BTS diététique Composition de la matiere

Composition de la matière
Franck Rencurel, PhD
BTS diététique 2020
Franck Rencurel, 2020 1

Objectifs pédagogiques
A l’issue de ce cours vous devez être capable d’expliquer la
différence entre une liaison hydrogène et covalente
Connaitre la répartition de l’eau dans l’organisme ainsi que son
rôle biologique.
Connaitre le rôle des oligoéléments présents dans l’organisme
Etre en mesure de citer et d’expliquer les différentes méthodes
d’études des composant de la matière biologique..

Plan du cours
Les compartiments de l’eau dans l’organisme
La liaison hydrogène
La liaison covalente
La règle de l’octet
Rôle biologique de l’eau
Les macroéléments composant l’organisme
Les oligoéléments
Méthodes d’étude biochimiques de la matière

Introduction
Les substances retrouvées dans l’organisme ou les aliments
peuvent se répartir en deux grandes catégories:
Les composés inorganiques: (Absence de carbone). Eau, sels
minéraux
Les composés organiques: (Présence de carbone). Glucides,
Protides, Lipides, Vitamines, Acides nucléiques.
Selon le type de cellule on obtient en poids sec:
•55 à 85% de protéines
•10 à 20% d’acides nucléiques
•10 à 15% de lipides
•2 à 5% de glucides

Les éléments les plus représentés (95%) dans la
matière vivante sont C,H,O,N.
On peut séparer ces éléments en deux groupes:
Les macroéléments: C, H, O,N,S,P,Cl,Na,Mg,Ca,K
Les oligoéléments (se retrouvent à l’état de trace):
Fe, Iode (I), F, Al, Mn, Zn, Si, Co

Répartition de l’eau et des minéraux dans les différents
liquides organiques
Milieu plasmatique
Artère ou veine
Milieu lymphatique
Interstitiel
extracellulaire
Cellule
Milieu
Intracellulaire
3 compartiments

Répartition de l’eau dans l’organisme
50% dans le liquide
intracellulaire
20% dans le liquide
extracellulaire
5%= plasma
15% liquide
interstitiel
7Franck Rencurel, 2020

Muscles : 76% de la
masse musculaire en eau
Os : 22% de la masse
osseuse en eau
Tissu adipeux : 10% de la
masse adipeuse en eau
L’eau dans le corps

Pertes
adulte, climat tempéré, activité physique moyenne
1000ml urines
100ml selles
2000ml sudation,
perspiration, respiration
Apports
1600ml boissons
1000ml aliments solides
500ml eau produite par
le métabolisme
Total = 3100 ml arrondis à 3000ml Total = 3100 ml arrondis à 3000ml
9
L’équilibre hydrique entre chaque compartiments
est assuré par des pertes et des gains
Franck Rencurel, 2020

http://docplayer.fr/3816720-Chapitre-2-les-compartiments-liquidiens-de-l-
organisme-professeur-diane-godin-ribuot.html
Le Sodium et le Chlore sont des ions surtout extracellulaires
Le Potassium est surtout intracellulaire

Rappels de chimie

L'ensemble de la matière de l'univers, vivante ou inerte,
est constitué de particules appelées atomes.
L'atome comprend : un noyau et des électrons en
mouvement rapide autour de ce noyau. Cette
représentation ressemble aux planètes du système
solaire en mouvement autour du Soleil.
Proton
Neutron
Electron
Constituants de la matière

Structure de l’atome
• Les électrons ont
une charge negative
(-).
• Les électrons
sont beaucoup
plus petits que les
protons .
–
–

• Le nombre de protons dans un atome
neutre égale le nombre d’électrons de
l’atome.
# protons = # électrons
• Ce qui fait que certains atomes sont
différents des autres est le nombre de
protons et le nombre de neutrons qu’ils
ont.

• Tous les atomes d’un même élément
ont le même nombre de protons, par
exemple :
– Carbone : 6 protons
– Oxygène : 8 protons
– Fer : 26 protons
• Par contre, les atomes d'un même
élément peuvent avoir une quantité
d'électrons variés.
– Fer: 26 électrons, Fe2+ 24 électrons, Fe3+
23 électrons i.e: Le nombre d’électrons peut
varier pas le nombre de protons (dans le noyau)

12.0116
C
carbone
• Dans le tableau périodique on
retrouve l’information suivante :
– Numéro atomique
– Nombre de masse
– Symbole chimique
– Nom
Notation chimique

Table périodique des éléments

Notation chimique
Notation d’un atome
Un élément chimique (X) est complètement
défini par Z, le numéro atomique
Pour des Ions q  0. Nb électrons E = Z  q
Pour un atome neutre le nombre d’électrons
=Z= nombre de protons
qAqA
Z XouX
C
12
6

Numéro atomique “Z”
• Le numéro atomique (Z) est le nombre
de protons que le noyau de chaque
atome d'un élément contient.
• Le tableau périodique fait la liste des
éléments en ordre croissant de leur
numéro atomique.
Proton
Neutron
Electron
qAqA
Z XouX

Le nombre de masse “A”
• Le nombre de masse (A) est la masse
d’un atome de cet élément.
• La masse des électrons est négligeable,
la masse d’un atome est donc en
moyenne la masse de son noyau soit
Neutrons+ protons.
• A= Protons+Neutrons=Z+N
qAqA
Z XouXC
12
6

• Quel est le numéro
atomique?
• Combien de
protons?
• Combien
d’électron?
• Quel est le nombre de
masse?
• Combien de
neutrons?
19.009
F
fluor
A=Z+N
F
19
9

• Quel est le numéro
atomique? 9
9
9
19
10
• Combien de
protons?
• Combien
d’électron?
• Quel est le nombre de
masse?
• Combien de
neutrons?
19.009
F
fluor
F
19
9

• Représentation générale d’un élément :
• A = nombre de masse
• Z = numéro atomique
• X = symbole chimique du tableau périodique
XA
z
F
19
9

• Exemple : Voici la représentation suivante :
Quel est le numéro atomique?
Combien de protons?
Combien d'électrons?
Quel est le nombre de masse?
Combien y a-t-il de neutrons ?
O16
8
A=Z+N

• Solution :
• Le nombre de masse (A) = 16 (p+ + n0)
• Le numéro atomique (Z) = 8 (p+)
• Le symbole chimique (X) = O pour
oxygène
• Le nombre de neutrons est : (A- p+ )=
16 – 8 = 8 neutrons

Les isotopes sont les atomes d’un même élément
chimique X dont les noyaux renferment le même
nombre de protons (même numéro atomique) mais
des nombres de neutrons différents (nombres de
masse différents).
Les Isotopes
* Exemples isotopes naturels : on peut citer l'Hydrogène (1
proton) et le Deutérium (1 proton/1neutron ; atome présent dans
l'eau lourde) ou encore le Tritium (1 proton/2 neutrons).
Hydrogène
Deutérium
Tritium

Les Isotopes
• Le carbone 12 a 6 protons et six
neutrons.
• Le carbone 14 a 6 protons
et 8 neutrons.
• Le nombre de masse est la moyenne
des isotopes. Ce n’est pas toujours un
nombre entier.
• Les isotopes sont utiles pour
déterminer l’âge de fossiles, suivre une
voie métabolique...
C
12
6
C
14
6

• La masse d’un élément trouvé dans le
tableau périodique est en fait calculée à partir
des masses des isotopes de cet élément.
• C’est la masse moyenne des masses des
isotopes - on doit prendre en considération le
pourcentage d’abondance de chaque
isotopes de l’élément.

Radio-isotopes
• Certains isotopes sont instables.
• Leur noyau se désintègre en libérant de
l’énergie et des particules.
• Ce processus est appelé radioactivité.
• Les isotopes radioactifs sont appelés
radio-isotopes.

Masse molaire atomique

La mole et le nombre d’Avogadro
 On regroupe les objets pour des
raisons pratiques.
Quantités d’usage courant
Article Quantité
chaussures paire (2)
œufs douzaine (12)
crayons grosse (144)
papier rame (500)
Les atomes, les molécules et les ions sont des objets extrêmement petits. Les quantités
utilisées pour les décrire doivent être pratiques et renfermer un très grand nombre
d’atomes. Nous utilisons pour cela la mole (mol).La mole est la douzaine du chimiste.

La mole et le nombre d’Avogadro
• C’est l’unité de base du SI représentant
une quantité de substance.
• Une mole (1 mole) d'une substance
renferme 6,0224199 x 1023 particules
de cette substance. Ce nombre porte le
nom de constante d'Avogadro (NA).
• La masse d’une mole d’un élément est
égale à la valeur de sa masse atomique
exprimée en grammes.

Particules représentatives de différents
éléments et composés.
 Les particules représentatives des éléments purs,
monoatomiques comme le fer. Fe(s), sont les
atomes.
 Les particules représentatives de molécules
diatomiques, comme l’oxygène, O2(g), et les
composés, comme l’eau, H2O (l), sont les
molécules.

Combien de grammes font:
1 mole de carbone ?
1 mole d Hydrogène ?
1 mole d’oxygène ?
C
12
6
H
1
1
O
16
8
Exemple:

La mole
• La mole est évidemment très grande.
• Il y a 17 moles de NaCl dans un sac
d’un kilo de sel de table.
• Il y a 1 x 1025 particules de NaCl dans
un sac d’un kilo de sel de table.

Nombre de
molécules
divisé par
6,02 x 1023
multiplié par
6,02 x 1023
Nombre de
moles
 N=nombre de particules
 n=nombre de moles
 NA=constante d'Avogadro
 N=n x NA

• C’est la masse d’une mole d’atomes ou
de molécules de même espèce,
exprimée en grammes.
• 1mole de carbone = 12,01 g de carbone
= la masse en g de 6,02 x 1023 atomes
de carbone.
La masse molaire atomique

Relations entre les particules,
les moles et la masse
Nombre de
particules
Nombre de
moles
Masse de la
substance
Multiplié par
constante
d’Avogadro
Divisé par
constante
d’Avogadro
Divisé par
la masse
molaire
multiplié par
la masse
molaire
 Masse molaire= masse / nombre de
moles
 M=m/moles
M= m
n

La masse molaire des composés
• La molécule H2O contient deux
molécules d’H et une molécule d’O.
• Pour calculer la masse molaire d’un
composé. On additionne la masse
molaire de chacun des atomes dans le
composé.

La masse molaire des composés
• Calculer la masse molaire de CH4.
• 1 mole de C = 12,01 g
• 4 moles de H x 1,01 g = 4,04g
• 1 mole CH4 = 12,01 + 4,04 = 16,05g
• La masse molaire de CH4 est 16,05g.

Combien de moles de glucose il y a dans
1g ?
La formule brut du glucose est C6H12O6

Niveaux d’énergie des électrons

44
Energie
De l’énergie est absorbée
(consommée) pour faire passer un
électron vers une orbitale
supérieure
De l’énergie est libérée pour faire
passer un électron vers une
orbitale inférieure
N.B Plus un électron est sur une orbitale élevée plus il contient
de l’énergie

45
Glucose +6 o2 6 Co2 + 6H20+ 36 ATP
La molécule de glucose est « cassée » , ses atomes de C, H et O
sont recombinés pour donner du CO2 et de l’Eau
Les électrons du glucose perdent de l’énergie
Exemple du glucose dans la glycolyse

Sur la première couche autour du noyau:
2 électrons maximum
Sur les niveaux suivants:
8 électrons maximum
N.B Il faut « remplir » un niveau avant de
passer au suivant
A chaque répartition d’électrons sur un niveau correspond un
niveau d’énergie.
Pour passer d’un niveau à l’autre l’atome doit recevoir ou céder la
quantité d’énergie correspondant à la différence d’énergie entre
chaque niveau.
+
d d’énergie
Règle de l’Octet

47
L’énergie dégagée à
chaque transfert d’électron
vers une orbitale plus
basse peut être utilisée à
la synthèse d’un ATP,
comme par exemple dans
la glycolyse et la
respiration cellulaire
Une partie de l’énergie contenue dans la molécule de glucose
est en sorte transférée dans l’ATP pour pouvoir être utilisée.

oxygène
H2O+
Hydrogène
• 6 électrons sur la deuxième couche de l’oxygène
donc 2 appariements possibles pour atteindre les 8 électrons max.
•Sur l’Hydrogène 1 seule couche d’électrons incomplète donc
seulement 1 Liaison possible.
Règle de l’Octet
Exemple de la molécule d’eau (H2O)
Appariement d’électron = liaison covalente. Riche en énergie

49
Représentation des nuages d’électrons de la molécule d’eau,
H2O.
La vitesse des électrons étant trop élevée il est impossible de
déterminer leur position exacte autour du noyau.
Le nuage est une zone où il y a la probabilité de trouver un
électron

+
d-
d+
d+ Plus de
charges –
de ce coté
Plus de charges +
de ce coté
La molécule d’eau
Polarisation de la liaison O-H
L’oxygène est très électronégatif et a
donc tendance à attirer vers lui des
Électrons, donc à augmenter le caractère
Négatif de sa dernière couche.
L’hydrogène H est électropositif, il a
tendance à facilement donner son électron.
Il y a donc déplacement vers l’oxygène
des doublets électroniques des liaisons
covalentes O-H
On parle alors de liaisons polarisées.
On dit que la molécule d’eau est un dipôle
ou molécule polaire
d+H H
O d-

L’ eau est constituée de molécules d’H2O reliées par des liaisons
« hydrogène » faibles en énergie (pas d’échange d’électrons!)
+
d-
d+
d+
Plus de
charges –
de ce coté
Plus de charges +
de ce coté
Liaison covalente est symbolisée par un trait
dans l’écriture simplifiée d’une molécule
H HO
d-
d+
La liaison hydrogène
Liaison hydrogène
Liaison covalente
Le fluide: EauLa molécule: Eau

L’eau
L’eau à température « ordinaire »
Est un liquide très associé, constitué par
des polymères de molécules
d’eau.(H2O)n
Son point d’ébullition au niveau de la
mer est de 100°C (attention aux
montagnards!)
T°c> 400°C état de monomères H2O
T°c< 0°c mélange de divers polymères
avec prédominance de (H2O)3
Les liaisons hydrogènes confère une
certaine stabilité aux polymères de
molécules d’eau

Rôles biologiques de l’eau
Grâce aux liaisons hydrogènes, les molécules d’eau sont capables de
se lier aux molécules biologiques comme les protéines .
L’eau est un solvant polaire, elle peut dissoudre d’autres molécules
polaires.
Les ions développent des champs électriques intenses attirant
fortement les molécules d’eau autour d’eux. Les premières molécules
d’eau se disposent autour en couronne.

Les molécules ioniques présentant un groupement fonctionnel
polaire prédominant seront donc solubles dans l’eau (ions, glucose,
acides aminés..)
Les molécules présentant une région apolaire forte (longue
chaine carbonée, groupement aliphatique) ne pourront pas
s’associer à l’eau, elles seront insolubles dans l’eau. Exemple les
acides gras longs
Groupement aliphatique apolaire

L’eau peut intervenir dans les réactions d’hydrolyse. L’eau permet
alors la rupture de liaisons covalentes au sein d’une molécule
A B + H2O A OH + BH
Propriétés thermiques
Le passage de l’état liquide à gazeux permet de libérer de l’énergie.
L’énergie thermique est ainsi libérée lors de la transpiration par
évaporation d’eau au niveau de la peau.
Propriétés mécaniques
L’eau joue le rôle de lubrifiant (mucus dans les muqueuses
digestives)
Amortisseur (liquide céphalorachidien), liquide amniotique
protégeant le fœtus

Les macroéléments
Le Carbone: Elément le plus important en quantité de matière
sèche (50%)
Présent dans tous les composés organiques
Hydrogène et oxygène. Toujours associés dans les composés
organiques
L’oxygène est l’élément le plus important dans les composés
organiques. L’hydrogène est le composant le plus abondant dans
l’univers.
L’azote (N): En quantité faible (5%), Présent dans les protéines,
l’azote est inerte à l’état gazeux.
Le chlore (Cl): Principal anion intra et extracellulaire. Rarement
libre mais plutôt associé au sodium (NaCl) ou au potassium (KCl)
Le soufre (S): Plus abondant chez les animaux que chez les
végétaux (ail,oignon) on le retrouve sous forme de thiol (R-SH), de
sulfure (R-S-R’) de dissulfure (R-S-S-R’) ou d’esters (HSO3-O-R)

Les macroéléments
Le phosphore (P): Dans le squelette sous forme de phosphate de
calcium. Le phosphore joue un rôle important dans l’activité
enzymatique, le transfert d’énergie, Signaux intracellulaires etc..
Le sodium(Na): Principal cation du milieu extracellulaire, Rôle
important dans le maintien de la pression osmotique
Le potassium (K): Principal cation du milieu intracellulaire.
Souvent lié aux protéines ou combiné au chlore (KCL)
Le calcium: Présent dans le squelette. Important dans la contraction
musculaire, dans les activités enzymatiques (ex: coagulation du sang,
calmoduline kinase..).
Le magnésium: Très présent chez les végétaux, associé à la
chlorophylle. Il intervient dans la synthèse de dopamine, le
métabolisme des lipides ..

Répartitions des ions de part et d’autre de la membrane
plasmique
Le potentiel de repos est due à une répartition inégale des ions de
part et d’autre de la membrane cellulaire. La cellule est excitable
l’ion Na+ : est 10 fois plus concentré à l’extérieur de la cellule.
l’ion K+ : est 30 fois plus concentré à l’intérieur de la cellule.
l’ion Ca+ : est 100 -1000 fois plus concentré à l’extérieur de la cellule.
[K+]
[Na+]
[Ca++]
[Na+]
[K+]
[Ca++]
58

Les oligoéléments
Ce sont des minéraux présent dans l’organisme
à l’état de trace. Leur rôle est plus ou moins
connu pour certains d’entre eux tout comme
leurs besoins.
Principalement présents dans les enzymes (site
actif) mais aussi dans des co-enzymes comme
les vitamines (ex: Cobalt et vitamine B12)

Le FER
Transferrine: Forme de transport dans le sang
(nécessite du cuivre)
Ferritine: forme de stockage dans le foie
Fer « Héminique »
d’origine animale
25% absorbés par
l’intestin
Fer
«NON Héminique »
d’origine végétale
5% absorbés par
l’intestin
Vitamine C et protéines
animales augmentent
l’absorption
Hémoglobine, Cytochromes, catalase, succinate déshydrogénase,
peroxydase

Le Zinc
De nombreuses enzymes contiennent du zinc.
Metallothionéine transporte le zinc et le stock dans les organes
Anhydrase carboniqque (globule rouge transforme le CO2 en H2CO3
et inversement: équilibre acido/basique
Lactate deshydrogénase (glycolyse)
Protéines à doigt de zinc impliquées dans la régulation de
l’expression génique (récepteur s de type stéroïdiens..)
Une carence en zinc entraine un retard de développement (nanisme)
ou un hypogonadisme
61

Principales sources:
Viandes
Poissons
Fruits de mer
Céréales complètes
Le zinc
AJR: 12-15 mg de Zn en 24h
20 à 30% absorbés dans l’intestin
Le Fer et le Cuivre entrent en compétition dans le
transport intestinal du Zinc

Le Cuivre
Présent dans de nombreuses enzymes (tyrosinase, cytochrome
oxydase..)
Besoins journaliers mal définis, arbitrairement fixés à 3mg/j
Carences très rares, peuvent survenir chez le nourrisson nourri au
lait de vache au lieu de lait de suite.
Apports surtout par:
Cacao :5 mg/100g
Foie de veau: 15mg/100g
Coquille St Jacques: 10mg/100g
Blé, avoine, soja: 1mg/100g
Certains poissons et d’autres légumes peuvent constituer des
apports intéressants
Oléagineux, légumineuses.
63

40 % du cuivre ingéré est absorbé
Les protéines animales, l’acide citrique améliorent
l’absorption intestinale
Le fructose, le soja, le Fer et le Zinc diminuent
l’absorption du cuivre.
Le cuivre
Absorption

Le sélénium (Se)
Découvert en 1817 comme un dérivé de l’acide sulfurique.
Longtemps considéré comme un poison
Actions anti-inflammatoires, antivirales et anti-oxydantes.
Son abondance dans le sol varie selon la zone
géographique
Sols riches en Amérique du Nord, Europe de l’Ouest
Sols pauvres dans certaines régions de Chine et Europe
de l’Est

Présent dans des enzymes, surtout des péroxydase comme la
glutathion peroxydase (antioxydant).
25 sélénoprotéines connues chez l’homme
La sélenocystèine, un acide aminé permet la fixation du sélénium
dans les protéines.
Besoins: chez l’adulte 60mg/j en France en moyenne on atteint
ces valeurs
Sources:
5 noix du Brézil apportent environs 10mg de sélénium
1 œuf dur apporte 7-8 mg de sélénium
1 filet de poulet apporte 11 mg de sélénium
100g de riz complet cuit apporte 15 à 20 mg de sélénium
Le sélénium (Se)

Le sélénium en compléments?
L’écart entre la dose minimum et la dose maximum toxique en
sélénium est très faible.
On estime que les apports quotidiens devraient être de 60mg/j chez
l’homme et 53mg/j chez la femme. L’OMS a estimé qu’un apport
minimum de 19mg/j permettait de prévenir les maladies liées à
une carence sélénique.

Excès en sélénium: la sélénose
Généralement la sélénose est caractérisée par:
 une haleine chargée (odeur d’ail),
chute de cheveux ou des cheveux cassant,
perte des ongles ou des ongles abimés et tachés,
 des tâches cutanées,
des nausées
voir dans les cas les plus graves des œdème
pulmonaires ou des troubles cognitifs.

L’iode
La presque totalité de l’Iode de l’organisme se trouve dans la
glande Thyroïde
Sous forme d’iodure (I-) ou d’hormone thyroïdienne (T3 ou T4).
Une faible partie est captée par l’Os et les hématies
L’iode plasmatique est lié à l’hormone thyroïdienne. L’iode libre
est très faible sauf
Lors d’utilisation de médicaments, de produits de contrastes en
radiologie, teinture d’iode.
Besoins: 150 à 200 mg/j
Apports:
•Poissons de mer: 0.2 à 0.5mg/100g
•Soja, haricots oignons: 0.1mg/100g dépend de la richesse
du sol en iode.
•Carence fréquente dans les régions où on ne consomme
pas de poisson où sols pauvres (loin des mers)

Méthodes d’étude et d’analyse
des biomolécules

Généralités
Objectif: déterminer la quantité ou l’activité d’une molécule dans
le tissu que
L’on désire étudier (ex: qté de glucose dans le sang, les urines..)
Le prélèvement et la conservation de l’échantillon sont
primordiaux car Sources d’erreurs plus grandes que la méthode
d’analyse elle-même.
•Prélever une quantité suffisante en rapport à la méthode
•Echantillon représentatif

Prélèvement des échantillons

Conservation des échantillons
Si l’analyse de l’échantillon s’effectue immédiatement après le
prélèvement: En principe un stockage à 0-4°C est suffisant*.
Baisser la T° pour ralentir l’activité enzymatique, l’activité
bactérienne. On peut ajouter des antiseptiques (antibactériens,
antifongiques comme cyanure, azide de sodium) ou des inhibiteurs
d’enzymes (ex: anticoagulants (Héparine, EDTA) dans prises de
sang).
*Dans le cas de détermination d’activité enzymatique, il peut être
nécessaire de congeler l’échantillon (Congélation rapide dans N2
Liq (-192°C)ou Carboglace (-70°C))
Les liquides peuvent être filtrés sur des membrane à porosité <
0,022mm (bloque les microorganismes)

Filtration des liquides

Congélation
Nécessaire si l’analyse est éloignée du prélèvement.
La température dépend de la nature de l’échantillon et de ce que l’on
souhaite mesurer (ex vitamine C ne supporte pas la congélation).
En principe:
 glucides, lipides, protides (-20 à -30°C) (aliments)
-70°C à -80°C pour les acides nucléiques, les bactéries, certaines
protéines. On ajoute du DMSO, du Sérum pour protéger les structures
cellulaires (limitela formation de cristaux). La congélation est douce et lente
(par paliers 4°C, -20°C, -80°C puis -192°C)
Certaines enzymes n’aiment pas la congélation (dénaturation, baisse
d’activité), exemple de la LDH conservée à 4°C
Certaines molécules sont oxydables (lipides), conservation sous
atmosphère inerte (azote).
NB: Lors d’un transport, les échantillons seront enveloppés
dans un caisson isotherme avec de la carboglace (-70°C)

A -80°C attention aux doigts!

L’activité de l’eau (aw activity of water) indique la disponibilité de
l’eau d’un produit pour des réactions chimiques, biochimiques,
un changement d’état ou un développement de micro-
organismes.
L’activité de l’eau (aw) correspond au rapport entre la pression
de la vapeur d’eau de l’aliment (pression de la vapeur d’eau à la
surface du produit) et la pression de la vapeur d’eau pure à la
même température.
La valeur de l’activité de l’eau varie entre 0 (produit sec au point
que toute l’eau est liée à l’aliment, et donc sans qualité réactive)
et 1 (eau pure et sans soluté, difficile à atteindre et surtout à
maintenir).
La congélation diminue le aw

En augmentant la quantité de sel ou de sucre dans une solution
On diminue le aw et améliore la conservation des aliments

La lyophilisation
Déshydratation des échantillon par sublimation (passage de l’eau
solide à l’eau vapeur)
Bonne conservation des échantillons mais appareillage couteux
Perte de produits volatiles
Difficulté à remettre en solution certaines molécules pour l’analyse.
Déshydratation progressive avec l’éthanol sur des coupes de tissu l
pour histologie (bains à 50,70,90,95 et 100% éthanol)
Incinération pour étude des minéraux (les composés organiques sont
éliminés)

Lyophilisateur Dessicateur

Prélèvement des échantillons
Petite quantité disponible (prise de sang chez nouveau né, biopsie
de foie) Échantillon utilisé en totalité.
Si échantillon en quantité suffisante alors:
Solide
Plusieurs prélèvements sur tout le volume
(ex sur un muscle)
Homogéneisation, broyage
Liquide
Homogénéiser (agitation, vortex)
avant prélèvement à analyser
Aliquotes
Le plus grand soin est apporté à l’analyse de la valeur
référence pour la robustesse des résultats

Méthodes d’extraction
Sonication Mortier Ultra Turax
Objectif: casser les cellules pour extraire les molécules à
étudier tout en les préservant.
A basse température
En présence d’inhibiteurs de protéases
En présence d’inhibiteurs de nucléases
Maintien du pH (Tampon)
Maintien de la pression osmotique (albumine, PEG, saccharose..)

Broyeur de Potter
French Press

Extraction
Dissoudre un solide pour son analyse (extraction solide-liquide)
Pour des protéines peu solubles dans l’eau on utilise des
détergents (SDS, NP40, Tween20..) permettant leur mise en
solution pour l’étude (extraction solide-liquide)
Séparer des molécules selon leur solubilité (extraction liquide-
liquide)
On appelle Coefficient de partage le rapport des solubilités
d’une même substance dans la phase aqueuse et dans le solvant
organique non missible (2 phases). Ce rapport varie selon la
nature de la phase organique, de la molécule considérée mais
aussi du pH et de la T°C
Le coefficient de partage est donc le rapport de concentration du
soluté dans les 2 phases

Extraction liquide-liquide

Précipitation/centrifugation
Une fois séparées et en solution on peut avoir recours à la
précipitation en utilisant des sels, solvants organiques (éthanol,
éther) pour concentrer et isoler les molécules à étudier.
Exemple de l’éthanol précipitant l’ADN en solution
Les petites molécules en solution peuvent être précipitées par
centrifugation (ultra) ou par filtration (rétention sur le filtre)

ADN dans solvant (éthanol)
Protéines, débris cellulaires
précipités dans le même
solvant (éthanol)
Précipitation avec sels ou solvants organiques
Précipitation par densité La centrifugation

88
Centrifuge
rotor
Axe de rotation
ω
r
Pour chaque utilisation on doit programmer:
Vitesse (rpm)
Temps (minutes)
Température (°C)

89
Forces auxquelles est soumise une particule en suspension dans un
liquide
Avant centrifugation pendant centrifugation
Poussée Archimède
Agitation moléculaire
Force centrifugefrottement
Force gravité

Ultracentrifugation isopycnique
Séparation des petites molécules en solution selon leur densité
dans un gradient de densité
L’échantillon s’arrête à la densité égale au gradient

Séparation des ions ou molécules de petite taille des
macromolécules par le passage à travers une membrane
poreuse.
91
Séparation des molécules en solution
La dialyse

92
Dialyse
La membrane doit:
 Avoir une grande surface
 Être de faible épaisseur (20mm)
 Avoir des pores de diamètre calibré (MWCO)

93
Théorie de la dialyse
 Elle est complexe et fait appel à:
o La loi de Fick (diffusion libre)
 Le flux de substance diffusée (dm/dt) est
proportionnel au gradient de concentration (dC/dx)
et à la surface S
oLa loi de diffusion à travers une membrane
 Prise en compte de l‘effet de tamis, des phénomènes
électrostatiques et de l‘adsorption de certains solutes
sur la membrane
Variation locale des concentrations

La chromatographie
L’échantillon à étudier est dissous et les molécules qu’il contient
Vont interagir avec une phase stationnaire (poudre ou solide percé
de trous) avec une grande surface de contact.
Les interactions seront +/- forte selon la nature des molécules et du
support
Une phase liquide passe à travers le support et entraine les
molécules du mélange. Les molécules passent rapidement (élution)
si l’interaction est faible ou l’élution est lente si les interactions sont
fortes.

Les chromatographies
Définition
Méthode de fractionnement et d‘analyse immédiate par entraînement
au moyen d‘une phase mobile (liquide ou gaz) au travers d‘une
phase stationnaire (solide ou liquide fixé)
Basée sur la migration différentielle des solutés due à leur répartition:
o Entre la phase stationnaire: Rétention
o Et la phase mobile: Mobilité
Selon la phase mobile, on distingue:
o La chromatographie en phase gazeuse
o La chromatographie en phase liquide

96
Chromatographie: Ensemble de techniques pour la
séparations de mixtures de substances basées sur la
distributions entre deux phases:
phase stationnaire
solide
liquide sur
support inerte
phase mobile
dans une colonne
disposée sur un plan
Chromatographie
sur papier
Chromatographie
sur couche mince
gaz liquide
Chromatographie

97
Principe de la séparation
La molécule étudiée (analyste)se partage entre la phase
stationnaire et la phase mobile selon un équilibre réglé par la
constante K
K = CS/CM= coefficient de distribution ou de partage
CS = concentration analyte dans la phase stationnaire
CM = concentration analyte dans la phase mobile

98
éluant: phase mobile
substances à séparer
collection de petits volumes d’éluant
Utilisation:
 séparation mélanges
 purification substances
Chromatographie sur colonne: (en verre ou acier)
colonne remplie d’une poudre: phase stationnaire
coton ou laine de verre
Détection de la présence de la molécule
Dans les aliquotes

99
Schéma de principe d’un chromatographe
Générateur de phase mobile
injecteur colonne détecteur acquisition
le résultat d’une analyse chromatographique
est un chromatogramme

100
Principe de la séparation
Mélange de produits
injecté
séparation des produits
grâce à la  affinité des
analytes
par les phases stationnaire et
mobile

Chromatographie
La chromatographie en phase gazeuse est destinée à la
séparation des molécules volatiles , à des molécules résistantes
aux hautes températures de vaporisation (150-250°C) et à des
molécules non ionisées (ex: lipides).
Selon les interactions mises en jeux entre les molécules et la
phase stationnaire on distingue:
•Les chromatographie d’adsorption
•Les chromatographie de partage (différences de solubilité
entre le support et la phase liquide de l’échantillon)
•Les chromatographie d’échange d’ions (phase
stationnaire résine chargée + ou -)
•Chromatographie d’exclusion (séparation par la taille à travers
des billes percées de trous)
•Chromatographie d’affinité (anticorps-antigène, enzyme-
substrat..)

L’électrophorèse
Permet de séparer des molécules chargées en utilisant un
champ électrique.
Le support est soit de l’acétate de cellulose, gel
d’agarose, de polyacrylamide
Nécessite une solution pour permettre la passage du
courant électrique
électrophorèse
d’acides nucléiques
sur gel d’agarose

L‘électrophorèse
Définition
 Méthode de fractionnement et d‘analyse
 Basée sur la migration différentielle des particules
électriquement chargées, soumises à un champ électrique
 Technique très utilisée et ce dans de nombreux
domaines

Les différents supports
 Électrophorèse sur papier (protéines, petites molécules)
 Électrophorèse sur acétate de cellulose (protéines)
 Électrophorèse sur gel d‘agarose (acides nucléiques, protéines)
 Électrophorèse sur gel de polyacrylamide 5PAGE ou SDS-PAGE)
(+/- SDS) (protéines, acides nucléiques)

Le SDS-PAGE

Les différents moyens de révélation
 Colorants spécifiques
o Protéines: ninhydrine, noir amidé, rouge Ponceau,
o Acides nucléiques: bromure d‘éthidium
 Lecture densimétrique
 Révélations spécifiques
o Glycoprotéines: réactif de Schiff
o Lipoprotéines: noir Soudan, rouge Ciba
o Enzymes: réaction spécifique
 Réaction antigène-anticorps

107
Le bromure d'éthidium (Bet) interagit
par interactions hydrophobes avec les
cycles des bases des acides nucléïques
(phénomène de "stacking").
Le Bet s'intercale donc entre 2 bases
contigües sur chaque brin.
Sous l'action de photons UV, il ré-emet
de la fluorescence qui permet de
visualiser les acides nucléïques sur un gel
d'agarose par exemple.
Bromure d'éthidium

Détection par interaction anticorps-antigène:
le western blot

Le rouge Ponceau est surtout utilisé pour vérifier
Le bon transfert des protéines sur la membrane
Au cours d’un western-blot.
Sens de migration
Par décroissance
de poids
moléculaire

Spectrophotométrie
Méthode de détection basée sur le principe que les molécules en
solution sont capables d’absorber la lumière
On défini ainsi un spectre d’absorption pour chaque molécule càd,
la variation du coefficient d’absorption en fonction de la longueur
d’onde de la lumière incidente.
En enregistrant le spectre d’absorption on peu déterminer la
concentration de la molécule en solution

Spectrophotométrie
La loi de Beer-Lambert
I0
I
Cuve
DO
Longueur d’onde l
Si I0 est l’intensité de la lumière incidente, I celle de la lumière
transmise alors:
Log I0
I
= e X Cx L
C= concentration (mol/l) de la solution dans la cuve
L= épaisseur de la cuve (chemin optique)
e= coefficient d’absorption moléculaire à la longueur d’onde choisie
Log I0
I
= densité optique Proportionnelle à la concentration
de la solution

Merci

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