der Waals sus la cadena, l'efiech dei liasons ionicas ò l'efiech dei liasons idrogèn. Dins certanei moleculs, aparéisson tanben de liasons disulfur que permèton de liar dirèctament, per una liason covalenta, dos atòms de sofre.

Aqueleis interaccions son a l'origina de la mesa en plaça d'estructuras regularas qu'an una influéncia majora sus l'aspècte generau d'una proteïna. Leis eliças α son de cadenas peptidicas en forma d'espirala estabilizadas per la preséncia importanta de liasons idrogèn (generalament totei lei quatre acids aminats). Lei fuelhs β son de segments parallèls egalament estabilizats per de liasons idrogèn. Enfin, lei contorns e lei boclas son d'estructurats mens organizadas, sovent cortas, que lian entre elei lei partidas organizadas. En foncion d'aquelei proprietats, lei proteïnas tènon mai d'un ròtle fondamentau dins un organisme coma lo mantenement d'estructuras (tubulina, elastina...), la catalisi de procès biologics (enzims...), lo transpòrt e l'estocatge de substàncias quimicas (emoglobina...), la regulacion de certanei compausats (citoquinas...), la recepcion e la transduccion de sinhaus (receptors biologics...), lo movement (sistèma actina/miosina...), la defensa immunitària (anticòrs...) ò la detoxicacion (peroxidasas...).

Leis acids nucleïcs 

Leis acids nucleïcs son de macromoleculas compausadas de sosunitats dichas nucleotids. N'existís dos tipes principaus que son leis acids desoxiribonucleïcs (ADN) e leis acids ribonucleïcs (ARN). Lei nucleotids son compausats de tres constituents que l'acid fosforic, una pentòsa e una basa nucleïca :
 l'acid fosforic H<small>3</small>PO<small>4</small> es un triacid que doas de sei foncions son esterificadas per doas foncions alcòl situadas sus la pentòsa.
 la pentòsa es la ribòsa qu'es presenta sota doas formas : la desoribòsa dins l'ADN e l'oxiribòsa dins l'ARN. La liason pentòsa-basa es una liason glicosidica e l'associacion entre lei dos compausats es dicha nucleosid.
 lei basas nucleïcas son classadas en basas pirimidicas e en basas puricas. Lei pus importantas dei basas pirimidicas son l'uracila, la citosina e la timina e lei pus importantas dei basas puricas son l'adenina e la guanina.
Leis acids nucleïcs son lo supòrt de l'informacion genetica, especialament l'ADN que tèn aqueu ròtle dins totei leis organismes vivents e dins la màger part dei virüs.

Lei vitaminas 

Lei vitaminas son de compausats organics necessaris, en quantitats feblas, au desvolopament, a l'entretenença e au foncionament de l'organisme. Pòdon i tenir lo ròtle de cofactors necessaris a l'activitat d'enzims (vitaminas dau grop B), d'agents reductors (grops C e E)... etc. Pasmens, la foncion precisa de plusors vitaminas es pas encara ben identificada. Una manca pòu entraïnar de patologias grèvas e un excès es sovent toxic. Coma lei cellulas pòdon pas lei sintetizar, la fònt unica dei vitaminas es l'alimentacion.

En causa de sa definicion, lei vitaminas recampan un ensemble eterogenèu de substàncias que son tradicionalament devesits en doas categorias. La premiera contèn lei vitaminas idrosolublas (grops B e C) e la segonda lei vitaminas liposolublas (grops A, D, E e K). D'efiech, aquela diferéncia a d'efiechs sus lei mecanismes li permetent d'intervenir dins lei mecanismes cellulars. Lei vitaminas idrosolublas pòdon pas passar soletas la membrana cellulara. Per aquò, son obligadas de se fixar a un receptor. De mai, en causa de sa solubilitat dins l'aiga, son aisament eliminadas per l'organisme, çò que necessita de consumar cada jorn d'aliments contenent aqueu tipe de vitamina. Lei vitaminas liposolublas, au contrari, pòdon passar sensa dificultat una membrana cellulara. Se fixan a de receptors situats dins lo citosòu ò dins lo nuclèu. Son estocadas dins lei teissuts adipós e dins lo fetge.

Lo metabolisme 

Lo metabolisme es l'ensemble dei reaccions quimicas que se debanan a l'interior d'un èsser vivent e que li permèton de se mantenir en vida, de se reprodurre e de respòndre ai constrenchas de son environament. La màger part d'aquelei reaccions an luòc dins lei cellulas mai aquò es pas obligatòri. D'efiech, una partida important dei procès metabolics, coma la digestion e lo transpòrt de substàncias entre doas cellulas, a luòc en defòra dei cellulas.

Lo catabolisme 

Lo catabolisme es l'ensemble dei procès metabolics que permèton la degradacion dei biomoleculas. En particular, comprèn lei mecanismes de degradacion e d'oxidacion dei nutriments. Lo catabolisme a ansin per foncion de provesir l'energia e lei constituents elementaris necessaris au metabolisme cellular. Segon la natura de sei fònts d'energia e de carbòni, leis organismes son classats dins de categorias diferentas, dichas tipe trofic.

Leis organismes qu'utilizan la lutz solara coma fònt d'energia son dichs fototròfs. Aquelei qu'utilizan de compausats quimics son dichs quimiotròfs. Aquelei metabolismes son basats sus de transferiments d'electrons de compausats donaires (generalament de moleculas organicas, l'aiga, l'amoniac, lo sulfur d'idrogèn, de cations Fe<small>2+</small>...) vèrs de compausats acceptaires (generalament l'oxigèn, de nitrats, de sulfats...). En leis animaus, aquò entraïna la desgradacion de moleculas organicas complèxas en compausats simples coma lo dioxid de carbòni e l'aiga. En leis organismes fotosintetics e lei cianobacterias, permèton de liberar l'energia de la lutz dau Soleu qu'es absorbida e estocada per l'organisme. Aqueu destriament mèna a diferenciar leis organotròfs que consuman de compausats organics e lei litotròfs qu'utilizan de substrats inorganics coma basa d'aquelei reaccions.

Enfin, i a un darrier critèri de classament deis organismes en foncion de son catabolisme. Regarda l'origina de seis atòms de carbòni. Ansin, un èsser vivent es dich eterotròf s'utiliza una fònt organica e autotròf s'a besonh d'una fònt inorganica.

L'anabolisme 

L'anabolisme es l'ensemble dei procès metabolics qu'utilizan l'energia e lo poder reductor produchs per lo catabolisme per sintetizar lei biomoleculas complèxas necessaris au mantenement ò a la fabricacion deis estructuras cellularas. D'un biais generau, son produchas per de mecanismes de plusors etapas que permèton d'assemblar entre elei de moleculas pus pichonas e pus simplas. L'anabolisme es ansin organizat a l'entorn de tres etapas principalas. Premier, l'organisme fabrica de precursors coma leis òsas, leis acids aminats e lei nucleotids. Puei, activa aquelei precursors gràcias a una transformacion quimica sostenguda per l'energia provesida per l'ATP. Enfin, assegura l'assemblatge dei precursors activats.

Leis organismes presentan de capacitats de sintèsi fòrça diferentas. Per exemple, leis autotròfs, coma lei plantas, son capables de produrre de moleculas organicas complèxas a partir de substàncias simplas coma lo dioxid de carbòni e l'aiga. En revènge, per arribar a un resultat similar, leis eterotròfs an besonh de nutriments pus complèxs coma de sucres ò d'acids aminats.

Brancas e aplicacions principalas

Lei brancas principalas de la bioquimia 

Eissida de la mescla entre la quimia e la biologia, la bioquimia tèn plusors brancas formadas per lo raprochament amb una autra disciplina, generalament un sosdomeni de la quimia ò de la fisica. Per exemple, a partir de la quimia analitica, a desvolopat divèrsei tecnicas d'analisi pròpria coma l'electroforèsi dei proteïnas. A partir de la quimia organica e de la cinetica quimica, a permés la descubèrta e l'estudi de plusors reaccions de sintèsi organica. La catalisi, especialament aquela assegurada per leis enzims, tèn sovent un ròtle important dins aquelei procès. Òr, lei reaccions enzimaticas despendon fòrça de la temperatura. Aquò menèt ansin a un raprochament amb la termoquimia.

A partir de la fisica, la bioquimia a permés de fondar la biologia estructurala qu'assaia de determinar l'estructura espaciala dei macromoleculas. Per aquò, son utilizats de metòdes coma la microscopia electronica, la cristallografia, la diffraccion dei rais X ò la resonància magnetica nucleara (RMN). En parallèl, gràcias au desvolopament dei tecnologias de l'informacion, son tanben aparegudas de disciplinas mesclant bioquimia e informatica. Permèton de realizar de modèls tridimensionaus de compausats bioquimics e de realizar pus rapidament de comparasons entre sequéncias dins de bancas de donadas de substàncias.

Leis aplicacions principalas 

La bioquimia a d'aplicacions variadas, principalament dins lei domenis de la medecina, de la biologia, de la nutricion e de l'agricultura. Pasmens, la medecina recampa probablament la màger part deis aplicacions car lei bioquimistas i an un ròtle important dins l'estudi dei causas e dei tractaments dei malautiás e dei patologias. En biologia, participan a l'estudi deis organismes vivents. Aquò pòu aver d'aplicacions en agronomia per melhorar lei culturas ò per trobar un mejan de combatre un parasit. Enfin, lo ròtle de la bioquimia en dietetica tròba sovent un interès en medecina per melhorar lo regim alimentari d'un individú ò d'una populacion.

Annèxas

Liames intèrnes 

 Acid nucleïc.
 Anabolisme.
 Biologia.
 Biomolecula.
 Catabolisme.
 Cellula.
 Energia.
 Enzim.
 Glucid.
 Lipid.
 Metabolisme.
 Oligoelement.
 Organisme.
 Òsa.
 Proteïna.
 Quimia.
 Vida.
 Vitamina.

Bibliografia 

 (fr) Peter N. Campbell e Anthony D. Smith, Biochimie illustrée, Maloine, coll. « Sciences fondamentales », 2002.
 (fr) Philippe de La Cotardière, Histoire des sciences de l'antiquité à nos jours, Tallandier, 2004.
 (en) Joseph S. Fruton, Proteins, Enzymes, Genes: The Interplay of Chemistry and Biology, Yale University Press, 1999.
 (en) Robert Kohler, From Medical Chemistry to Biochemistry: The Making of a Biomedical Discipline, Cambridge University Press, 1982.
 (en) Keith Roberts, Martin Raff, Bruce Alberts, Peter Walter, Julian Lewis e Alexander Johnson, Molecular Biology of the Cell, 4th Edition, Routledge, 2002.
 (fr) Lubert Stryer, Jeremy Mark Berg, John L. Tymoczko (trad. Serge Weinman), Biochimie, Flammarion, coll. « Médecine-Sciences », 2003.

Nòtas e referéncias 

Tecnicas de laboratòri