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5.2 : Réactions : favorables, défavorables, et leur dynamique - Biologie

5.2 : Réactions : favorables, défavorables, et leur dynamique - Biologie


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Comme nous le verrons, les systèmes biologiques sont extrêmement complexes ; leurs éléments structurels globaux et nombre de leurs composants moléculaires (y compris l'ADN) sont le produit de processus et de réactions thermodynamiquement défavorables. Nous examinerons ici la thermodynamique de ces processus.

Penser l'énergie : La thermodynamique est au cœur de l'énergie et des changements énergétiques. Cela conduit à la question non triviale, qu'est-ce que l'énergie ? L'énergie se présente sous plusieurs formes. Il y a de l'énergie associée au mouvement et aux vibrations des objets avec une masse. Au niveau atomique et moléculaire, il y a de l'énergie associée à l'état (quantique) des électrons. Il y a de l'énergie associée aux champs qui dépend de la nature d'un objet (par exemple sa masse ou sa charge électrique) et sa position dans le champ. Il y a l'énergie associée au rayonnement électromagnétique, la forme la plus familière est la lumière visible, mais le rayonnement électromagnétique s'étend des micro-ondes aux rayons X. Enfin, il y a l'énergie qui est présente dans la nature même de la matière, une telle énergie est décrite par l'équation :

e (énergie) = m (masse) x c2 (c = vitesse de la lumière)

Pour illustrer ce principe, nous pouvons faire appel à nos expériences quotidiennes. L'énergie peut être utilisée pour faire bouger quelque chose. Imaginez un système de boîte posée sur un sol rugueux. Vous poussez la boîte pour qu'elle bouge, puis vous arrêtez de pousser – la boîte parcourt une courte distance puis s'arrête. La première loi de la thermodynamique est que l'énergie totale dans un système est constante. La question est donc de savoir où est passée l'énergie ? Une réponse pourrait être que l'énergie a été détruite. C'est faux. Des observations minutieuses nous amènent à déduire que l'énergie existe toujours mais qu'elle a été transformée. Un changement évident est la transformation de l'énergie d'une force mécanique en une autre forme, alors quelles sont ces autres formes ? Il est peu probable que la masse de la boîte ait augmenté, nous devons donc nous pencher sur des formes plus subtiles – la plus probable est la chaleur. Le frottement généré par le déplacement de la boîte représente une augmentation des mouvements des molécules de la boîte et du sol sur lequel la boîte s'est déplacée. Grâce aux collisions et aux vibrations, cette énergie sera, au fil du temps, distribuée dans tout le système. Ce mouvement thermique peut être vu dans ce que l'on appelle le mouvement brownien. En 1905, Albert Einstein a expliqué le mouvement brownien en termes d'existence, de taille et de mouvements de molécules148.

Dans le système que nous avons envisagé, l'énergie concentrée utilisée pour déplacer la boîte a été répartie dans tout le système. Alors que l'on pourrait utiliser la poussée pour déplacer quelque chose (pour travailler), la thermoénergie diffuse ne peut pas être utilisée pour faire un travail. Alors que la quantité totale d'énergie est conservée, sa capacité à faire des choses a été diminuée (presque abolie). Cela implique le concept d'entropie, que nous aborderons ensuite.


TET2 la mutation est un facteur pronostique défavorable chez les patients atteints de leucémie myéloïde aiguë avec cytogénétique à risque intermédiaire

Wen-Chien Chou, Sheng-Chieh Chou, Chieh-Yu Liu, Chien-Yuan Chen, Hsin-An Hou, Yuan-Yeh Kuo, Ming-Cheng Lee, Bor-Sheng Ko, Jih-Luh Tang, Ming Yao, Woei Tsay , Shang-Ju Wu, Shang-Yi Huang, Szu-Chun Hsu, Yao-Chang Chen, Yi-Chang Chang, Yi-Yi Kuo, Kuan-Ting Kuo, Fen-Yu Lee, Ming-Chi Liu, Chia-Wen Liu , Mei-Hsuan Tseng, Chi-Fei Huang, Hwei-Fang Tien TET2 La mutation est un facteur pronostique défavorable chez les patients atteints de leucémie myéloïde aiguë avec cytogénétique à risque intermédiaire. Du sang 2011 118 (14) : 3803-3810. doi : https://doi.org/10.1182/blood-2011-02-339747


5.2 : Réactions : favorables, défavorables, et leur dynamique - Biologie

Le potentiel membranaire bactérien est dynamique, avec la capacité de s'hyperpolariser et de se dépolariser.

La dynamique du potentiel membranaire bactérien médie la signalisation au niveau de la cellule unique et du biofilm.

L'électrophysiologie bactérienne est différente de l'électrophysiologie neuronale en raison de la taille des bactéries et de leur structure membranaire.

Des techniques ont été développées et utilisées pour mesurer le potentiel membranaire bactérien de manière quantitative et temporelle.

Toutes les membranes cellulaires ont la fonctionnalité de générer et de maintenir les gradients de potentiels électriques et électrochimiques. De tels potentiels étaient généralement considérés comme un contributeur essentiel mais homéostatique aux comportements bactériens complexes. Des études récentes ont révisé ce point de vue et nous savons maintenant que le potentiel membranaire bactérien est dynamique et joue un rôle de signalisation dans l'interaction cellule-cellule, l'adaptation aux antibiotiques et la sensation des conditions et des environnements cellulaires. Ces découvertes soutiennent que la dynamique du potentiel des membranes bactériennes mérite plus d'attention. Ici, nous passons en revue les études récentes révélant les rôles de signalisation de la dynamique du potentiel de la membrane bactérienne. Nous présentons également les théories biophysiques de base du potentiel membranaire à la communauté microbiologique et discutons de la nécessité de réviser ces théories pour des applications en électrophysiologie bactérienne.


Résultats

Diversité génétique et propriétés des populations

Nous avons collecté des données de reséquençage d'ADN pour 1961 cotons pour une analyse de variation génomique avec une profondeur moyenne de

14,8× pour chacun [3,4,5,6, 16, 33, 34]. Après avoir rejeté les accessions en double, un total de 1913 accessions de coton a été utilisé pour l'analyse SNP et InDel, qui comprenait 256 G. hirsutum races locales (Ghlandraces), 438 améliorées G. hirsutum cultivars des États-Unis et d'autres pays (GhImpUSO), 929 améliorés G. hirsutum cultivars de Chine (GhImpCHN), 261 G. barbadense adhésions, et 29 autres Gossypium espèces qui ont été utilisées comme exogroupe (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S1). Nous avons aligné ces données sur le génome de référence de G. hirsutum acc. « TM-1 » [12] et a identifié 63 084 975 SNP et 12 354 432 petites insertions ou suppressions (longueur des InDels ≤ 20 pb), dans lesquels l'ensemble de données de variation de base comprend 19 246 497 SNP et 4 815 125 InDels avec une fréquence allélique mineure (MAF) ≥ 0,01 et plus plus de cinq accessions présentant des variations homozygotes (Tableau 1 Fichier supplémentaire 1 : Tableaux S2-S6 Fichier supplémentaire 3). Sur la base des données de base du SNP, nous avons étudié la structure de la population de G. hirsutum et G. barbadense. L'analyse des arbres voisins a montré que les 1913 accessions se classent en 12 clades. G. hirsutum les accessions forment 8 clades, G. barbadense les accessions forment 3 clades et les autres espèces forment 1 clade (Fig. 1a Fichier supplémentaire 2 : Figure S1). L'analyse de la population a montré que G. barbadense les accessions ont été séparées des G. hirsutum landraces, GhImpUSO et GhImpCHN (Fig. 1b, c Fichier supplémentaire 2 : Figure S2). G. hirsutum diversité nucléotidique (??) est estimé à 1,07 × 10 − 3 dans les races locales, 3,74 × 10 − 4 dans GhImpUSO, 3,34 × 10 − 4 dans GhImpCHN et 1,01 × 10 − 3 dans G. barbadense (Fichier supplémentaire 2 : Figure S3), similaire aux études récentes sur le coton [3,4,5,6, 34] (Fig. 1d).

Structure de la population et diversité génétique dans G. hirsutum et G. barbadense adhésions. une L'arbre phylogénétique non pondéré voisin-jointure de 1913 accessions de coton a été construit sur la base de 20 000 SNP aléatoires à partir de SNP de base. Les G. tomentosum (UN D3), G. mustelinum (UN D4), G. darwinii (UN D5), G. ekmanianum (UN D6), G. stephensii (UN D7) d'espèces tétraploïdes, G. arboreum (UNE2) et G. davidsonii (RÉ3-d) des espèces diploïdes servent d'exogroupe. b Graphique d'analyse en composantes principales (ACP) des deux premières composantes pour toutes les accessions. c Analyse de STRUCTURE de toutes les accessions de coton avec différents nombres de grappes K = 6 et K = 12 (K = 12 est la valeur optimale). Les X-axis répertorie les espèces de l'exogroupe (gris), G. barbadense (bleu), G. hirsutum accessions de race locale (orange), et G. hirsutum les accessions améliorées (vert) respectivement, et la oui-axis quantifie la diversité génétique dans chaque accession. Les autres résultats de structure sont présentés dans le fichier supplémentaire 2 : Figure S2. Diversité nucléotidique (π) et divergence de l'indice de fixation (Fst) dans les cinq groupes. e Le nombre de délétions, de duplications, d'inversions et de translocations dans cinq populations (test bilatéral de Wilcoxon rank-sum pour les groupes adjacents, P < 0,001). Chaque nœud représente une accession. Dans cette analyse, le nombre de SV a été montré avec le génome de référence TM-1

Nous avons utilisé 742 accessions de coton avec une profondeur de séquençage élevée (> 10×) contre le G. hirsutum Le génome de référence « TM-1 » (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S1 Fichier supplémentaire 3) et a identifié 32 099 suppressions, 7576 duplications, 1112 inversions et 357 translocations (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S7). Il y a plus de SV dans Ghlandrace que dans les groupes GhImpUSO et GhImpCHN (Fig. 1e). De plus, 173 166 (MAF ≥ 0,01) variations du nombre de copies (CNV) ont été identifiées dans les 742 accessions, dont 82 431 dans les races locales, 59 309 dans le GhImpUSO et 38 057 dans le groupe GhImpCHN (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S8). Les propriétés génétiques de la population des CNV dans 742 accessions ont montré que G. hirsutum les races locales ont été clairement séparées des accessions améliorées, similaires au résultat basé sur le SNP, mais ont été regroupées avec les accessions GhImpUSO et GhImpCHN (Fichier supplémentaire 2 : Figure S4). Ces résultats suggèrent que les CNV à haute confiance ont une forte divergence entre G. hirsutum landrace et population améliorée et peut être utilisé pour découvrir des loci de traits quantitatifs complexes (QTL). Cet ensemble de données variome complet fournit une ressource génomique pour la génétique des populations de coton, l'analyse de la domestication et l'identification agronomique des allèles (Fichier supplémentaire 2 : Figure S5).

Preuve de divergence génomique pendant la domestication et l'amélioration

Les traits liés à la domestication découlent de variations génétiques sélectionnées chez les espèces sauvages, affectant la taille des graines, la période de floraison, le rendement, la qualité et l'adaptation des cultures [35,36,37]. Pour identifier les signaux de sélection potentiels lors de la domestication du coton, nous avons analysé les variations génétiques avec différenciation de la fréquence des allèles dans la diversité nucléotidique en comparant chaque groupe cultivé avec son groupe sauvage correspondant. Nous avons identifié 76 régions de balayage de domestication (DSR) en utilisant πLandraceAmélioré (ratio ≥ 15) et une méthode de vraisemblance (XP-CLR, Top 5%) (Fichier supplémentaire 2 : Figure S6a), occupant 66,8 Mb dans le sous-génome A et 51,4 Mb dans le sous-génome D associés à 837 et 1272 gènes, dont 274 paires de gènes homologues (Fig. 2a). Par rapport aux études précédentes avec un petit nombre d'accessions [3,4,5], cette analyse de sélection de domestication a identifié 31 nouveaux DSR occupant 43,6 Mo (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S9). Certains gènes domestiqués liés aux fibres et connus ont été exprimés de manière différentielle entre les races sauvages/landraces et les cultivars améliorés (Fichier supplémentaire 2 : Figure S6b, c). Les gènes sélectionnés pour la domestication étaient impliqués dans la réponse au stress, la régulation de la paroi cellulaire, l'acide jasmonique, l'éthylène et le processus du rythme circadien (Fichier supplémentaire 2 : Figure S7). Une manipulation plus poussée de ces gènes dans la voie des hormones végétales et la voie de réponse au stress peut aider à illustrer leur rôle régulateur putatif dans l'amélioration de la qualité de la fibre et l'adaptation environnementale pendant la domestication du coton [3, 38, 39]. Nous avons également identifié 120 Mo (πGhImpUSOGhImpCHN ≥ 2) avec des signaux d'amélioration, dont 1006 gènes sélectionnés dans le sous-génome A et 2369 dans le sous-génome D avec 353 paires de gènes homologues (Fig. 2a Fichier supplémentaire 2 : Figure S6d), et 79,5% (95,4 Mb) des régions de sélection d'amélioration n'ont pas été identifiés auparavant [5] (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S10). Il convient de noter l'observation que 19 Mb de séquence ont été criblés à la fois avec des signaux de domestication et de sélection d'amélioration, dans lesquels le sous-génome D (441 gènes) a plus de gènes que le sous-génome A (50 gènes) (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S11). Ces données suggèrent que le sous-génome D a des signaux de sélection basés sur les SNP plus forts dans les processus de domestication et d'amélioration.

Variation à plusieurs échelles pour la divergence subgénomique et GWAS sur les traits agronomiques pendant la domestication du coton. une Graphique Circos montrant les signaux de sélection et les QTL basés sur SNP et SV pendant la domestication et l'amélioration du coton. La région de sélection a été calculée dans une fenêtre glissante de 1 Mo avec une taille de pas de 200 Ko. I-VIII, Circos plot de l'extérieur à l'inter pistes montrant la densité de gènes (I), snpQTLs (II), cnvQTLs (III), le rapport de diversité nucléotidique (π) basé sur les SNP entre 256 landraces et 1364 accessions améliorées pour la domestication (IV ), le rapport de diversité nucléotidique (π) basé sur les SNP entre 438 accessions GhImpUSO et 929 accessions GhImpCHN pour l'amélioration (V), la différence relative d'allèle SV dans les comparaisons entre les variétés locales et les accessions améliorées (VI), et entre GhImpUSO et GhImpCHN ( VII). La piste (VIII) représente l'homologue domestiqué. Les panneaux supérieur et inférieur (VI) représentent la différence d'allèle de variation de délétion et de duplication, respectivement. Les snpQTL ont été identifiés à l'aide de l'analyse méta-GWAS de 890 accessions de coton. Le cercle le plus à l'extérieur de la police circos plot violet et jaune montre respectivement les snpQTL pléiotropes (psnpQTL) et les cnvQTL pléiotropes (pcnvQTL). bi Signaux sélectifs de variations du nombre de copies (CNV) entre le A (b) et D (F) sous-génome au cours de la domestication. Les lignes pointillées grises horizontales montrent le seuil du signal de domestication avec le rapport de diversité nucléotidique entre les accessions de coton sauvage/landrace et améliorée (πrace localeAmélioré > 200). c–e et g–je Six hits GWAS basés sur CNV qui se chevauchent avec des signaux de sélection de domestication sont affichés pour l'indice de graine (SI) (c), longueur de fibre (FL) (), poids de la capsule (BW) (e), l'uniformité des fibres (FU) (g), allongement des fibres (FE) (h), et la date de floraison (FD) (je). Le seuil de la ligne cnvQTL était -log10 P = 4.4. Le tracé du violon a montré une variation phénotypique avec le génotype CNV principal. Les nombres dans le tracé du violon indiquent le nombre d'accessions pour chaque copie. La différence de signification a été calculée avec le test bilatéral de la somme des rangs de Wilcoxon (**P < 0.01, *P < 0.05)

La domestication est un facteur déterminant de la différence de fréquence des allèles CNV entre les groupes sauvages/landraces et domestiqués [37]. Au total, 286 régions à base de CNV non redondantes ont été identifiées avec des signaux de sélection lors de la domestication du coton, comprenant 297 Mb dans le sous-génome A (Fig. 2b) et 105 Mb dans le sous-génome D (Fig. 2f). Environ 55 % (65 Mo sur 118 Mo) des signaux de domestication basés sur SNP chevauchaient des balayages de domestication basés sur CNV (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S12). Au total, 217 régions CNV ont été identifiées avec des signaux de sélection d'amélioration, comprenant 156 Mb dans le sous-génome A et 133 Mb dans le sous-génome D. Environ 44 % (52 Mo sur 120 Mo) des signaux d'amélioration basés sur SNP chevauchaient les signaux d'amélioration basés sur CNV (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S13). Au total, nous avons identifié 329 Mb (couvrant 6339 gènes) de séquences dans le sous-génome A et 127 Mb (4955 gènes) dans le sous-génome D avec des signaux de domestication basés sur SNP et CNV. Un total de 173 Mb (5526 gènes) et 184 Mb (8405 gènes) de séquences ont des signaux d'amélioration dans les sous-génomes A et D. L'identification des signaux de sélection au cours de la domestication et de l'amélioration peut faciliter l'identification plus poussée des loci génétiques de traits agronomiques importants.

Afin d'identifier les QTL pour les signaux de sélection associés aux caractères agronomiques, nous avons mené une méta-analyse d'une étude d'association pangénomique (GWAS) portant sur 890 G. hirsutum accessions de trois cas expérimentaux indépendants avec des environnements multiples (Fichier supplémentaire 3) [3, 5, 6]. En utilisant les données génotypiques de 2 291 437 SNP de haute qualité avec un MAF ≥ 0,05 dans 890 accessions, nous avons identifié 2 952 SNP significatifs (0,05/2 291 437 P < 2,18 × 10 − 8 ) associé à des caractères liés à la qualité de la fibre. Après un filtrage strict, 91 principaux QTL liés aux fibres ont été localisés, dont 11 pour la longueur des fibres (FL), 17 pour l'allongement des fibres (FE), 15 pour la résistance des fibres (FS), 19 pour l'uniformité de la longueur des fibres (FU), 10 pour les fibres. micronaire (FM), 7 pour la maturité de la fibre (MAT) et 12 pour l'indice de consistance de filature (SCI) (Fichier complémentaire 1 : Tableau S14 et Fichier complémentaire 2 : Figure S8). Nous avons également identifié 31 QTL liés au rendement et 3 QTL liés à la date de floraison (FD). Au total, 125 QTL majeurs avec 4751 gènes candidats pour 15 caractères agronomiques ont été identifiés, dont 78 étaient cohérents avec les études précédentes [3, 5, 6, 15, 40, 41] et les 47 autres ont été nouvellement détectés dans la méta-analyse ( Fiche complémentaire 1 : Tableau S14). Sur les 125 QTL, 14 présentent des signaux de sélection lors de la domestication et de l'amélioration (Fichier complémentaire 1 : Tableau S15). De plus, vingt et un loci QTL ont montré des effets pléiotropes sur la qualité de la fibre, le rendement et la date de floraison (Fig. 2a Fichier supplémentaire 1 : Tableau S16). Par exemple, le pourcentage de peluche (LP), le poids de fibre par capsule (FWPB) et l'indice de peluche (LI) sont des composants du caractère de rendement, les principaux QTL étant colocalisés sur le chromosome D02 (Fichier supplémentaire 2 : Figure S9a). La LP, la FD et la période de croissance entière (WGP) pour les caractères de période de floraison ont des QTL co-localisés sur le chromosome D03 (Fichier supplémentaire 2 : Figure S9b).

Nous nous sommes concentrés sur de nouveaux QTL liés à l'allongement des fibres qui ont été identifiés dans le méta-GWAS. Un nouveau QTL (mqFE253) a été localisé sur le chromosome D05 (à 11,3–12,5 Mb de région génomique). Les 64 gènes candidats ont été prédits en intégrant l'analyse des haplotypes, l'expression des gènes et l'annotation fonctionnelle (Fichier supplémentaire 2 : Figure S10). Un gène candidat (Ghir_D05G013680, GhIDD7), codant pour un facteur de transcription 7 à domaine indéterminé, était exprimé de manière différentielle dans quatre stades de développement de la fibre (Fichier supplémentaire 2 : Figure S10f). Les accessions représentant deux haplotypes principaux de la région 5' UTR ont montré une différence significative dans l'allongement et la longueur des fibres (Fichier supplémentaire 2 : Figure S11a-b). Après élimination de GhIDD7, la fibre mature était significativement plus courte que celle des plantes de type sauvage (25,8 ± 0,3 contre 27,1 ± 0,1) (Fichier supplémentaire 2 : Figure S11c, d, e). Ces résultats ont indiqué que GhIDD7 était un gène auparavant non caractérisé contribuant au caractère lié à la qualité de la fibre.

Analyse GWAS de 26 831 CNV de haute confiance (MAF 0,05) sur 419 G. hirsutum les accessions ont révélé 370 CNV significatifs pour 50 QTL (cnvQTL) (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S17), dont 5 ont montré des effets pléiotropes à la fois sur la qualité de la fibre et le rendement en fibre (Fig. 2a). Treize cnvQTL se chevauchent avec des QTL basés sur SNP (snpQTL), et les 37 autres cnvQTL ne sont identifiés que par des CNV. Parmi ces cnvQTL, 15 chevauchaient des balayages de domestication et 10 chevauchaient des signaux de sélection d'amélioration (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S18). Les données phénotypiques montrent une différence significative dans les accessions de coton avec différents nombres de copies de plomb CNV (Fig. 2c–e, g–i Fichier supplémentaire 2 : Figure S12). Par exemple, une association d'indice de graine (SI) avec un signal de domestication a été identifiée sur le chromosome A06 (Fig. 2c). Une association de longueur de fibre (FL) avec le signal de domestication était localisée sur le chromosome A10, et FL avec 2 copies de duplication était significativement plus longue que celle avec 0 copie (allèle de référence) (P < 0.01) (Fig. 2d). La région LD principale impliquée dans le CNV possède 78 gènes codants candidats, dont certains sont impliqués dans le développement de la fibre de coton, comme l'UDP-glucose pyrophosphorylase 3 (Ghir_A10G024310, UGP3) et le facteur transcriptionnel de type AP2/B3 (Ghir_A10G023950). Un autre exemple montre qu'une association de maturité de fibre (MAT) avec un signal de sélection d'amélioration était localisée sur le chromosome A12 (Fichier supplémentaire 2 : Figure S13a, b, c). Cette association a un gène candidat codant pour la xyloglucane endotransglucosylase/hydrolase 5 (Ghir_A12G008500, XTH5). Dans le sous-génome D, trois cnvQTL avec de forts signaux de sélection se sont avérés être associés à FD, FWPB et FS sur les chromosomes D03, D06 et D07 (Fichier supplémentaire 2 : Figure S13d, e, f, g). Ces résultats fournissent un certain nombre de candidats cnvQTL qui peuvent être appliqués pour cultiver des traits souhaitables dans une future sélection.

Pan-génomes de G. hirsutum et G. barbadense espèce

Nous avons utilisé une approche d'assemblage guidé par référence [21] pour construire des pan-génomes de G. hirsutum et G. barbadense. Les données de séquençage de 1581 G. hirsutum (251 races locales, 424 GhImpUSO et 906 GhImpCHN) et 226 G. barbadense les accessions améliorées ont été alignées sur les génomes de référence « TM-1 » et « 3-79 », respectivement [12]. Environ 5800 millions de lectures non mappées de G. hirsutum et 1127 millions de lectures non mappées de G. barbadense ont fait l'objet d'un assemblage de novo (Fichier supplémentaire 2 : Figure S14, S15), produisant respectivement 5 047 083 790 pb et 1 517 253 311 pb de séquence contig, avec une longueur minimale de 500 pb (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S19). Après suppression des redondances, 3704 Mb et 1422 Mb séquences non référencées avec un contig N50 de 1530 pb (G. hirsutum) et 1108 pb (G. barbadense) a réussi toutes les étapes de filtrage pour les génomes non-référencés finaux (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S20). Les séquences non référencées finales de 1041 Mb et 309 Mb dans G. hirsutum et G. barbadense avec une longueur de contig de plus de 1000 pb ont été utilisés pour prédire les gènes codant pour les protéines (Fichier supplémentaire 2 : Figure S16). Nous avons obtenu 32 569 G. hirsutum gènes (65 679 transcrits) et 8851 G. barbadense gènes (12 076 transcrits) (Fichier supplémentaire 1 : Tableaux S21-S22). Le final G. hirsutum pan-génome (Ghpan-génome) est de 3388 Mb avec 102 768 gènes (2347 Mb avec 70 199 gènes dans le génome de référence « TM-1 ») et G. barbadense (Gbpan-génome) est de 2575 Mb avec 80 148 gènes (2266 Mb avec 71 297 gènes dans le génome de référence « 3-79 ») (Fichier supplémentaire 2 : Figure S17).

La couverture du génome Ghpan a été étudiée à l'aide des lectures PacBio de 10 accessions représentatives, y compris G. hirsutum yucatanense, G. hirsutum richmondi, G. hirsutum morrilli du wild/landraces, l'Acala, Paymaster 54, Stoneville 2B du groupe GhImpUSO, et Simian 3, CRI 7, Xinluzao 42, et Xuzhou 142 du groupe GhImpCHN (Fichier supplémentaire 1 : S23-S25 Fichier supplémentaire 2 : Figure S18 ). Après assemblage de novo (Fichier supplémentaire 3), plus de 93 % des contigs assemblés ont été mappés sur le génome de référence TM-1. Environ 18,9 Mb de contigs non cartographiés (un total de 641 Mb de contigs de 10 accessions qui n'ont pas été cartographiés sur le génome de référence TM-1) ont été alignés sur les séquences non référencées de 1581 G. hirsutum accessions (la longueur moyenne des séquences de non-référence est

655 ko 1041 Mo/1581 Mo). Les assemblages basés sur PacBio fournissent des preuves de séquences génomiques non-référencées dans G. hirsutum, indiquant que notre pipeline de construction de pan-génomes peut récupérer des PAV dans une grande population de matériel génétique. Certains PAV à haute fréquence ont également été vérifiés par PCR dans 23 accessions représentatives (Fichier supplémentaire 2 : Figure S19).

Pour le G. hirsutum population, nous avons cartographié les lectures de re-séquençage contre 102 768 gènes pan, ce qui a donné 17 100 gènes (16,64 %, singleton) dans 561 accessions (profondeur de séquençage < 5) et 85 667 gènes dans 1020 accessions (profondeur > 5). Le 1020 G. hirsutum les accessions comprennent 63 489 gènes centraux partagés par tous G. hirsutum accessions, 5941 (5,78 %) gènes softcore dans 990-1019 accessions (97-100 %), 3803 (3,7 %) gènes shell dans 11-989 accessions (1-97%) et 12 434 (12,1 %) nuages ​​dans moins de 10 accessions (0-1 %) (Fig. 3a, b). Pour le G. barbadense pan-génome, les 1536 gènes singletons ne se sont produits que dans 49 accessions de faible profondeur. Nous avons utilisé 78 612 gènes pan qui se sont produits dans 177 accessions pour une analyse plus approfondie du PAV. Le 177 G. barbadense les accessions comprennent 68 789 (85,8 %) gènes core, 1 796 (2,24 %) gènes softcore dans 172-176 accessions (97-100 %), 5867 (7,32 %) gènes shell dans 4-171 accessions (2-97%) et 2160 (2,75%) nuages ​​dans moins de 3 accessions (0–2%) (Fig. 3c, d). La modélisation de la taille du pan-génome avec un échantillonnage aléatoire itérative suggère que le Ghpan-génome a une moyenne de 81 688 gènes pan et une moyenne de 65 595 gènes de base dans 398 accessions (Fig. 3e). Le génome Gbpan a une moyenne de 78 607 gènes pan et 69 563 gènes core dans 59 accessions pour modéliser la saturation (Fig. 3f). Par conséquent, la taille du génome central a diminué et le pan-génome a augmenté avec l'augmentation de la taille de la population. L'analyse GO a montré que les gènes centraux étaient impliqués dans le processus métabolique et le développement cellulaire, tandis que les gènes variables étaient impliqués dans la « réponse de défense », la « réponse au stress » et la « transduction de signalisation dans l'aptitude à l'environnement » (Fichier supplémentaire 2 : Figure S20).

Pan-génomes de G. hirsutum et G. barbadense espèce. une Numéro de gène et fréquence de présence dans G. hirsutum pan gènes. Le camembert correspond aux gènes core (présents dans toutes les accessions), softcore, shell et cloud. Les gènes singleton dans les accessions de faible profondeur (< 5) ont été exclus pour une analyse PAV plus approfondie. Les gènes variables sont divisés en gènes de référence et de non-référence dans le fichier supplémentaire 2 : Figure S17. b 1020 G. hirsutum La carte thermique des accessions a montré la présence et l'absence de PAV variables. c Numéro de gène et fréquence de présence dans G. barbadense pan gènes. 177 G. barbadense La carte thermique des accessions a montré la présence et l'absence de PAV variables. e, f Courbe de saturation modélisant l'augmentation de la taille du pan-génome et la diminution de la taille du noyau du génome en 1020 G. hirsutum (e) et 177 G. barbadense (F). La barre d'erreur a été calculée sur la base de 1000 combinaisons aléatoires avec cinq réplicats de génomes de coton. Les bords supérieur et inférieur en violet et rouge représentent le nombre de gènes maximum et minimum. Les lignes pleines représentent le nombre de gènes pan et de gènes core

Nous avons ensuite étudié les caractéristiques génomiques des gènes principaux et variables entre les sous-génomes A et D. Les gènes centraux ont des niveaux d'expression plus élevés que les gènes variables dans les deux G. hirsutum et G. barbadense (Fichier supplémentaire 2 : Figure S21). Fait intéressant, les gènes variables subgénomiques A ont des niveaux d'expression plus élevés que les gènes subgénomiques D (Fig. 4a). Les gènes variables ont une probabilité d'insertion TE adjacente (2 kb) plus élevée que les gènes core, en particulier pour le gitan classe (Fichier supplémentaire 2 : Figure S22). Les gènes variables du sous-génome D ont un rapport plus élevé que ceux du sous-génome A (Fig. 4b). L'analyse de sélection évolutive a montré que plus de gènes variables ont subi une sélection positive que les gènes de base dans les deux G. hirsutum et G. barbadense, en particulier dans le sous-génome D (Fig. 4c). De plus, les gènes variables ont une plus grande diversité de nucléotides que les gènes principaux, et les gènes plus variables du sous-génome D ont une plus grande diversité (P < 0,001) (Fig. 4d Fichier supplémentaire 2 : Figure S23). Ces données ont indiqué que les gènes variables subgénomiques D avaient un taux d'évolution plus rapide que les gènes subgénomiques A.

Comparaison des gènes core et variables dans les sous-génomes A et D. une Niveaux d'expression des gènes core et variables dans G. hirsutum et G. barbadense. Les gènes softcore sont représentés par « Soft ». b Ratio de fréquence d'insertion des éléments transposables (TE) dans les 2 kb en amont des gènes core et variables dans les sous-génomes A et D. c Ratio non-synonyme/synonyme (Kune/Ks) mutations des gènes core et variables. Diversité SNP des gènes principaux et variables. La comparaison de l'expression génique, de la diversité TE et SNP entre les gènes core et variables a été réalisée à l'aide d'un test bilatéral de Kolmogorov-Smirnov (*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0,001)

Sélection du PAV lors de la domestication et de l'amélioration

Pour établir un paysage de PAV sélectifs entre la race locale et le coton amélioré, nous avons comparé la fréquence des PAV entre les groupes landrace, GhImpUSO et GhImpCHN. Le groupe des races locales a des gènes plus variables que les cultivars améliorés, suggérant une tendance générale à la perte de gènes pendant la domestication du coton (Fig. 5a). L'ACP et l'analyse phylogénétique des PAV suggèrent que le groupe des races locales était séparé du groupe des cultivars améliorés (Fig. 5b, c). Les races locales originaires d'Amérique indigène avaient un mélange de population avec le coton cultivé américain en composition génétique, cohérent avec l'analyse de clustering des SNP de haute confiance (Fichier supplémentaire 2 : Figure S24). Pour contrôler le taux de faux positifs, huit variétés locales et trente-quatre accessions de GhImpUSO dans une structure de population mixte d'origine incertaine ont été exclues d'une analyse plus approfondie.

Signaux de sélection du PAV lors de la domestication et de l'amélioration du coton. une Numéro de gène parmi les G. hirsutum landrace et des accessions améliorées. Le test de la somme des rangs de Wilcoxon (P < 0,001) a été utilisé pour les statistiques significatives. b Analyse PCA de 1020 accessions basée sur les PAV shell. c Arbre phylogénétique de vraisemblance maximale et structure de population avec un nombre différent de groupes (K = 2, 3 et 4) en 1020 G. hirsutum accessions utilisant 3803 PAV shell. La structure de la population est triée selon l'arbre phylogénétique. d, e Comparaison de la fréquence de présence de gènes significative entre le groupe landrace versus GhImpUSO (domestication) et le groupe GhImpUSO versus GhImpCHN (amélioration) (RAD < 0,001, test exact de Fisher bilatéral). F Nombre de gènes favorables et défavorables au cours de la domestication et de l'amélioration. g, h Fréquence de présence du PAV de gènes favorables et défavorables au cours de la domestication et de l'amélioration. je, j GO analyse d'enrichissement du gène favorable (je) et gène défavorable (j) gain et perte pendant la domestication et l'amélioration

Pour identifier les gènes liés au PAV avec des signaux de sélection pendant la domestication et l'amélioration, nous avons effectué deux comparaisons entre 182 races locales et 206 accessions GhImpUSO en utilisant la fréquence de présence de gènes variables, pour la « domestication » (Fig. 5d Fichier supplémentaire 2 : Figure S25), et entre 206 GhImpUSO et 592 accessions GhImpCHN pour « amélioration » (Fig. 5e). Les gènes avec un changement significatif de fréquence de présence (RAD < 0,001 et le changement de fréquence > 2 pour "gène défavorable" ou < 0,5 pour "gène favorable") ont été considérés comme des gènes sélectionnés. Les gènes avec une fréquence de présence plus élevée dans la race locale que dans GhImpUSO, et une fréquence de présence plus élevée dans GhImpUSO que dans GhImpCHN étaient potentiellement des « gènes défavorables », tandis que les gènes avec des modèles inversés de fréquence de présence étaient des « gènes favorables ». Nous avons identifié 2785 et 7867 gènes favorables avec gain d'allèles, et 6753 et 3866 gènes défavorables avec perte d'allèles pendant la domestication et l'amélioration, respectivement (Fichier supplémentaire 1 : Tableaux S26, S27). L'analyse d'enrichissement GO a montré que les gènes favorables étaient enrichis dans le processus lié à l'oxydation-réduction, tandis que les gènes défavorables étaient enrichis dans la biosynthèse des acides gras et la régulation des gènes. Les gènes favorables et défavorables ont été divisés en quatre comparaisons selon la fréquence de présence dans trois groupes lors de la domestication et de l'amélioration (Fig. 5f). La sélection continue de 337 gènes favorables avec à la fois des signaux de domestication et d'amélioration peut être des candidats d'élite pour la reproduction, tandis que 308 gènes défavorables présentant des fréquences de présence plus faibles dans le groupe GhImpCHN représentent des allèles de perte (Fig. 5g Fichier supplémentaire 1 : Tableau S28). Des gènes plus défavorables que favorables ont été éliminés lors de la sélection cotonnière (Fig. 5h). Les gènes de gain favorables ont participé au transport transmembranaire et au processus d'oxydo-réduction, tandis que les gènes de perte favorables impliqués dans la chaîne de transport d'électrons et le processus métabolique secondaire (Fig. 5i, j). Les gènes de gain défavorable n'avaient pas de processus significativement enrichi pendant l'amélioration (Fig. 5j). Ces analyses ont montré que de nombreux gènes défavorables ont été perdus au cours de la domestication et que de nombreux gènes favorables ont été conservés au cours du processus d'amélioration.

Gènes pour des traits apparentés à l'aide d'un ensemble de données pangénomique

Sur la base des données ci-dessus, nous proposons un tableau récapitulatif pour la sélection naturelle, la domestication et l'amélioration du coton (Fig. 6a). Nous avons identifié près de 456 Mb (19,4 % du génome de référence assemblé) et 357 Mb (15,2 %) de séquences avec des signaux de domestication et d'amélioration, grâce aux cartes intégrées SNP, CNV et PAV (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S29). Il existe 21 169 gènes situés dans les régions de domestication, dont certains ont été démontrés comme étant impliqués dans la régulation de la date de floraison, de la morphologie et du développement des fibres. Pour la date de floraison, un pic GWAS significatif sur le chromosome D03 possède deux gènes candidats codant pour un COP1-protéine interactive [6] (CIPI, Ghir_D03G008950) et une protéine de type CONSSTANS [42] (COL2, Ghir_D03G011010), qui sont nécessaires au changement d'adaptation du coton de race locale aux variétés cultivées dans différentes zones géographiques avec différentes photopériodes. Une étude plus approfondie des allèles SNP causals montre que les allèles ancestraux sont principalement distribués dans les races locales, avec des fréquences alléliques plus faibles dans les cultivars améliorés (Fig. 6b). De même, nous avons constaté que les races locales et les groupes améliorés présentaient une différenciation allélique dans IDENTITÉ MÉRISTEM TARDIVE1 [43] (LMI1, Ghir_D01G021810) qui régule la forme des feuilles, et dans le gène de base de la protéine hélice-boucle-hélice FRG (Ghir_A12G025340) qui est un gène candidat pour le QTL glandulaire du coton [44] (Fig. 6b). Certains gènes responsables du développement des fibres qui ont subi une domestication et une sélection d'amélioration ont également été détectés par l'analyse de différenciation géographique. KCS2 (Ghir_D10G015750) et CesA6 (Ghir_D03G004880), responsables de l'allongement des fibres [45,46,47,48], ont fait l'objet d'une domestication et d'une sélection d'amélioration (Fig. 6b). Le gène de la domestication PRF3 (Ghir_D13G021640) a un allèle fortement muté dans les cultivars améliorés [49].

Un ensemble de données pangénomique disponible pour la sélection du coton. une Un modèle de variation en quatre étapes au cours de la domestication et de la sélection du coton. b Le spectre des fréquences des allèles des gènes aux polymorphismes SNP causaux de COL2, CIP1, PRF3, LMI1, FRG, KCS2, et CesA6 en race locale et deux groupes géographiques. c Le spectre des fréquences alléliques domestiquées du PAV de sept gènes dans une race locale et deux groupes géographiques. Un exemple de PAV fonctionnel situé sur le chromosome A08. La ligne pointillée dans le tracé de Manhattan indique le seuil des signaux GWAS (P < 2,62 × 10 − 8 −log P > 7.6). Ce locus comprend quatre QTL (pourcentage de fibre (LP), poids de fibre par capsule (FWPB), micronaire de fibre (FM), résistance de fibre (FS)). e Quatre QTL ont été affichés dans un panel de plusieurs accessions. Les deux lignes pointillées représentent les seuils GWAS pour CNV (-log P > 6.45) et SNP (−log P > 4.42), respectivement. F la différence phénotypique entre les groupes de présence et d'absence. Les nombres sous les tracés de violon indiquent les numéros d'accession. La différence de signification a été calculée avec un test de Wilcoxon bilatéral (***P < 0,001, **P < 0.01). g Fréquences de présence de Ghir_A08G006710 dans 182 landraces, 206 GhImpUSO et 592 accessions GhImpCHN

L'analyse pangénomique a découvert des allèles de gènes favorables et défavorables au cours de la domestication et de l'amélioration, fournissant de nouveaux gènes candidats pour l'investigation fonctionnelle (Fig. 5). Pour les gènes favorables à la sélection d'amélioration du coton, SCD (déshydrogénase à chaîne courte, GhirPan.00056999), ST (transporteur de sucre, GhirPan.00054328), et RbfA (facteur A de liaison au ribosome, GhirPan.00033905) ont la fréquence la plus faible dans la population sauvage et la plus élevée chez les cultivars domestiqués (Fig. 6c Fichier supplémentaire 2 : Figure S26). Certains gènes favorables présentant une diminution de fréquence dans le processus d'amélioration ont pu être éliminés (308 gènes), ayant presque la même fréquence allélique entre les accessions sauvages et cultivées, tels que DXS (désoxyxylulose-5-phosphate synthase, Ghir_Échafaudage1882G000030) et COX3 (sous-unité 3 de la cytochrome oxydase, Ghir_Échafaudage1273G00008). Les gènes défavorables pendant la domestication ont montré une augmentation (182 gènes) ou une diminution (5405 gènes) de la fréquence dans le groupe GhImpCHN, tels que RLP9 (récepteur comme la protéine 9, Ghir_D13G022380) et ZBD (Déshydrogénase liant le zinc, GhirPan.00044196) (Fig. 6c).

Pour déterminer la contribution du PAV aux traits agronomiques, nous avons identifié les SNP associés au PAV pour 1196 PAV (MAF ≥ 0,02) dans 415 accessions (4 accessions ont été rejetées de 419) en utilisant 1 904 926 SNP et obtenu 56 486 SNP significatifs (P < 2,62 × 10 − 8 ) associé à 864 (72,2 %) PAV. Parmi ces PAV, 124 se chevauchaient avec 89 traits-QTL (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S30 Fichier supplémentaire 2 : Figure S27). Un PAV représentatif (Ghir_A08G006710, 543 pb, un gène non caractérisé dans G. hirsutum) est situé sur le chromosome A08 (Fig. 6d, Fichier supplémentaire 2 : Figure S28). Cette région de point chaud contenait deux QTL liés au rendement (LP, FWPB) et deux QTL liés à la qualité de la fibre (FM, FS) (Fig. 6e). Ces accessions avec l'haplotype de présence de ce gène ont montré une apparence significativement accrue des traits LP et FWPB que celles avec l'haplotype d'absence, mais aucune différence pour les traits FS et FM (Fig. 6f).Une analyse plus poussée de la fréquence de présence a montré que Ghir_A08G006710 était présent dans presque toutes les accessions de landrace et de GhImpUSO, mais était absent dans seulement quelques accessions de GhImpCHN (Fig. 6g). Fait intéressant, dans les données de population RNA-Seq de 15 fibres DPA [15], l'absence de ce gène dans 18 accessions était accompagnée d'une faible expression significative d'un gène adjacent Ghir_A08G006730 (situé en amont

61 kb, codant pour une protéine de la famille des régulateurs transcriptionnels AUX/IAA) par rapport à celle représentant la présence de ce gène dans 233 accessions, supportée par le changement de teneur en IAA dans les fibres des accessions représentatives (Fichier supplémentaire 2 : Figure S29, S30). Ces résultats impliquaient que ce gène représentait un événement de perte récent avec un rôle régulateur potentiel dans l'expression d'autres gènes pendant l'amélioration du coton. Ces analyses de localisation de PAV et de QTL peuvent améliorer l'efficacité d'identification des gènes favorables associés aux traits agronomiques souhaitables.


  • Dévouement
  • À propos des auteurs
  • Préface
  • Remerciements
  • Partie I. La conception moléculaire de la vie
    • Chapitre 1. Prélude : Biochimie et révolution génomique
      • 1.1. L'ADN illustre la relation entre la forme et la fonction
        • 1.1.1. L'ADN est construit à partir de quatre blocs de construction
        • 1.1.2. Deux brins simples d'ADN se combinent pour former une double hélice
        • 1.1.3. L'ARN est un intermédiaire dans le flux d'informations génétiques
        • 1.1.4. Les protéines, codées par des acides nucléiques, remplissent la plupart des fonctions cellulaires
        • 1.3.1. Les interactions réversibles des biomolécules sont médiées par trois types de liaisons non covalentes
        • 1.3.2. Les propriétés de l'eau affectent les capacités de liaison des biomolécules
        • 1.3.3. L'entropie et les lois de la thermodynamique
        • 1.3.4. Le repliement des protéines peut être compris en termes de changements d'énergie libre
        • Rendus stéréochimiques
        • Projections de Fischer
        • Mots clés
        • 2.1. Les molécules organiques clés sont utilisées par les systèmes vivants
          • 2.1.1. De nombreux composants des macromolécules biochimiques peuvent être produits dans des réactions prébiotiques simples
          • 2.1.2. Les incertitudes obscurcissent les origines de certaines biomolécules clés
          • 2.2.1. Les principes de l'évolution peuvent être démontrés in vitro
          • 2.2.2. Les molécules d'ARN peuvent agir comme catalyseurs
          • 2.2.3. Les acides aminés et leurs polymères peuvent jouer des rôles biosynthétiques et catalytiques
          • 2.2.4. La synthèse de polypeptides dirigée par un modèle d'ARN relie les mondes de l'ARN et des protéines
          • 2.2.5. Le code génétique élucide les mécanismes de l'évolution
          • 2.2.6. Les ARN de transfert illustrent l'évolution par duplication de gènes
          • 2.2.7. L'ADN est une forme de stockage stable pour l'information génétique
          • 2.3.1. L'ATP, une monnaie commune pour l'énergie biochimique, peut être généré par la décomposition de molécules organiques
          • 2.3.2. Les cellules ont été formées par l'inclusion d'acides nucléiques dans les membranes
          • 2.3.3. La compartimentation a nécessité le développement de pompes ioniques
          • 2.3.4. Les gradients de protons peuvent être utilisés pour piloter la synthèse de l'ATP
          • 2.3.5. L'oxygène moléculaire, un sous-produit toxique de certains processus photosynthétiques, peut être utilisé à des fins métaboliques
          • 2.4.1. Les structures filamenteuses et les moteurs moléculaires permettent le mouvement intracellulaire et cellulaire
          • 2.4.2. Certaines cellules peuvent interagir pour former des colonies avec des fonctions spécialisées
          • 2.4.3. Le développement d'organismes multicellulaires nécessite la différenciation orchestrée des cellules
          • 2.4.4. L'unité de la biochimie permet à la biologie humaine d'être sondé efficacement grâce à des études d'autres organismes
          • Les molécules organiques clés sont utilisées par les systèmes vivants
          • L'évolution nécessite la reproduction, la variation et la pression sélective
          • Les transformations énergétiques sont nécessaires pour soutenir les systèmes vivants
          • Les cellules peuvent réagir aux changements de leur environnement
          • Mots clés
          • Où commencer
          • Livres
          • Chimie prébiotique
          • Évolution in vitro
          • Réplication et ARN catalytique
          • Transition de l'ARN à l'ADN
          • Membranes
          • Organismes multicellulaires et développement
          • 3.1. Les protéines sont construites à partir d'un répertoire de 20 acides aminés
          • 3.2. Structure primaire : les acides aminés sont liés par des liaisons peptidiques pour former des chaînes polypeptidiques
            • 3.2.1. Les protéines ont des séquences d'acides aminés uniques qui sont spécifiées par les gènes
            • 3.2.2. Les chaînes polypeptidiques sont flexibles mais à conformation restreinte
            • 3.3.1. L'Alpha Helix est une structure enroulée stabilisée par des liaisons hydrogène intrachaîne
            • 3.3.2. Les feuilles bêta sont stabilisées par la liaison hydrogène entre les brins polypeptidiques
            • 3.3.3. Les chaînes polypeptidiques peuvent changer de direction en effectuant des virages et des boucles inverses
            • 3.6.1. Les acides aminés ont différentes propensions à former des hélices alpha, des feuillets bêta et des tours bêta
            • 3.6.2. Le repliement des protéines est un processus hautement coopératif
            • 3.6.3. Les protéines se replient par stabilisation progressive des intermédiaires plutôt que par recherche aléatoire
            • 3.6.4. La prédiction de la structure tridimensionnelle à partir de la séquence reste un grand défi
            • 3.6.5. La modification et le clivage des protéines confèrent de nouvelles capacités
            • Les protéines sont construites à partir d'un répertoire de 20 acides aminés
            • Structure primaire : les acides aminés sont liés par des liaisons peptidiques pour former des chaînes polypeptidiques
            • Structure secondaire : les chaînes polypeptidiques peuvent se plier en structures régulières telles que l'hélice alpha, la feuille bêta et les tours et boucles
            • Structure tertiaire : les protéines solubles dans l'eau se replient en structures compactes avec des noyaux non polaires
            • Structure quaternaire : les chaînes polypeptidiques peuvent s'assembler en structures multi-sous-unités
            • La séquence d'acides aminés d'une protéine détermine sa structure tridimensionnelle
            • Mots clés
            • Ionisation de l'eau
            • Définition de l'acide et de la base
            • Définition du pH et du pK
            • Équation d'Henderson-Hasselbalch
            • Tampons
            • paquetune Valeurs des acides aminés
            • Problème de média
            • Où commencer
            • Livres
            • Conformation des protéines
            • Hélices alpha, feuilles bêta et boucles
            • Domaines
            • Repliement des protéines
            • Modification covalente des protéines
            • Graphiques moléculaires
            • 4.1. La purification des protéines est une première étape essentielle pour comprendre leur fonction
              • 4.1.1. Le test : comment reconnaître la protéine que nous recherchons ?
              • 4.1.2. Les protéines doivent être libérées de la cellule pour être purifiées
              • 4.1.3. Les protéines peuvent être purifiées en fonction de la solubilité, de la taille, de la charge et de l'affinité de liaison
              • 4.1.4. Les protéines peuvent être séparées par électrophorèse sur gel et affichées
              • 4.1.5. Un schéma de purification des protéines peut être évalué quantitativement
              • 4.1.6. L'ultracentrifugation est précieuse pour séparer les biomolécules et déterminer leurs masses
              • 4.1.7. La masse d'une protéine peut être déterminée avec précision par spectrométrie de masse
              • 4.2.1. Les protéines peuvent être spécifiquement clivées en petits peptides pour faciliter l'analyse
              • 4.2.2. Les séquences d'acides aminés sont des sources de nombreux types d'informations
              • 4.2.3. La technologie de l'ADN recombinant a révolutionné le séquençage des protéines
              • 4.3.1. Des anticorps contre des protéines spécifiques peuvent être générés
              • 4.3.2. Des anticorps monoclonaux avec pratiquement n'importe quelle spécificité souhaitée peuvent être facilement préparés
              • 4.3.3. Les protéines peuvent être détectées et quantifiées à l'aide d'un dosage immuno-enzymatique
              • 4.3.4. Le Western Blot permet la détection de protéines séparées par électrophorèse sur gel
              • 4.3.5. Les marqueurs fluorescents rendent possible la visualisation des protéines dans la cellule
              • 4.5.1. La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire peut révéler les structures des protéines en solution
              • 4.5.2. La cristallographie aux rayons X révèle une structure tridimensionnelle en détail atomique
              • La purification des protéines est une étape essentielle pour comprendre leur fonction
              • Les séquences d'acides aminés peuvent être déterminées par la dégradation d'Edman automatisée
              • L'immunologie fournit des techniques importantes pour étudier les protéines
              • Les peptides peuvent être synthétisés par des méthodes automatisées en phase solide
              • La structure tridimensionnelle des protéines peut être déterminée par spectroscopie RMN et cristallographie aux rayons X
              • Mots clés
              • Chapitre Problèmes d'intégration
              • Problèmes d'interprétation des données
              • Où commencer
              • Livres
              • Purification et analyse des protéines
              • Ultracentrifugation et spectrométrie de masse
              • Cristallographie et spectroscopie aux rayons X
              • Anticorps monoclonaux et molécules fluorescentes
              • Synthèse chimique des protéines
              • 5.1. Un acide nucléique se compose de quatre types de bases liées à un squelette sucre-phosphate
                • 5.1.1. L'ARN et l'ADN diffèrent dans le composant sucre et l'une des bases
                • 5.1.2. Les nucléotides sont les unités monomères des acides nucléiques
                • 5.2.1. La double hélice est stabilisée par les liaisons hydrogène et les interactions hydrophobes
                • 5.2.2. La double hélice facilite la transmission précise des informations héréditaires
                • 5.2.3. La double hélice peut être fondue de manière réversible
                • 5.2.4. Certaines molécules d'ADN sont circulaires et superenroulées
                • 5.2.5. Les acides nucléiques monocaténaires peuvent adopter des structures élaborées
                • 5.3.1. L'ADN polymérase catalyse la formation de liaisons phosphodiester
                • 5.3.2. Les gènes de certains virus sont constitués d'ARN
                • 5.4.1. Plusieurs types d'ARN jouent un rôle clé dans l'expression des gènes
                • 5.4.2. Tout l'ARN cellulaire est synthétisé par des ARN polymérases
                • 5.4.3. Les ARN polymérases prennent des instructions à partir de modèles d'ADN
                • 5.4.4. La transcription commence près des sites promoteurs et se termine sur les sites terminateurs
                • 5.4.5. L'ARN de transfert est la molécule adaptatrice dans la synthèse des protéines
                • 5.5.1. Principales caractéristiques du code génétique
                • 5.5.2. L'ARN messager contient des signaux de démarrage et d'arrêt pour la synthèse de protéines
                • 5.5.3. Le code génétique est presque universel
                • 5.6.1. Le traitement de l'ARN génère de l'ARN mature
                • 5.6.2. De nombreux exons codent pour des domaines protéiques
                • Un acide nucléique se compose de quatre types de bases liées à un squelette sucre-phosphate
                • Une paire de chaînes d'acides nucléiques avec des séquences complémentaires peut former une structure à double hélice
                • L'ADN est répliqué par des polymérases qui prennent des instructions à partir de modèles
                • L'expression génique est la transformation de l'information ADN en molécules fonctionnelles
                • Les acides aminés sont codés par des groupes de trois bases à partir d'un point fixe
                • La plupart des gènes eucaryotes sont des mosaïques d'introns et d'exons
                • Mots clés
                • Chapitre Problèmes d'intégration
                • Problème de média
                • Où commencer
                • Livres
                • Structure de l'ADN
                • Réplication de l'ADN
                • Découverte de l'ARN messager
                • Code génétique
                • Introns, exons et gènes séparés
                • Souvenirs et récits historiques
                • 6.1. Les outils de base de l'exploration génétique
                  • 6.1.1. Les enzymes de restriction divisent l'ADN en fragments spécifiques
                  • 6.1.2. Les fragments de restriction peuvent être séparés par électrophorèse sur gel et visualisés
                  • 6.1.3. L'ADN est généralement séquencé par interruption contrôlée de la réplication (méthode Sanger Dideoxy)
                  • 6.1.4. Les sondes ADN et les gènes peuvent être synthétisés par des méthodes automatisées en phase solide
                  • 6.1.5. Des séquences d'ADN sélectionnées peuvent être considérablement amplifiées par la réaction en chaîne de la polymérase
                  • 6.1.6. La PCR est une technique puissante dans le diagnostic médical, la médecine légale et l'évolution moléculaire
                  • 6.2.1. Les enzymes de restriction et l'ADN ligase sont des outils clés dans la formation de molécules d'ADN recombinantes
                  • 6.2.2. Les plasmides et le phage lambda sont des vecteurs de choix pour le clonage d'ADN chez les bactéries
                  • 6.2.3. Des gènes spécifiques peuvent être clonés à partir de condensés d'ADN génomique
                  • 6.2.4. De longues étendues d'ADN peuvent être analysées efficacement par la marche chromosomique
                  • 6.3.1. L'ADN complémentaire préparé à partir d'ARNm peut être exprimé dans des cellules hôtes
                  • 6.3.2. Les niveaux d'expression génique peuvent être examinés de manière exhaustive
                  • 6.3.3. De nouveaux gènes insérés dans des cellules eucaryotes peuvent être exprimés efficacement
                  • 6.3.4. Les animaux transgéniques hébergent et expriment des gènes qui ont été introduits dans leurs lignées germinales
                  • 6.3.5. La perturbation des gènes fournit des indices sur la fonction des gènes
                  • 6.3.6. Les plasmides inducteurs de tumeurs peuvent être utilisés pour introduire de nouveaux gènes dans les cellules végétales
                  • 6.4.1. Des protéines dotées de nouvelles fonctions peuvent être créées grâce à des modifications dirigées de l'ADN
                  • 6.4.2. La technologie de l'ADN recombinant a ouvert de nouvelles perspectives
                  • Les outils de base de l'exploration génétique
                  • La technologie de l'ADN recombinant a révolutionné tous les aspects de la biologie
                  • Manipuler les gènes des eucaryotes
                  • De nouvelles protéines peuvent être conçues par mutagenèse spécifique à un site
                  • Mots clés
                  • Chapitre Problème d'intégration
                  • Chapitre Problème d'intégration et d'analyse des données
                  • Problème d'interprétation des données
                  • Où commencer
                  • Livres sur la technologie de l'ADN recombinant
                  • Séquençage et synthèse d'ADN
                  • Réaction en chaîne par polymérase (PCR)
                  • puces à ADN
                  • Introduction de gènes dans des cellules animales
                  • Génie génétique des plantes
                  • 7.1. Les homologues descendent d'un ancêtre commun
                  • 7.2. L'analyse statistique des alignements de séquences peut détecter une homologie
                    • 7.2.1. L'importance statistique des alignements peut être estimée par brassage
                    • 7.2.2. Des relations évolutives distantes peuvent être détectées grâce à l'utilisation de matrices de substitution
                    • 7.2.3. Les bases de données peuvent être recherchées pour identifier des séquences homologues
                    • 7.3.1. La structure tertiaire est plus conservée que la structure primaire
                    • 7.3.2. La connaissance des structures tridimensionnelles peut aider à l'évaluation des alignements de séquences
                    • 7.3.3. Les motifs répétés peuvent être détectés en alignant les séquences avec elles-mêmes
                    • 7.3.4. Évolution convergente : solutions communes aux défis biochimiques
                    • 7.3.5. La comparaison des séquences d'ARN peut être une source d'informations sur les structures secondaires
                    • 7.5.1. L'ADN ancien peut parfois être amplifié et séquencé
                    • 7.5.2. L'évolution moléculaire peut être examinée expérimentalement
                    • Les homologues descendent d'un ancêtre commun
                    • L'analyse statistique des alignements de séquences peut détecter une homologie
                    • L'examen de la structure tridimensionnelle améliore notre compréhension des relations évolutives
                    • Les arbres évolutifs peuvent être construits sur la base des informations de séquence
                    • Les techniques modernes rendent possible l'exploration expérimentale de l'évolution
                    • Mots clés
                    • Problème de média
                    • Livre
                    • Alignement de séquence
                    • Comparaison des structures
                    • Détection de domaine
                    • Arbres évolutifs
                    • ADN ancien
                    • Évolution en laboratoire
                    • Sites Internet
                    • 8.1. Les enzymes sont des catalyseurs puissants et hautement spécifiques
                      • 8.1.1. De nombreuses enzymes nécessitent des cofacteurs pour l'activité
                      • 8.1.2. Les enzymes peuvent transformer l'énergie d'une forme en une autre
                      • 8.1.3. Les enzymes sont classées en fonction des types de réactions qu'elles catalysent
                      • 8.2.1. Le changement d'énergie libre fournit des informations sur la spontanéité mais pas sur la vitesse d'une réaction
                      • 8.2.2. Le changement standard d'énergie libre d'une réaction est lié à la constante d'équilibre
                      • 8.2.3. Les enzymes modifient uniquement la vitesse de réaction et non l'équilibre de la réaction
                      • 8.3.1. La formation d'un complexe enzyme-substrat est la première étape de la catalyse enzymatique
                      • 8.3.2. Les sites actifs d'enzymes ont des caractéristiques communes
                      • 8.4.1. L'importance de KM et Vmax Valeurs
                      • 8.4.2. Perfection cinétique en catalyse enzymatique : le kchat/KM Critère
                      • 8.4.3. La plupart des réactions biochimiques incluent plusieurs substrats
                      • 8.4.4. Les enzymes allostériques n'obéissent pas à la cinétique de Michaelis-Menten
                      • 8.5.1. L'inhibition compétitive et non compétitive sont cinétiquement distinguables
                      • 8.5.2. Des inhibiteurs irréversibles peuvent être utilisés pour cartographier le site actif
                      • 8.5.3. Les analogues à l'état de transition sont de puissants inhibiteurs d'enzymes
                      • 8.5.4. Les anticorps catalytiques démontrent l'importance de la liaison sélective de l'état de transition à l'activité enzymatique
                      • 8.5.5. La pénicilline inactive de manière irréversible une enzyme clé dans la synthèse de la paroi cellulaire bactérienne
                      • 8.6.1. Les vitamines hydrosolubles fonctionnent comme des coenzymes
                      • 8.6.2. Les vitamines liposolubles participent à divers processus tels que la coagulation sanguine et la vision
                      • Les enzymes sont des catalyseurs puissants et hautement spécifiques
                      • L'énergie libre est une fonction thermodynamique utile pour comprendre les enzymes
                      • Les enzymes accélèrent les réactions en facilitant la formation de l'état de transition
                      • Le modèle Michaelis-Menten explique les propriétés cinétiques de nombreuses enzymes
                      • Les enzymes peuvent être inhibées par des molécules spécifiques
                      • Les vitamines sont souvent des précurseurs des coenzymes
                      • Mots clés
                      • Problèmes d'interprétation des données
                      • Chapitre Problèmes d'intégration
                      • Problème de média
                      • Où commencer
                      • Livres
                      • Stabilisation de l'état de transition, analogues et autres inhibiteurs enzymatiques
                      • Anticorps catalytiques
                      • Cinétique et mécanismes enzymatiques
                      • 9.1. Protéases : faciliter une réaction difficile
                        • 9.1.1. La chymotrypsine possède un résidu de sérine hautement réactif
                        • 9.1.2. L'action de la chymotrypsine se déroule en deux étapes liées par un intermédiaire lié de manière covalente
                        • 9.1.3. La sérine fait partie d'une triade catalytique qui comprend également l'histidine et l'acide aspartique
                        • 9.1.4. Des triades catalytiques se trouvent dans d'autres enzymes hydrolytiques
                        • 9.1.5. La triade catalytique a été disséquée par mutagenèse dirigée
                        • 9.1.6. La cystéine, l'aspartyl et les métalloprotéases sont d'autres classes importantes d'enzymes de clivage des peptides
                        • 9.1.7. Les inhibiteurs de protéase sont des médicaments importants
                        • 9.2.1. L'anhydrase carbonique contient un ion zinc lié essentiel à l'activité catalytique
                        • 9.2.2. La catalyse implique l'activation du zinc de l'eau
                        • 9.2.3. Une navette à protons facilite la régénération rapide de la forme active de l'enzyme
                        • 9.2.4. L'évolution convergente a généré des sites actifs à base de zinc dans différentes anhydrases carboniques
                        • 9.3.1. Le clivage se fait par déplacement en ligne de 3 x 02032 d'oxygène à partir de phosphore par de l'eau activée par le magnésium
                        • 9.3.2. Les enzymes de restriction nécessitent du magnésium pour l'activité catalytique
                        • 9.3.3. L'appareil catalytique complet est assemblé uniquement dans des complexes de molécules d'ADN apparentées, garantissant la spécificité
                        • 9.3.4. Les enzymes de restriction de type II ont un noyau catalytique en commun et sont probablement liées par transfert horizontal de gènes
                        • 9.4.1. Les NMP Kinases sont une famille d'enzymes contenant des structures P-Loop
                        • 9.4.2. Les complexes de magnésium (ou de manganèse) de nucléoside triphosphates sont les véritables substrats pour pratiquement toutes les enzymes dépendantes de NTP
                        • 9.4.3. La liaison ATP induit de grands changements de conformation
                        • 9.4.4. Les domaines P-Loop NTPase sont présents dans une gamme de protéines importantes
                        • Protéases : faciliter une réaction difficile
                        • Anhydrases carboniques : accélérer la réaction rapide
                        • Enzymes de restriction : effectuer des réactions de clivage de l'ADN hautement spécifiques
                        • Nucléoside monophosphate kinase : catalyser l'échange de groupes phosphoryle sans favoriser l'hydrolyse
                        • Mots clés
                        • Problème de mécanisme
                        • Problèmes de médias
                        • Où commencer
                        • Livres
                        • Chymotrypsine et autres protéases à sérine
                        • Autres protéases
                        • Anhydrase carbonique
                        • Les enzymes de restriction
                        • NMP kinases
                        • 10.1. L'aspartate transcarbamoylase est allostériquement inhibée par le produit final de sa voie
                          • 10.1.1. ACTase se compose de sous-unités catalytiques et réglementaires séparables
                          • 10.1.2. Les interactions allostériques dans ATCase sont médiées par de grands changements dans la structure quaternaire
                          • 10.1.3. Les enzymes à régulation allostérique ne suivent pas la cinétique de Michaelis-Menten
                          • 10.1.4. Les régulateurs allostériques modulent l'équilibre T-to-R
                          • 10.1.5. Le modèle concerté peut être formulé en termes quantitatifs
                          • 10.1.6. Les modèles séquentiels peuvent également expliquer les effets allostériques
                          • 10.2.1. La liaison à l'oxygène induit des changements structurels substantiels sur les sites de fer dans l'hémoglobine
                          • 10.2.2. La liaison à l'oxygène modifie considérablement la structure quaternaire de l'hémoglobine
                          • 10.2.3. Réglage de l'affinité pour l'oxygène de l'hémoglobine : l'effet du 2,3-bisphosphoglycérate
                          • 10.2.4. L'effet Bohr : les ions hydrogène et le dioxyde de carbone favorisent la libération d'oxygène
                          • 10.4.1. La phosphorylation est un moyen très efficace de réguler les activités des protéines cibles
                          • 10.4.2. L'AMP cyclique active la protéine kinase A en modifiant la structure quaternaire
                          • 10.4.3. L'ATP et la protéine cible se lient à une fente profonde dans la sous-unité catalytique de la protéine kinase A
                          • 10.5.1. Le chymotrypsinogène est activé par le clivage spécifique d'une liaison peptidique unique
                          • 10.5.2. L'activation protéolytique du chymotrypsinogène conduit à la formation d'un site de liaison au substrat
                          • 10.5.3.La génération de trypsine à partir de trypsinogène conduit à l'activation d'autres zymogènes
                          • 10.5.4. Certaines enzymes protéolytiques ont des inhibiteurs spécifiques
                          • 10.5.5. La coagulation du sang est accomplie par une cascade d'activations de zymogène
                          • 10.5.6. Le fibrinogène est converti par la thrombine en un caillot de fibrine
                          • 10.5.7. La prothrombine est prête à être activée par une modification dépendante de la vitamine K
                          • 10.5.8. L'hémophilie a révélé une étape précoce dans la coagulation
                          • 10.5.9. Le processus de coagulation doit être régulé avec précision
                          • L'aspartate transcarbamoylase est allostériquement inhibée par le produit final de sa voie
                          • L'hémoglobine transporte l'oxygène efficacement en liant l'oxygène de manière coopérative
                          • Les isozymes fournissent un moyen de régulation spécifique à des tissus et à des stades de développement distincts
                          • La modification covalente est un moyen de réguler l'activité enzymatique
                          • De nombreuses enzymes sont activées par un clivage protéolytique spécifique
                          • Mots clés
                          • Problèmes d'interprétation des données
                          • Chapitre Problème d'intégration
                          • Problèmes de mécanisme
                          • Problème de média
                          • Où commencer
                          • Aspartate transcarbamoylase et interactions allostériques
                          • Hémoglobine
                          • Modification covalente
                          • Protéine kinase A
                          • Activation du zymogène
                          • Inhibiteurs de protéase
                          • Cascade de coagulation
                          • 11.1. Les monosaccharides sont des aldéhydes ou des cétones avec plusieurs groupes hydroxyle
                            • 11.1.1. Les pentoses et les hexoses se cyclisent pour former des anneaux furanose et pyranose
                            • 11.1.2. Conformation des anneaux pyranose et furanose
                            • 11.1.3. Les monosaccharides sont liés aux alcools et aux amines par des liaisons glycosidiques
                            • 11.2.1. Le saccharose, le lactose et le maltose sont les disaccharides courants
                            • 11.2.2. Le glycogène et l'amidon sont des réserves mobilisables de glucose
                            • 11.2.3. La cellulose, le polymère structurel majeur des plantes, se compose de chaînes linéaires d'unités de glucose
                            • 11.2.4. Les glycosaminoglycanes sont des chaînes de polysaccharides anioniques constituées d'unités disaccharidiques répétitives
                            • 11.2.5. Des enzymes spécifiques sont responsables de l'assemblage des oligosaccharides
                            • 11.3.1. Les glucides peuvent être liés aux protéines par l'asparagine (N-Lié) ou par la sérine ou la thréonine (O-Lié) Résidus
                            • 11.3.2. La glycosylation des protéines a lieu dans la lumière du réticulum endoplasmique et dans le complexe de Golgi
                            • 11.3.3. N-Les glycoprotéines liées acquièrent leurs sucres initiaux auprès de donneurs de dolichol dans le réticulum endoplasmique
                            • 11.3.4. Les vésicules de transport transportent les protéines du réticulum endoplasmique au complexe de Golgi pour une glycosylation et un tri ultérieurs
                            • 11.3.5. Le mannose 6-phosphate cible les enzymes lysosomales vers leurs destinations
                            • 11.3.6. Les résidus de glucose sont ajoutés et coupés pour aider au repliement des protéines
                            • 11.3.7. Les oligosaccharides peuvent être “Séquencés”
                            • 11.4.1. Les lectines favorisent les interactions entre les cellules
                            • 11.4.2. Le virus de la grippe se lie aux résidus d'acide sialique
                            • Les monosaccharides sont des aldéhydes ou des cétones avec plusieurs groupes hydroxyle
                            • Les glucides complexes sont formés par la liaison des monosaccharides
                            • Les glucides peuvent se fixer aux protéines pour former des glycoprotéines
                            • Les lectines sont des protéines spécifiques de liaison aux glucides
                            • Mots clés
                            • Chapitre Problème d'intégration
                            • Où commencer
                            • Livres
                            • Structure des protéines de liaison aux glucides
                            • Glycoprotéines
                            • Les glucides dans les processus de reconnaissance
                            • Séquençage des glucides
                            • 12.1. De nombreuses caractéristiques communes sous-tendent la diversité des membranes biologiques
                            • 12.2. Les acides gras sont des constituants clés des lipides
                              • 12.2.1. La dénomination des acides gras
                              • 12.2.2. Les acides gras varient en longueur de chaîne et en degré d'insaturation
                              • 12.3.1. Les phospholipides sont la principale classe de lipides membranaires
                              • 12.3.2. Les membranes archées sont construites à partir de lipides éthers avec des chaînes ramifiées
                              • 12.3.3. Les lipides membranaires peuvent également inclure des fragments de glucides
                              • 12.3.4. Le cholestérol est un lipide basé sur un noyau stéroïde
                              • 12.3.5. Un lipide membranaire est une molécule amphipathique contenant une fraction hydrophile et une fraction hydrophobe
                              • 12.4.1. Les vésicules lipidiques peuvent être formées à partir de phospholipides
                              • 12.4.2. Les bicouches lipidiques sont hautement imperméables aux ions et à la plupart des molécules polaires
                              • 12.5.1. Les protéines s'associent à la bicouche lipidique de diverses manières
                              • 12.5.2. Les protéines interagissent avec les membranes de diverses manières
                              • 12.5.3. Certaines protéines s'associent aux membranes par le biais de groupes hydrophobes liés de manière covalente
                              • 12.5.4. Les hélices transmembranaires peuvent être prédites avec précision à partir de séquences d'acides aminés
                              • 12.6.1. Le modèle de mosaïque fluide permet un mouvement latéral mais pas une rotation à travers la membrane
                              • 12.6.2. La fluidité membranaire est contrôlée par la composition en acides gras et la teneur en cholestérol
                              • 12.6.3. Toutes les membranes biologiques sont asymétriques
                              • 12.7.1. Les protéines sont ciblées sur des compartiments spécifiques par des séquences de signaux
                              • 12.7.2. Le bourgeonnement et la fusion membranaires sous-tendent plusieurs processus biologiques importants
                              • De nombreuses caractéristiques communes sous-tendent la diversité des membranes biologiques
                              • Les acides gras sont des constituants clés des lipides
                              • Il existe trois types courants de lipides membranaires
                              • Les phospholipides et les glycolipides forment facilement des feuilles bimoléculaires en milieu aqueux
                              • Les protéines effectuent la plupart des processus membranaires
                              • Des lipides et de nombreuses protéines membranaires diffusent rapidement dans le plan de la membrane
                              • Les cellules eucaryotes contiennent des compartiments délimités par des membranes internes
                              • Mots clés
                              • Problèmes d'interprétation des données
                              • Chapitre Problème d'intégration
                              • Où commencer
                              • Livres
                              • Lipides membranaires et dynamique
                              • Structure des protéines membranaires
                              • Membranes intracellulaires
                              • 13.1. Le transport de molécules à travers une membrane peut être actif ou passif
                                • 13.1.1. De nombreuses molécules nécessitent des transporteurs de protéines pour traverser les membranes
                                • 13.1.2. L'énergie libre stockée dans les gradients de concentration peut être quantifiée
                                • 13.2.1. L'ATPase Ca 2+ du réticulum sarcoplasmique est une protéine membranaire intégrale
                                • 13.2.2. Les ATPases de type P sont conservées de manière évolutive et jouent un large éventail de rôles
                                • 13.2.3. Digitalis inhibe spécifiquement la pompe Na + -K + en bloquant sa déphosphorylation
                                • 13.5.1. Les mesures de conductance patch-clamp révèlent les activités des canaux uniques
                                • 13.5.2. Les protéines à canaux ioniques sont constituées d'unités similaires
                                • 13.5.3. Les potentiels d'action sont médiés par des changements transitoires de la perméabilité Na + et K +
                                • 13.5.4. Le canal sodium est un exemple de canal voltage-dépendant
                                • 13.5.5. Les canaux potassiques sont homologues au canal sodium
                                • 13.5.6. La structure d'un canal potassique révèle la base d'un flux ionique rapide avec spécificité
                                • 13.5.7. La structure du canal potassique explique ses vitesses de transport rapides
                                • 13.5.8. Un canal peut être inactivé par l'occlusion du pore : le modèle boule et chaîne
                                • Le transport de molécules à travers une membrane peut être actif ou passif
                                • Une famille de protéines membranaires utilise l'hydrolyse de l'ATP pour pomper des ions à travers les membranes
                                • La multirésistance aux médicaments et la mucoviscidose mettent en évidence une famille de protéines membranaires avec des domaines de cassette liant l'ATP
                                • Les transporteurs secondaires utilisent un gradient de concentration pour alimenter la formation d'un autre
                                • Des canaux spécifiques peuvent transporter rapidement des ions à travers les membranes
                                • Les jonctions interstitiels permettent aux ions et aux petites molécules de circuler entre les cellules communicantes
                                • Mots clés
                                • Chapitre Problème d'intégration
                                • Problème de mécanisme
                                • Problème d'interprétation des données
                                • Problème de média
                                • Où commencer
                                • Livres
                                • Canaux ioniques voltage-dépendants
                                • Canaux ioniques ligand-dépendants
                                • Pompes à ions entraînées par ATP
                                • Protéines de la cassette de liaison à l'ATP (ABC)
                                • Symporteurs et antiporteurs
                                • Jonctions de fente
                                • Chapitre 14. Métabolisme : concepts de base et conception
                                  • 14.1. Le métabolisme est composé de nombreuses réactions couplées et interconnectées
                                    • 14.1.1. Une réaction thermodynamiquement défavorable peut être induite par une réaction favorable
                                    • 14.1.2. L'ATP est la monnaie universelle de l'énergie gratuite dans les systèmes biologiques
                                    • 14.1.3. L'hydrolyse de l'ATP stimule le métabolisme en modifiant l'équilibre des réactions couplées
                                    • 14.1.4. Base structurelle du potentiel élevé de transfert de phosphoryle de l'ATP
                                    • 14.1.5. Le potentiel de transfert de phosphoryle est une forme importante de transformation de l'énergie cellulaire
                                    • 14.2.1. Des composés à fort potentiel de transfert de phosphoryle peuvent coupler l'oxydation du carbone à la synthèse d'ATP
                                    • 14.2.2. Les gradients ioniques à travers les membranes fournissent une forme importante d'énergie cellulaire qui peut être couplée à la synthèse d'ATP
                                    • 14.2.3. Étapes de l'extraction de l'énergie des denrées alimentaires
                                    • 14.3.1. Les transporteurs activés illustrent la conception modulaire et l'économie du métabolisme
                                    • 14.3.2. Les réactions clés sont réitérées tout au long du métabolisme
                                    • 14.3.3. Les processus métaboliques sont régulés de trois manières principales
                                    • 14.3.4. Évolution des voies métaboliques
                                    • Le métabolisme est composé de nombreuses réactions couplées et interconnectées
                                    • L'oxydation des carburants carbonés est une source importante d'énergie cellulaire
                                    • Les voies métaboliques contiennent de nombreux motifs récurrents
                                    • Mots clés
                                    • Chapitre Problème d'intégration
                                    • L'interprétation des données
                                    • Problème de média
                                    • Où commencer
                                    • Livres
                                    • Thermodynamique
                                    • Bioénergétique et métabolisme
                                    • Régulation du métabolisme
                                    • Aspects historiques
                                    • 15.1. Les récepteurs à sept hélices transmembranaires changent de conformation en réponse à la liaison au ligand et activent les protéines G
                                      • 15.1.1. La liaison du ligand aux récepteurs 7TM conduit à l'activation des protéines G
                                      • 15.1.2. Cycle des protéines G entre les formes liées au GDP et au GTP
                                      • 15.1.3. Les protéines G activées transmettent des signaux en se liant à d'autres protéines
                                      • 15.1.4. Les protéines G se réinitialisent spontanément grâce à l'hydrolyse du GTP
                                      • 15.1.5. L'AMP cyclique stimule la phosphorylation de nombreuses protéines cibles en activant la protéine kinase A
                                      • 15.2.1. L'inositol 1,4,5-trisphosphate ouvre des canaux pour libérer les ions calcium des réserves intracellulaires
                                      • 15.2.2. Le diacylglycérol active la protéine kinase C, qui phosphoryle de nombreuses protéines cibles
                                      • 15.3.1. Les ionophores permettent la visualisation des changements de concentration en calcium
                                      • 15.3.2. Le calcium active la protéine régulatrice calmoduline, qui stimule de nombreuses enzymes et transporteurs
                                      • 15.4.1. Certains récepteurs contiennent des domaines de tyrosine kinase dans leurs structures covalentes
                                      • 15.4.2. Ras, une autre classe de protéine G de signalisation
                                      • 15.5.1. Les inhibiteurs de protéine kinase peuvent être des médicaments anticancéreux efficaces
                                      • 15.5.2. Le choléra et la coqueluche sont dus à une activité modifiée des protéines G
                                      • Les récepteurs à sept hélices transmembranaires changent de conformation en réponse à la liaison au ligand et activent les protéines G
                                      • L'hydrolyse du phosphatidylinositol bisphosphate par la phospholipase C génère deux messagers
                                      • L'ion calcium est un messager cytosolique omniprésent
                                      • Certains récepteurs se dimérisent en réponse à la liaison au ligand et au signal par phosphorylation croisée
                                      • Des défauts dans les voies de signalisation peuvent conduire au cancer et à d'autres maladies
                                      • Les caractéristiques récurrentes des voies de transduction du signal révèlent des relations évolutives
                                      • Mots clés
                                      • Chapitre Problème d'intégration
                                      • Problème de mécanisme
                                      • Problèmes d'interprétation des données
                                      • Problème de média
                                      • Où commencer
                                      • Protéines G et récepteurs 7TM
                                      • cascade d'AMPc
                                      • Cascade de phosphoinositides
                                      • Calcium
                                      • Protéines kinases, y compris les récepteurs tyrosine kinases
                                      • Ras
                                      • Cancer
                                      • 16.1. La glycolyse est une voie de conversion d'énergie dans de nombreux organismes
                                        • 16.1.1. L'hexokinase piège le glucose dans la cellule et commence la glycolyse
                                        • 16.1.2. La formation de fructose 1,6-bisphosphate à partir de glucose 6-phosphate
                                        • 16.1.3. Le sucre à six carbones est clivé en deux fragments à trois carbones par Aldolase
                                        • 16.1.4. La triose phosphate isomérase récupère un fragment de trois carbones
                                        • 16.1.5. Transformation énergétique : la phosphorylation est couplée à l'oxydation du glycéraldéhyde 3-phosphate par un intermédiaire thioester
                                        • 16.1.6. La formation d'ATP à partir de 1,3-bisphosphoglycérate
                                        • 16.1.7. La génération d'ATP supplémentaire et la formation de pyruvate
                                        • 16.1.8. Rendement énergétique de la conversion du glucose en pyruvate
                                        • 16.1.9. Maintien de l'équilibre redox : les divers destins du pyruvate
                                        • 16.1.10. Le site de liaison pour NAD + est similaire dans de nombreuses déshydrogénases
                                        • 16.1.11. L'entrée du fructose et du galactose dans la glycolyse
                                        • 16.1.12. De nombreux adultes sont intolérants au lait car ils manquent de lactase
                                        • 16.1.13. Le galactose est hautement toxique si la transférase est manquante
                                        • 16.2.1. La phosphofructokinase est l'enzyme clé dans le contrôle de la glycolyse
                                        • 16.2.2. Une enzyme bifonctionnelle régulée synthétise et dégrade le fructose 2,6 -bisphosphate
                                        • 16.2.3. L'hexokinase et la pyruvate kinase déterminent également le rythme de la glycolyse
                                        • 16.2.4. Une famille de transporteurs permet au glucose d'entrer et de sortir des cellules animales
                                        • 16.2.5. Cancer et glycolyse
                                        • 16.3.1. La néoglucogenèse n'est pas une inversion de la glycolyse
                                        • 16.3.2. La conversion du pyruvate en phosphoénolpyruvate commence avec la formation d'oxaloacétate
                                        • 16.3.3. L'oxaloacétate est transporté dans le cytosol et converti en phosphoénolpyruvate
                                        • 16.3.4. La conversion du fructose 1,6-bisphosphate en fructose 6-phosphate et orthophosphate est une étape irréversible
                                        • 16.3.5. La génération de glucose libre est un point de contrôle important
                                        • 16.3.6. Six groupes phosphoryle à potentiel de transfert élevé sont utilisés pour synthétiser le glucose à partir de pyruvate
                                        • 16.4.1. Les cycles de substrat amplifient les signaux métaboliques et produisent de la chaleur
                                        • 16.4.2. Le lactate et l'alanine formés par la contraction musculaire sont utilisés par d'autres organes
                                        • 16.4.3. La glycolyse et la gluconéogenèse sont liées de manière évolutive
                                        • La glycolyse est une voie de conversion d'énergie dans de nombreux organismes
                                        • La voie glycolytique est étroitement contrôlée
                                        • Le glucose peut être synthétisé à partir de précurseurs non glucidiques
                                        • La néoglucogenèse et la glycolyse sont régulées réciproquement
                                        • Mots clés
                                        • Problème de mécanisme
                                        • Chapitre Problème d'intégration
                                        • Problème d'interprétation des données
                                        • Problèmes de médias
                                        • Où commencer
                                        • Livres
                                        • Structure des enzymes glycolytiques et gluconéogènes
                                        • Mécanismes catalytiques
                                        • Régulation
                                        • Transporteurs de sucre
                                        • Maladies génétiques
                                        • Évolution
                                        • Aspects historiques
                                        • 17.1. Le cycle de l'acide citrique oxyde les unités bicarbonées
                                          • 17.1.1. La formation d'acétyl coenzyme A à partir de pyruvate
                                          • 17.1.2. Des liens flexibles permettent au lipoamide de se déplacer entre différents sites actifs
                                          • 17.1.3. Le citrate synthase forme du citrate à partir d'oxaloacétate et d'acétyl coenzyme A
                                          • 17.1.4. Le citrate est isomérisé en Isocitrate
                                          • 17.1.5. L'Isocitrate est oxydé et décarboxylé en α-Ketoglutarate
                                          • 17.1.6. La succinyl coenzyme A est formée par la décarboxylation oxydative du α-ketoglutarate
                                          • 17.1.7. Un composé à fort potentiel de transfert de phosphoryle est généré à partir de la succinyl coenzyme A
                                          • 17.1.8. L'oxaloacétate est régénéré par l'oxydation du succinate
                                          • 17.1.9. Stoechiométrie du cycle de l'acide citrique
                                          • 17.2.1. Le complexe pyruvate déshydrogénase est régulé allostériquement et par phosphorylation réversible
                                          • 17.2.2. Le cycle de l'acide citrique est contrôlé en plusieurs points
                                          • 17.3.1. Le cycle de l'acide citrique doit pouvoir se reconstituer rapidement
                                          • 17.3.2. La perturbation du métabolisme du pyruvate est la cause du béribéri et de l'empoisonnement par le mercure et l'arsenic
                                          • 17.3.3. Spéculations sur l'histoire évolutive du cycle de l'acide citrique
                                          • Le cycle de l'acide citrique oxyde les unités bicarbonées
                                          • L'entrée dans le cycle de l'acide citrique et son métabolisme sont contrôlés
                                          • Le cycle de l'acide citrique est une source de précurseurs biosynthétiques
                                          • Le cycle du glyoxylate permet aux plantes et aux bactéries de se développer sur l'acétate
                                          • Mots clés
                                          • Chapitre Problème d'intégration
                                          • Problèmes de mécanisme
                                          • L'interprétation des données
                                          • Où commencer
                                          • Complexe pyruvate déshydrogénase
                                          • Structure des enzymes du cycle de l'acide citrique
                                          • Organisation du cycle de l'acide citrique
                                          • Régulation
                                          • Aspects évolutifs
                                          • Découverte du cycle de l'acide citrique
                                          • 18.1. La phosphorylation oxydative chez les eucaryotes a lieu dans les mitochondries
                                            • 18.1.1. Les mitochondries sont délimitées par une double membrane
                                            • 18.1.2. Les mitochondries sont le résultat d'un événement endosymbiotique
                                            • 18.2.1. Électrons à haute énergie : potentiels d'oxydoréduction et changements d'énergie libre
                                            • 18.2.2. Une différence de potentiel de 1,14 volt entre NADH et O2 Entraîne le transport des électrons à travers la chaîne et favorise la formation d'un gradient de protons
                                            • 18.2.3. Les électrons peuvent être transférés entre des groupes qui ne sont pas en contact
                                            • 18.3.1. Les électrons à haut potentiel de NADH pénètrent dans la chaîne respiratoire à la NADH-Q Oxidoréductase
                                            • 18.3.2. L'ubiquinol est le point d'entrée des électrons du FADH2 des Flavoprotéines
                                            • 18.3.3. Flux d'électrons de l'ubiquinol au cytochrome c Par Q-Cytochrome c Oxydoréductase
                                            • 18.3.4. Transport transmembranaire de protons : le cycle Q
                                            • 18.3.5. Cytochrome c L'oxydase catalyse la réduction de l'oxygène moléculaire en eau
                                            • 18.3.6. Les dérivés toxiques de l'oxygène moléculaire tels que le radical superoxyde sont piégés par des enzymes protectrices
                                            • 18.3.7. La conformation du cytochrome c est resté essentiellement constant pendant plus d'un milliard d'années
                                            • 18.4.1. L'ATP Synthase est composée d'une unité conductrice de protons et d'une unité catalytique
                                            • 18.4.2. Le flux de protons à travers l'ATP synthase conduit à la libération d'ATP étroitement lié : le mécanisme de changement de liaison
                                            • 18.4.3. Le plus petit moteur moléculaire au monde : la catalyse rotative
                                            • 18.4.4. Le flux de protons autour de l'anneau c alimente la synthèse d'ATP
                                            • 18.4.5. L'ATP Synthase et les protéines G ont plusieurs caractéristiques communes
                                            • 18.5.1. Les électrons du NADH cytosolique entrent dans les mitochondries par des navettes
                                            • 18.5.2. L'entrée d'ADP dans les mitochondries est couplée à la sortie d'ATP par ATP-ADP Translocase
                                            • 18.5.3. Les transporteurs mitochondriaux pour les métabolites ont un motif tripartite commun
                                            • 18.6.1. L'oxydation complète du glucose donne environ 30 molécules d'ATP
                                            • 18.6.2. Le taux de phosphorylation oxydative est déterminé par le besoin d'ATP
                                            • 18.6.3. La phosphorylation oxydative peut être inhibée à plusieurs stades
                                            • 18.6.4. Le découplage régulé conduit à la génération de chaleur
                                            • 18.6.5. Des maladies mitochondriales sont découvertes
                                            • 18.6.6. Les mitochondries jouent un rôle clé dans l'apoptose
                                            • 18.6.7. Transmission de puissance par gradients de protons : un motif central de la bioénergétique
                                            • La phosphorylation oxydative chez les eucaryotes a lieu dans les mitochondries
                                            • La phosphorylation oxydative dépend du transfert d'électrons
                                            • La chaîne respiratoire se compose de quatre complexes : trois pompes à protons et un lien physique avec le cycle de l'acide citrique
                                            • Un gradient de protons alimente la synthèse de l'ATP
                                            • De nombreuses navettes permettent le mouvement à travers les membranes mitochondriales
                                            • La régulation de la phosphorylation oxydative est régie principalement par le besoin d'ATP
                                            • Mots clés
                                            • Chapitre Problème d'intégration
                                            • Problème d'interprétation des données
                                            • Problème de mécanisme
                                            • Problème de média
                                            • Où commencer
                                            • Livres
                                            • Chaîne de transport d'électrons
                                            • ATP synthase
                                            • Translocateurs
                                            • Superoxyde dismutase et catalase
                                            • Maladies mitochondriales
                                            • Apoptose
                                            • Aspects historiques
                                            • 19.1. La photosynthèse a lieu dans les chloroplastes
                                              • 19.1.1. Les principaux événements de la photosynthèse ont lieu dans les membranes thylacoïdes
                                              • 19.1.2. L'évolution des chloroplastes
                                              • 19.2.1. Les bactéries photosynthétiques et les centres de réaction photosynthétiques des plantes vertes ont un noyau commun
                                              • 19.2.2. Une paire spéciale de chlorophylles initie la séparation des charges
                                              • 19.3.1. Le photosystème II transfère des électrons de l'eau à la plastoquinone et génère un gradient de protons
                                              • 19.3.2. Cytochrome petit ami Liens Photosystème II à Photosystème I
                                              • 19.3.3. Le photosystème I utilise l'énergie lumineuse pour générer de la ferrédoxine réduite, un puissant réducteur
                                              • 19.3.4. La ferrédoxine-NADP + réductase convertit le NADP + en NADPH
                                              • 19.4.1. L'ATP synthase des chloroplastes ressemble étroitement à celles des mitochondries et des procaryotes
                                              • 19.4.2. Le flux d'électrons cyclique à travers le photosystème I conduit à la production d'ATP au lieu de NADPH
                                              • 19.4.3. L'absorption de huit photons donne un O2, deux NADPH et trois molécules d'ATP
                                              • 19.5.1. Le transfert d'énergie par résonance permet à l'énergie de se déplacer du site d'absorption initiale vers le centre de réaction
                                              • 19.5.2.Les complexes de récolte de lumière contiennent des chlorophylles et des caroténoïdes supplémentaires
                                              • 19.5.3. Les phycobilisomes servent de conduits de lumière moléculaire dans les cyanobactéries et les algues rouges
                                              • 19.5.4. Les composants de la photosynthèse sont hautement organisés
                                              • 19.5.5. De nombreux herbicides inhibent les réactions lumineuses de la photosynthèse
                                              • La photosynthèse a lieu dans les chloroplastes
                                              • L'absorption de la lumière par la chlorophylle induit le transfert d'électrons
                                              • Deux photosystèmes génèrent un gradient de protons et du NADPH dans la photosynthèse oxygénique
                                              • Un gradient de protons à travers la membrane thylacoïde entraîne la synthèse d'ATP
                                              • Les pigments accessoires canalisent l'énergie dans les centres de réaction
                                              • La capacité de convertir la lumière en énergie chimique est ancienne
                                              • Mots clés
                                              • Problème de mécanisme
                                              • Interprétation des données et problème d'intégration des chapitres
                                              • Où commencer
                                              • Livres et critiques générales
                                              • Mécanismes de transfert d'électrons
                                              • Photosystème II
                                              • Évolution de l'oxygène
                                              • Photosystème I et cytochrome petit ami
                                              • ATP synthase
                                              • Assemblages de récolte de lumière
                                              • Évolution
                                              • 20.1. Le cycle de Calvin synthétise des hexoses à partir de dioxyde de carbone et d'eau
                                                • 20.1.1. Le dioxyde de carbone réagit avec le ribulose 1,5-bisphosphate pour former deux molécules de 3-phosphoglycérate
                                                • 20.1.2. Imperfection catalytique : Rubisco catalyse également une réaction d'oxygénase inutile
                                                • 20.1.3. Les phosphates d'hexose sont fabriqués à partir de phosphoglycérate et le ribulose 1,5-bisphosphate est régénéré
                                                • 20.1.4. Trois molécules d'ATP et deux molécules de NADPH sont utilisées pour amener le dioxyde de carbone au niveau d'un hexose
                                                • 20.1.5. L'amidon et le saccharose sont les principaux stocks de glucides dans les plantes
                                                • 20.2.1. Rubisco est activé par les changements induits par la lumière dans les concentrations de protons et d'ions de magnésium
                                                • 20.2.2. La thiorédoxine joue un rôle clé dans la régulation du cycle de Calvin
                                                • 20.2.3. Le C4 La voie des plantes tropicales accélère la photosynthèse en concentrant le dioxyde de carbone
                                                • 20.2.4. Le métabolisme de l'acide crassulacéen permet la croissance dans les écosystèmes arides
                                                • 20.3.1. Deux molécules de NADPH sont générées lors de la conversion du glucose 6-phosphate en ribulose 5-phosphate
                                                • 20.3.2. La voie du pentose phosphate et la glycolyse sont liées par la transcétolase et la transaldolase
                                                • 20.3.3. La transcétolase et la transaldolase stabilisent les intermédiaires carbanioniques par différents mécanismes
                                                • 20.4.1. Le taux de la voie du pentose phosphate est contrôlé par le niveau de NADP +
                                                • 20.4.2. Le flux de glucose 6-phosphate dépend du besoin de NADPH, de ribose 5-phosphate et d'ATP
                                                • 20.4.3. À travers le miroir : le cycle de Calvin et la voie des pentoses phosphates
                                                • 20.5.1. Une carence en glucose 6-phosphate déshydrogénase provoque une anémie hémolytique d'origine médicamenteuse
                                                • 20.5.2. Une carence en glucose 6-phosphate déshydrogénase confère un avantage évolutif dans certaines circonstances
                                                • Le cycle de Calvin synthétise des hexoses à partir de dioxyde de carbone et d'eau
                                                • L'activité du cycle de Calvin dépend des conditions environnementales
                                                • La voie des pentoses phosphates génère du NADPH et synthétise des sucres à cinq carbones
                                                • Le métabolisme du glucose 6-phosphate par la voie du pentose phosphate est coordonné avec la glycolyse
                                                • La glucose 6-phosphate déshydrogénase joue un rôle clé dans la protection contre les espèces réactives à l'oxygène
                                                • Mots clés
                                                • Problèmes de mécanisme
                                                • Chapitre Problèmes d'intégration
                                                • Problème d'interprétation de la date
                                                • Où commencer
                                                • Livres et critiques générales
                                                • Enzymes et mécanismes réactionnels
                                                • Fixation du dioxyde de carbone et rubisco
                                                • Régulation
                                                • Glucose 6-phosphate déshydrogénase
                                                • Évolution
                                                • 21.1. La dégradation du glycogène nécessite l'interaction de plusieurs enzymes
                                                  • 21.1.1. La phosphorylase catalyse le clivage phosphorolytique du glycogène pour libérer le glucose 1-phosphate
                                                  • 21.1.2. Une enzyme débranchante est également nécessaire pour la décomposition du glycogène
                                                  • 21.1.3. La phosphoglucomutase convertit le glucose 1-phosphate en glucose 6-phosphate
                                                  • 21.1.4. Le foie contient du glucose 6-phosphatase, une enzyme hydrolytique absente du muscle
                                                  • 21.1.5. Le phosphate de pyridoxal participe au clivage phosphorolytique du glycogène
                                                  • 21.2.1. La phosphorylase musculaire est régulée par la charge énergétique intracellulaire
                                                  • 21.2.2. La phosphorylase du foie produit du glucose destiné à être utilisé par d'autres tissus
                                                  • 21.2.3. La phosphorylase kinase est activée par phosphorylation et ions calcium
                                                  • 21.3.1. Les protéines G transmettent le signal pour l'initiation de la dégradation du glycogène
                                                  • 21.3.2. La dégradation du glycogène doit pouvoir être rapidement désactivée
                                                  • 21.3.3. La régulation de la glycogène phosphorylase est devenue plus sophistiquée à mesure que l'enzyme a évolué
                                                  • 21.4.1. UDP-Glucose est une forme activée de glucose
                                                  • 21.4.2. La glycogène synthase catalyse le transfert de glucose de l'UDP-glucose vers une chaîne en croissance
                                                  • 21.4.3. Une enzyme ramifiée forme des liens α-1,6
                                                  • 21.4.4. La glycogène synthase est l'enzyme régulatrice clé dans la synthèse du glycogène
                                                  • 21.4.5. Le glycogène est une forme de stockage efficace du glucose
                                                  • 21.5.1. La protéine phosphatase 1 inverse les effets régulateurs des kinases sur le métabolisme du glycogène
                                                  • 21.5.2. L'insuline stimule la synthèse du glycogène en activant la protéine phosphatase 1
                                                  • 21.5.3. Le métabolisme du glycogène dans le foie régule le taux de glycémie
                                                  • 21.5.4. Une compréhension biochimique des maladies du stockage du glycogène est possible
                                                  • La dégradation du glycogène nécessite l'interaction de plusieurs enzymes
                                                  • La phosphorylase est régulée par des interactions allostériques et une phosphorylation réversible
                                                  • L'épinéphrine et le glucagon signalent la nécessité d'une dégradation du glycogène
                                                  • Le glycogène est synthétisé et dégradé par différentes voies
                                                  • La décomposition et la synthèse du glycogène sont régulées réciproquement
                                                  • Mots clés
                                                  • Problème de mécanisme
                                                  • Chapitre Problèmes d'intégration et d'interprétation des données
                                                  • Problème de média
                                                  • Où commencer
                                                  • Livres et critiques générales
                                                  • Études cristallographiques aux rayons X
                                                  • Amorçage de la synthèse du glycogène
                                                  • Mécanismes catalytiques
                                                  • Régulation du métabolisme du glycogène
                                                  • Maladies génétiques
                                                  • Évolution
                                                  • 22.1. Les triacylglycérols sont des réserves d'énergie hautement concentrées
                                                    • 22.1.1. Les lipides alimentaires sont digérés par les lipases pancréatiques
                                                    • 22.1.2. Les lipides alimentaires sont transportés dans les chylomicrons
                                                    • 22.2.1. Les triacylglycérols sont hydrolysés par des lipases cycliques régulées par l'AMP
                                                    • 22.2.2. Les acides gras sont liés à la coenzyme A avant qu'ils ne soient oxydés
                                                    • 22.2.3. La carnitine transporte des acides gras activés à longue chaîne dans la matrice mitochondriale
                                                    • 22.2.4. Acétyl CoA, NADH et FADH2 Sont générés à chaque cycle d'oxydation des acides gras
                                                    • 22.2.5. L'oxydation complète du palmitate donne 106 molécules d'ATP
                                                    • 22.3.1. Une isomérase et une réductase sont nécessaires pour l'oxydation des acides gras insaturés
                                                    • 22.3.2. Les acides gras à chaîne impaire donnent du propionyl coenzyme A dans l'étape finale de thiolyse
                                                    • 22.3.3. Le propionyl CoA est converti en succinyl CoA dans une réaction qui nécessite de la vitamine B12
                                                    • 22.3.4. Les acides gras sont également oxydés dans les peroxysomes
                                                    • 22.3.5. Les corps cétoniques sont formés à partir de l'acétyl coenzyme A lorsque la dégradation des graisses prédomine
                                                    • 22.3.6. Les corps cétoniques sont un carburant majeur dans certains tissus
                                                    • 22.3.7. Les animaux ne peuvent pas convertir les acides gras en glucose
                                                    • 22.4.1. La formation de malonyl coenzyme A est l'étape engagée dans la synthèse des acides gras
                                                    • 22.4.2. Les intermédiaires de la synthèse des acides gras sont liés à une protéine porteuse d'acyle
                                                    • 22.4.3. Le cycle d'élongation dans la synthèse des acides gras
                                                    • 22.4.4. Les acides gras sont synthétisés par un complexe enzymatique multifonctionnel chez les eucaryotes
                                                    • 22.4.5. L'unité flexible de phosphopantéthéinyle d'ACP transporte le substrat d'un site actif à un autre
                                                    • 22.4.6. La stoechiométrie de la synthèse des acides gras
                                                    • 22.4.7. Le citrate transporte les groupes acétyle des mitochondries au cytosol pour la synthèse des acides gras
                                                    • 22.4.8. Sources de NADPH pour la synthèse des acides gras
                                                    • 22.4.9. Les inhibiteurs de la synthèse des acides gras peuvent être des médicaments utiles
                                                    • 22.4.10. Variations sur un thème : les polykétides et les synthétases de peptides non ribosomiques ressemblent à des synthases d'acides gras
                                                    • Réglementation mondiale
                                                    • Réglementation locale
                                                    • Réponse au régime
                                                    • 22.6.1. Les enzymes liées à la membrane génèrent des acides gras insaturés
                                                    • 22.6.2. Les hormones eicosanoïdes sont dérivées d'acides gras polyinsaturés
                                                    • Les triacylglycérols sont des réserves d'énergie hautement concentrées
                                                    • L'utilisation d'acides gras comme combustible nécessite trois étapes de traitement
                                                    • Certains acides gras nécessitent des étapes supplémentaires pour la dégradation
                                                    • Les acides gras sont synthétisés et dégradés par différentes voies
                                                    • L'acétyl coenzyme A carboxylase joue un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des acides gras
                                                    • L'allongement et l'insaturation des acides gras sont accomplis par des systèmes enzymatiques accessoires
                                                    • Mots clés
                                                    • Problèmes de mécanisme
                                                    • Chapitre Problèmes d'intégration
                                                    • Problème d'interprétation des données
                                                    • Problème de média
                                                    • Où commencer
                                                    • Livres
                                                    • Oxydation des acides gras
                                                    • Synthèse des acides gras
                                                    • Acétyl CoA carboxylase
                                                    • Eicosanoïdes
                                                    • Maladies génétiques
                                                    • 23.1. Les protéines sont dégradées en acides aminés
                                                      • 23.1.1. La digestion et l'absorption des protéines alimentaires
                                                      • 23.1.2. Les protéines cellulaires sont dégradées à des rythmes différents
                                                      • 23.2.1. L'ubiquitine marque des protéines pour la destruction
                                                      • 23.2.2. Le protéasome digère les protéines marquées à l'ubiquitine
                                                      • 23.2.3. La dégradation des protéines peut être utilisée pour réguler la fonction biologique
                                                      • 23.2.4. La voie de l'ubiquitine et le protéasome ont des homologues procaryotes
                                                      • 23.3.1. Les groupes alpha-aminés sont convertis en ions ammonium par la désamination oxydative du glutamate
                                                      • 23.3.2. Le phosphate de pyridoxal forme des intermédiaires à base de Schiff dans les aminotransférases
                                                      • 23.3.3. L'aspartate aminotransférase est un membre d'une famille large et polyvalente d'enzymes dépendantes du pyridoxal
                                                      • 23.3.4. La sérine et la thréonine peuvent être directement désaminées
                                                      • 23.3.5. Les tissus périphériques transportent l'azote vers le foie
                                                      • 23.4.1. Le cycle de l'urée commence avec la formation de phosphate de carbamoyle
                                                      • 23.4.2. Le cycle de l'urée est lié au cycle de l'acide citrique
                                                      • 23.4.3. L'évolution du cycle de l'urée
                                                      • 23.4.4. Les défauts héréditaires du cycle de l'urée provoquent une hyperammoniémie et peuvent entraîner des lésions cérébrales
                                                      • 23.4.5. L'urée n'est pas le seul moyen d'éliminer l'excès d'azote
                                                      • 23.5.1. Pyruvate comme point d'entrée dans le métabolisme
                                                      • 23.5.2. L'oxaloacétate comme point d'entrée dans le métabolisme
                                                      • 23.5.3. L'alpha-cétoglutarate comme point d'entrée dans le métabolisme
                                                      • 23.5.4. La succinyl coenzyme A est un point d'entrée pour plusieurs acides aminés non polaires
                                                      • 23.5.5. La dégradation de la méthionine nécessite la formation d'un donneur de méthyle clé, la S-adénosylméthionine
                                                      • 23.5.6. Les acides aminés à chaîne ramifiée donnent de l'acétyl CoA, de l'acétoacétate ou du propionyl CoA
                                                      • 23.5.7. Les oxygénases sont nécessaires à la dégradation des acides aminés aromatiques
                                                      • Les protéines sont dégradées en acides aminés
                                                      • Le renouvellement des protéines est étroitement réglementé
                                                      • La première étape de la dégradation des acides aminés est l'élimination de l'azote
                                                      • L'ion ammonium est converti en urée chez la plupart des vertébrés terrestres
                                                      • Les atomes de carbone des acides aminés dégradés apparaissent comme des intermédiaires métaboliques majeurs
                                                      • Des erreurs innées du métabolisme peuvent perturber la dégradation des acides aminés
                                                      • Mots clés
                                                      • Problèmes de mécanisme
                                                      • Chapitre Problèmes d'intégration
                                                      • Problème d'interprétation des données
                                                      • Où commencer
                                                      • Livres
                                                      • L'ubiquitine et le protéasome
                                                      • Enzymes dépendantes du phosphate de pyridoxal
                                                      • Enzymes du cycle de l'urée
                                                      • Dégradation des acides aminés
                                                      • Maladies génétiques
                                                      • Aspects historiques et processus de découverte
                                                      • Chapitre 24. La biosynthèse des acides aminés
                                                        • 24.1. Fixation de l'azote : les micro-organismes utilisent de l'ATP et un puissant réducteur pour réduire l'azote atmosphérique en ammoniac
                                                          • 24.1.1. Le cofacteur fer-molybdène de la nitrogénase se lie et réduit l'azote atmosphérique
                                                          • 24.1.2. L'ion ammonium est assimilé à un acide aminé par le glutamate et la glutamine
                                                          • 24.2.1. Les êtres humains peuvent synthétiser certains acides aminés mais doivent en obtenir d'autres à partir de l'alimentation
                                                          • 24.2.2. Une étape commune détermine la chiralité de tous les acides aminés
                                                          • 24.2.3. Un intermédiaire adénylé est nécessaire pour former l'asparagine à partir de l'aspartate
                                                          • 24.2.4. Le glutamate est le précurseur de la glutamine, de la proline et de l'arginine
                                                          • 24.2.5. La sérine, la cystéine et la glycine sont formées à partir de 3-phosphoglycérate
                                                          • 24.2.6. Le tétrahydrofolate transporte des unités de carbone activé à plusieurs niveaux d'oxydation
                                                          • 24.2.7. S-L'adénosylméthionine est le principal donneur de groupes méthyle
                                                          • 24.2.8. La cystéine est synthétisée à partir de sérine et d'homocystéine
                                                          • 24.2.9. Des taux élevés d'homocystéine sont associés aux maladies vasculaires
                                                          • 24.2.10. Le shikimate et le chorismate sont des intermédiaires dans la biosynthèse des acides aminés aromatiques
                                                          • 24.2.11. La tryptophane synthétase illustre la canalisation du substrat dans la catalyse enzymatique
                                                          • 24.3.1. Les voies ramifiées nécessitent une réglementation sophistiquée
                                                          • 24.3.2. L'activité de la glutamine synthétase est modulée par une cascade enzymatique
                                                          • 24.4.1. Le glutathion, un peptide gamma-glutamyle, sert de tampon sulfhydryle et d'antioxydant
                                                          • 24.4.2. L'oxyde nitrique, une molécule signal à courte durée de vie, est formé à partir de l'arginine
                                                          • 24.4.3. Les porphyrines de mammifères sont synthétisées à partir de glycine et de succinyl coenzyme A
                                                          • 24.4.4. Les porphyrines s'accumulent dans certains troubles héréditaires du métabolisme des porphyrines
                                                          • Fixation de l'azote : les micro-organismes utilisent de l'ATP et un puissant réducteur pour réduire l'azote atmosphérique en ammoniac
                                                          • Les acides aminés sont fabriqués à partir d'intermédiaires du cycle de l'acide citrique et d'autres voies principales
                                                          • La biosynthèse des acides aminés est régulée par l'inhibition de la rétroaction
                                                          • Les acides aminés sont des précurseurs de nombreuses biomolécules
                                                          • Mots clés
                                                          • Problèmes de mécanisme
                                                          • Chapitre Problèmes d'intégration
                                                          • Chapitre Problème d'intégration et d'interprétation des données
                                                          • Où commencer
                                                          • Livres
                                                          • Fixation de l'azote
                                                          • Régulation de la biosynthèse des acides aminés
                                                          • Biosynthèse des acides aminés aromatiques
                                                          • Glutathion
                                                          • Éthylène et monoxyde d'azote
                                                          • Biosynthèse des porphyrines
                                                          • 25.1. Synthèse in de novo, le cycle pyrimidine est assemblé à partir de bicarbonate, d'aspartate et de glutamine
                                                            • 25.1.1. Le bicarbonate et d'autres composés de carbone oxygénés sont activés par phosphorylation
                                                            • 25.1.2. La chaîne latérale de la glutamine peut être hydrolysée pour générer de l'ammoniac
                                                            • 25.1.3. Les intermédiaires peuvent se déplacer entre les sites actifs en canalisant
                                                            • 25.1.4. L'orotate acquiert un anneau ribose du PRPP pour former un nucléotide pyrimidique et est converti en uridylate
                                                            • 25.1.5. Les nucléotides mono-, di- et triphosphates sont interconvertibles
                                                            • 25.1.6. Le CTP est formé par l'amination de l'UTP
                                                            • 25.2.1. Les voies de récupération économisent les dépenses énergétiques intracellulaires
                                                            • 25.2.2. Le système d'anneau de purine est assemblé sur du phosphate de ribose
                                                            • 25.2.3. L'anneau purique est assemblé par étapes successives d'activation par phosphorylation suivies d'un déplacement
                                                            • 25.2.4. AMP et GMP sont formés à partir d'IMP
                                                            • 25.3.1. Le thymidylate est formé par la méthylation du désoxyuridylate
                                                            • 25.3.2. La dihydrofolate réductase catalyse la régénération du tétrahydrofolate, un transporteur à un carbone
                                                            • 25.3.3. Plusieurs médicaments anticancéreux précieux bloquent la synthèse du thymidylate
                                                            • 25.6.1. Les purines sont dégradées en urate chez les êtres humains
                                                            • 25.6.2. Le syndrome de Lesch-Nyhan est une conséquence dramatique de mutations dans une enzyme de la voie de récupération
                                                            • Synthèse in de novo, le cycle pyrimidine est assemblé à partir de bicarbonate, d'aspartate et de glutamine
                                                            • Les bases de purines peuvent être synthétisées de novo ou recyclées par des voies de récupération
                                                            • Les désoxyribonucléotides sont synthétisés par la réduction des ribonucléotides par un mécanisme radical
                                                            • Les étapes clés de la biosynthèse des nucléotides sont régulées par l'inhibition de la rétroaction
                                                            • NAD + , FAD et coenzyme A sont formés à partir d'ATP
                                                            • Des perturbations du métabolisme des nucléotides peuvent provoquer des états pathologiques
                                                            • Mots clés
                                                            • Problèmes de mécanisme
                                                            • Chapitre Problèmes d'intégration
                                                            • Où commencer
                                                            • Biosynthèse de la pyrimidine
                                                            • Biosynthèse des purines
                                                            • Ribonucléotides réductases
                                                            • Thymidylate synthase et dihydrofolate réductase
                                                            • Maladies génétiques
                                                            • 26.1. Le phosphatidate est un intermédiaire commun dans la synthèse des phospholipides et des triacylglycérols
                                                              • 26.1.1. La synthèse des phospholipides nécessite un intermédiaire activé
                                                              • 26.1.2. Les plasmagènes et autres éthers phospholipides sont synthétisés à partir du phosphate de dihydroxyacétone
                                                              • 26.1.3. Les sphingolipides sont synthétisés à partir de céramide
                                                              • 26.1.4. Les gangliosides sont des sphingolipides riches en glucides qui contiennent des sucres acides
                                                              • 26.1.5. Les sphingolipides confèrent une diversité sur la structure et la fonction des lipides
                                                              • 26.1.6. Syndrome de détresse respiratoire et maladie de Tay-Sachs résultant de la perturbation du métabolisme des lipides
                                                              • 26.2.1. La synthèse du mévalonate, qui est activé sous forme d'isopentényl pyrophosphate, initie la synthèse du cholestérol
                                                              • 26.2.2. Squalène (C30) est synthétisé à partir de six molécules d'isopentényl pyrophosphate (C5)
                                                              • 26.2.3. Le squalène se cyclise pour former du cholestérol
                                                              • 26.3.1. Les lipoprotéines transportent le cholestérol et les triacylglycérols dans tout l'organisme
                                                              • 26.3.2. Les taux sanguins de certaines lipoprotéines peuvent servir à des fins de diagnostic
                                                              • 26.3.3. Les lipoprotéines de basse densité jouent un rôle central dans le métabolisme du cholestérol
                                                              • 26.3.4. Le récepteur LDL est une protéine transmembranaire ayant cinq régions fonctionnelles différentes
                                                              • 26.3.5. L'absence du récepteur LDL entraîne une hypercholestérolémie et une athérosclérose
                                                              • 26.3.6. La gestion clinique des taux de cholestérol peut être comprise à un niveau biochimique
                                                              • Les sels biliaires
                                                              • Hormones stéroïdes
                                                              • 26.4.1. La nomenclature des hormones stéroïdes
                                                              • 26.4.2. Les stéroïdes sont hydroxylés par les monooxygénases du cytochrome P450 qui utilisent le NADPH et l'O2
                                                              • 26.4.3. Le système Cytochrome P450 est répandu et remplit une fonction de protection
                                                              • 26.4.4. La prégnénolone, un précurseur de nombreux autres stéroïdes, est formée à partir de cholestérol par clivage de sa chaîne latérale
                                                              • 26.4.5. La synthèse de la progestérone et des corticostéroïdes à partir de la prégnénolone
                                                              • 26.4.6. La synthèse des androgènes et des œstrogènes à partir de la prégnénolone
                                                              • 26.4.7. La vitamine D est dérivée du cholestérol par l'activité de dédoublement de l'anneau de la lumière
                                                              • 26.4.8. L'isopentényl pyrophosphate est un précurseur d'une grande variété de biomolécules
                                                              • Le phosphatidate est un intermédiaire commun dans la synthèse des phospholipides et des triacylglycérols
                                                              • Le cholestérol est synthétisé à partir de l'acétyl coenzyme A en trois étapes
                                                              • La régulation complexe de la biosynthèse du cholestérol a lieu à plusieurs niveaux
                                                              • Les dérivés importants du cholestérol comprennent les sels biliaires et les hormones stéroïdes
                                                              • Mots clés
                                                              • Problème de mécanisme
                                                              • Interprétation des données et problèmes d'intégration des chapitres
                                                              • Où commencer
                                                              • Livres
                                                              • Phospholipides et sphingolipides
                                                              • Biosynthèse du cholestérol et des stéroïdes
                                                              • Les lipoprotéines et leurs récepteurs
                                                              • Activation oxygène et catalyse P450
                                                              • 27.1. L'ADN peut assumer une variété de formes structurelles
                                                                • 27.1.1. L'ADN-A est une double hélice avec des caractéristiques différentes de celles de l'ADN-B plus commun
                                                                • 27.1.2. Les rainures majeures et mineures sont bordées par des groupes de liaison hydrogène spécifiques à la séquence
                                                                • 27.1.3. Les résultats des études sur les monocristaux d'ADN ont révélé des variations locales dans la structure de l'ADN
                                                                • 27.1.4. L'ADN-Z est une double hélice gauche dans laquelle le squelette des phosphates zigzague
                                                                • 27.2.1. Toutes les ADN polymérases ont des caractéristiques structurelles en commun
                                                                • 27.2.2. Deux ions métalliques liés participent à la réaction de polymérase
                                                                • 27.2.3. La spécificité de la réplication est dictée par la liaison hydrogène et la complémentarité de forme entre les bases
                                                                • 27.2.4. De nombreuses polymérases corrigent les bases nouvellement ajoutées et les erreurs d'accise
                                                                • 27.2.5. La séparation des brins d'ADN nécessite des hélicases spécifiques et une hydrolyse de l'ATP
                                                                • 27.3.1. Le nombre de liaison de l'ADN, une propriété topologique, détermine le degré de superenroulement
                                                                • 27.3.2. La torsion hélicoïdale et la torsion superhélicoïdale sont corrélées entre elles par le nombre de liaison
                                                                • 27.3.3. Les topoisomérases de type I relaxent les structures superenroulées
                                                                • 27.3.4. Les topoisomérases de type II peuvent introduire des superbobines négatives par couplage à l'hydrolyse de l'ATP
                                                                • 27.4.1. Une amorce d'ARN synthétisée par Primase permet à la synthèse d'ADN de commencer
                                                                • 27.4.2.Un brin d'ADN est fabriqué en continu, tandis que l'autre brin est synthétisé en fragments
                                                                • 27.4.3. L'ADN ligase rejoint les extrémités de l'ADN dans les régions duplex
                                                                • 27.4.4. La réplication de l'ADN nécessite des polymérases hautement processives
                                                                • 27.4.5. Les brins en avance et en retard sont synthétisés de manière coordonnée
                                                                • 27.4.6. La synthèse de l'ADN est plus complexe chez les eucaryotes que chez les procaryotes
                                                                • 27.4.7. Les télomères sont des structures uniques aux extrémités des chromosomes linéaires
                                                                • 27.4.8. Les télomères sont répliqués par la télomérase, une polymérase spécialisée qui porte son propre modèle d'ARN
                                                                • 27.5.1. Les réactions de recombinaison passent par les intermédiaires de Holliday Junction
                                                                • 27.5.2. Les recombinases sont liées de manière évolutive aux topoisomérases
                                                                • 27.6.1. Certains mutagènes chimiques sont assez spécifiques
                                                                • 27.6.2. La lumière ultraviolette produit des dimères de pyrimidine
                                                                • 27.6.3. Une variété de voies de réparation de l'ADN sont utilisées
                                                                • 27.6.4. La présence de thymine au lieu d'uracile dans l'ADN permet la réparation de la cytosine désaminée
                                                                • 27.6.5. De nombreux cancers sont causés par une réparation défectueuse de l'ADN
                                                                • 27.6.6. Certaines maladies génétiques sont causées par l'expansion des répétitions de trois nucléotides
                                                                • 27.6.7. De nombreux cancérogènes potentiels peuvent être détectés par leur action mutagène sur les bactéries
                                                                • L'ADN peut assumer une variété de formes structurelles
                                                                • Les ADN polymérases nécessitent un gabarit et une amorce
                                                                • L'ADN double brin peut s'enrouler autour de lui-même pour former des structures superenroulées
                                                                • La réplication de l'ADN des deux brins se déroule rapidement à partir de sites de départ spécifiques
                                                                • Les molécules d'ADN double brin avec des séquences similaires se recombinent parfois
                                                                • Les mutations sont produites par plusieurs types de changements dans la séquence de base de l'ADN
                                                                • Mots clés
                                                                • Problèmes de mécanisme
                                                                • Interprétation des données et problèmes d'intégration des chapitres
                                                                • Problème de média
                                                                • Où commencer
                                                                • Livres
                                                                • Structure de l'ADN
                                                                • Topologie de l'ADN et topoisomérases
                                                                • Mécanisme de réplication
                                                                • ADN polymérases et autres enzymes de réplication
                                                                • Recombinases
                                                                • Mutations et réparation de l'ADN
                                                                • Réparation de l'ADN défectueux et cancer
                                                                • 28.1. La transcription est catalysée par l'ARN polymérase
                                                                  • 28.1.1. La transcription est initiée sur les sites du promoteur sur le modèle d'ADN
                                                                  • 28.1.2. Les sous-unités Sigma de l'ARN polymérase reconnaissent les sites promoteurs
                                                                  • 28.1.3. L'ARN polymérase doit dérouler la double hélice du modèle pour que la transcription ait lieu
                                                                  • 28.1.4. Les chaînes d'ARN se forment de novo et se développent dans le sens 5′-to-3′
                                                                  • 28.1.5. L'allongement a lieu au niveau des bulles de transcription qui se déplacent le long du modèle d'ADN
                                                                  • 28.1.6. Une épingle à cheveux d'ARN suivie de plusieurs résidus d'uracile met fin à la transcription de certains gènes
                                                                  • 28.1.7. La protéine Rho aide à mettre fin à la transcription de certains gènes
                                                                  • 28.1.8. Les précurseurs du transfert et de l'ARN ribosomique sont clivés et modifiés chimiquement après transcription
                                                                  • 28.1.9. Antibiotiques inhibiteurs de la transcription
                                                                  • 28.2.1. L'ARN dans les cellules eucaryotes est synthétisé par trois types d'ARN polymérase
                                                                  • 28.2.2. Éléments cis et trans : verrous et clés de transcription
                                                                  • 28.2.3. La plupart des promoteurs de l'ARN polymérase II contiennent une boîte TATA près du site de début de la transcription
                                                                  • 28.2.4. La protéine de liaison TATA-Box initie l'assemblage du complexe de transcription actif
                                                                  • 28.2.5. Plusieurs facteurs de transcription interagissent avec les promoteurs eucaryotes
                                                                  • 28.2.6. Les séquences d'amélioration peuvent stimuler la transcription sur les sites de départ à des milliers de bases
                                                                  • 28.3.1. Les extrémités du transcrit pré-ARNm acquièrent un capuchon 5 & # x02032 et une queue 3 & # x02032 Poly (A)
                                                                  • 28.3.2. L'édition d'ARN modifie les protéines codées par l'ARNm
                                                                  • 28.3.3. Les sites d'épissage dans les précurseurs d'ARNm sont spécifiés par des séquences aux extrémités des introns
                                                                  • 28.3.4. L'épissage consiste en deux réactions de transestérification
                                                                  • 28.3.5. Les petits ARN nucléaires dans les spliceosomes catalysent l'épissage des précurseurs d'ARNm
                                                                  • 28.3.6. Certaines molécules de pré-ARNm peuvent être épissées de différentes manières pour produire différents ARNm
                                                                  • La transcription est catalysée par l'ARN polymérase
                                                                  • La transcription et la traduction eucaryotes sont séparées dans l'espace et le temps
                                                                  • Les produits de transcription des trois polymérases eucaryotes sont traités
                                                                  • La découverte de l'ARN catalytique était révélatrice en ce qui concerne à la fois le mécanisme et l'évolution
                                                                  • Mots clés
                                                                  • Problème de mécanisme
                                                                  • Chapitre Problèmes d'intégration
                                                                  • Problèmes d'interprétation des données
                                                                  • Où commencer
                                                                  • Livres
                                                                  • ARN polymérases
                                                                  • Initiation et allongement
                                                                  • Promoteurs, amplificateurs et facteurs de transcription
                                                                  • Résiliation
                                                                  • 5′-Formation de coiffe et polyadénylation
                                                                  • Édition d'ARN
                                                                  • Épissage de précurseurs d'ARNm
                                                                  • Auto-épissage et catalyse ARN
                                                                  • 29.1. La synthèse de protéines nécessite la traduction de séquences nucléotidiques en séquences d'acides aminés
                                                                    • 29.1.1. La synthèse de protéines longues nécessite une faible fréquence d'erreur
                                                                    • 29.1.2. Les molécules d'ARN de transfert ont une conception commune
                                                                    • 29.1.3. L'acide aminé activé et l'anticodon de l'ARNt sont aux extrémités opposées de la molécule en forme de L
                                                                    • 29.2.1. Les acides aminés sont d'abord activés par adénylation
                                                                    • 29.2.2. Les synthétases d'aminoacyl-ARNt ont des sites d'activation d'acides aminés hautement discriminants
                                                                    • 29.2.3. La relecture par les synthétases d'aminoacyl-ARNt augmente la fidélité de la synthèse des protéines
                                                                    • 29.2.4. Les synthétases reconnaissent les boucles d'anticodon et les tiges acceptrices des molécules d'ARN de transfert
                                                                    • 29.2.5. Les synthétases d'aminoacyl-ARNt peuvent être divisées en deux classes
                                                                    • 29.3.1. Les ARN ribosomiques (ARNr 5S, 16S et 23S) jouent un rôle central dans la synthèse des protéines
                                                                    • 29.3.2. Les protéines sont synthétisées dans le sens amino-carboxyle
                                                                    • 29.3.3. L'ARN messager est traduit dans le sens 5′-to-3′
                                                                    • 29.3.4. Le signal de démarrage est AUG (ou GUG) précédé de plusieurs bases qui s'apparient à l'ARNr 16S
                                                                    • 29.3.5. La synthèse des protéines bactériennes est initiée par l'ARN de transfert de formylméthionyle
                                                                    • 29.3.6. Les ribosomes ont trois sites de liaison à l'ARNt qui relient les sous-unités 30S et 50S
                                                                    • 29.3.7. La chaîne polypeptidique en croissance est transférée entre les ARNt lors de la formation de liaisons peptidiques
                                                                    • 29.3.8. Seules les interactions Codon-Anticodon déterminent l'acide aminé qui est incorporé
                                                                    • 29.3.9. Certaines molécules d'ARN de transfert reconnaissent plus d'un codon en raison de l'oscillation dans l'appariement des bases
                                                                    • 29.4.1. Formylméthionyl-ARNtF est placé dans le site P du ribosome lors de la formation du complexe d'initiation 70S
                                                                    • 29.4.2. Les facteurs d'élongation livrent l'aminoacyl-ARNt au ribosome
                                                                    • 29.4.3. La formation d'une liaison peptidique est suivie par la translocation induite par le GTP d'ARNt et d'ARNm
                                                                    • 29.4.4. La synthèse des protéines est interrompue par des facteurs de libération qui lisent les codons d'arrêt
                                                                    • 29.5.1. De nombreux antibiotiques agissent en inhibant la synthèse des protéines
                                                                    • 29.5.2. La toxine diphtérique bloque la synthèse des protéines chez les eucaryotes en inhibant la translocation
                                                                    • La synthèse des protéines nécessite la traduction de séquences nucléotidiques en séquences d'acides aminés
                                                                    • Aminoacyl-Transfer-RNA Synthetases Lire le code génétique
                                                                    • Un ribosome est une particule de ribonucléoprotéine (70S) constituée d'une petite (30S) et d'une grande (50S) sous-unités
                                                                    • Les facteurs protéiques jouent un rôle clé dans la synthèse des protéines
                                                                    • La synthèse des protéines eucaryotes diffère de la synthèse des protéines procaryotes principalement par l'initiation de la traduction
                                                                    • Mots clés
                                                                    • Problèmes de mécanisme
                                                                    • Chapitre Problèmes d'intégration
                                                                    • Problème d'interprétation des données
                                                                    • Problème de média
                                                                    • Où commencer
                                                                    • Livres
                                                                    • Aminoacyl-ARNt synthétases
                                                                    • Transférer l'ARN
                                                                    • Ribosomes et ARN ribosomiques
                                                                    • Facteurs d'initiation
                                                                    • Facteurs d'allongement
                                                                    • Formation et translocation de liaison peptidique
                                                                    • Résiliation
                                                                    • Fidélité et relecture
                                                                    • Synthèse des protéines eucaryotes
                                                                    • Antibiotiques et toxines
                                                                    • 30.1. Le métabolisme consiste en des voies hautement interconnectées
                                                                      • 30.1.1. Motifs récurrents dans la régulation métabolique
                                                                      • 30.1.2. Principales voies métaboliques et sites de contrôle
                                                                      • 30.1.3. Jonctions clés : Glucose 6-phosphate, pyruvate et acétyl CoA
                                                                      • 30.3.1. Les adaptations métaboliques en cas de famine prolongée minimisent la dégradation des protéines
                                                                      • 30.3.2. Les troubles métaboliques dans le diabète résultent d'une insuffisance relative en insuline et d'un excès de glucagon
                                                                      • 30.3.3. L'homéostasie calorique : un moyen de réguler le poids corporel
                                                                      • Le métabolisme consiste en des voies hautement interconnectées
                                                                      • Chaque organe a un profil métabolique unique
                                                                      • L'apport alimentaire et la famine induisent des changements métaboliques
                                                                      • Le choix du carburant pendant l'exercice est déterminé par l'intensité et la durée de l'activité
                                                                      • L'éthanol altère le métabolisme énergétique dans le foie
                                                                      • Mots clés
                                                                      • Où commencer
                                                                      • Livres
                                                                      • Métabolisme du carburant
                                                                      • Adaptations métaboliques dans la famine
                                                                      • Diabète sucré
                                                                      • Métabolisme de l'exercice
                                                                      • Métabolisme de l'éthanol
                                                                      • 31.1. Les protéines de liaison à l'ADN procaryotes se lient spécifiquement aux sites de régulation dans les opérons
                                                                        • 31.1.1. Un opéron se compose d'éléments régulateurs et de gènes codant pour des protéines
                                                                        • 31.1.2. Les lac L'opérateur a une séquence de base symétrique
                                                                        • 31.1.3. Les lac La protéine répresseur en l'absence de lactose se lie à l'opérateur et bloque la transcription
                                                                        • 31.1.4. La liaison au ligand peut induire des changements structurels dans les protéines régulatrices
                                                                        • 31.1.5. L'opéron est une unité de régulation commune chez les procaryotes
                                                                        • 31.1.6. La transcription peut être stimulée par des protéines qui entrent en contact avec l'ARN polymérase
                                                                        • 31.1.7. Le motif Helix-Turn-Helix est commun à de nombreuses protéines de liaison à l'ADN procaryotes
                                                                        • 31.2.1. Les nucléosomes sont des complexes d'ADN et d'histones
                                                                        • 31.2.2. L'ADN eucaryote est enroulé autour des histones pour former des nucléosomes
                                                                        • 31.2.3. Le contrôle de l'expression des gènes nécessite un remodelage de la chromatine
                                                                        • 31.2.4. Les amplificateurs peuvent stimuler la transcription en perturbant la structure de la chromatine
                                                                        • 31.2.5. La modification de l'ADN peut altérer les modèles d'expression des gènes
                                                                        • 31.3.1. Les stéroïdes et les molécules hydrophobes apparentées traversent les membranes et se lient aux récepteurs de liaison à l'ADN
                                                                        • 31.3.2. Les récepteurs nucléaires d'hormones régulent la transcription en recrutant des coactivateurs et des corépresseurs dans le complexe de transcription
                                                                        • 31.3.3. Les récepteurs d'hormones stéroïdes sont des cibles pour les médicaments
                                                                        • 31.3.4. La structure de la chromatine est modulée par des modifications covalentes des queues d'histone
                                                                        • 31.3.5. Les histones désacétylases contribuent à la répression transcriptionnelle
                                                                        • 31.3.6. La liaison du ligand aux récepteurs membranaires peut réguler la transcription via des cascades de phosphorylation
                                                                        • 31.3.7. La structure de la chromatine diminue efficacement la taille du génome
                                                                        • 31.4.1. L'atténuation est un mécanisme procaryote de régulation de la transcription par la modulation de la structure secondaire de l'ARN naissant
                                                                        • 31.4.2. Les gènes associés au métabolisme du fer sont régulés par la traduction chez les animaux
                                                                        • Les protéines de liaison à l'ADN procaryotes se lient spécifiquement aux sites de régulation dans les opérons
                                                                        • La plus grande complexité des génomes eucaryotes nécessite des mécanismes élaborés pour la régulation des gènes
                                                                        • L'activation et la répression transcriptionnelles sont médiées par des interactions protéine-protéine
                                                                        • L'expression des gènes peut être contrôlée aux niveaux post-transcriptionnels
                                                                        • Mots clés
                                                                        • Problème de mécanisme
                                                                        • Chapitre Problème d'intégration
                                                                        • Problème d'interprétation des données
                                                                        • Où commencer
                                                                        • Livres
                                                                        • Régulation des gènes procaryotes
                                                                        • Nucléosomes et histones
                                                                        • Récepteurs hormonaux nucléaires
                                                                        • Chromatine et remodelage de la chromatine
                                                                        • Régulation post-transcriptionnelle
                                                                        • Aspects historiques
                                                                        • Chapitre 32. Systèmes sensoriels
                                                                          • 32.1. Une grande variété de composés organiques sont détectés par olfaction
                                                                            • 32.1.1. L'olfaction est médiée par une énorme famille de récepteurs à sept hélices transmembranaires
                                                                            • 32.1.2. Les odorants sont décodés par un mécanisme combinatoire
                                                                            • 32.1.3. L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle révèle des régions du cerveau traitant des informations sensorielles
                                                                            • 32.2.1. Le séquençage du génome humain a conduit à la découverte d'une grande famille de récepteurs amers 7TM
                                                                            • 32.2.2. Une famille de récepteurs 7TM répond presque certainement aux composés sucrés
                                                                            • 32.2.3. Les goûts salés sont détectés principalement par le passage des ions sodium dans les canaux
                                                                            • 32.2.4. Les goûts aigres résultent des effets des ions hydrogène (acides) sur les canaux
                                                                            • 32.2.5. Umami, le goût du glutamate, est détecté par une forme spécialisée de récepteur de glutamate
                                                                            • 32.3.1. La rhodopsine, un récepteur 7TM spécialisé, absorbe la lumière visible
                                                                            • 32.3.2. L'absorption de la lumière induit une isomérisation spécifique de la liaison 11-cis-Rétinien
                                                                            • 32.3.3. Abaissement induit par la lumière de la récupération des coordonnées de niveau de calcium
                                                                            • 32.3.4. La vision des couleurs est médiée par trois récepteurs à cônes homologues de la rhodopsine
                                                                            • 32.3.5. Des réarrangements dans les gènes des pigments verts et rouges entraînent le �ltonisme”
                                                                            • 32.4.1. Les cellules ciliées utilisent un ensemble connecté de stéréocils pour détecter les petits mouvements
                                                                            • 32.4.2. Des canaux mécanosensoriels ont été identifiés dans Drosophile et bactéries
                                                                            • 32.5.1. Des études sur la capsaïcine, l'ingrédient actif des piments “Hot”, révèlent un récepteur permettant de détecter les températures élevées et d'autres stimuli douloureux
                                                                            • 32.5.2. Les systèmes sensoriels subtils détectent d'autres facteurs environnementaux tels que le champ magnétique terrestre
                                                                            • L'odorat, le goût, la vision, l'ouïe et le toucher sont basés sur les voies de transduction du signal activées par les signaux de l'environnement
                                                                            • Une grande variété de composés organiques sont détectés par olfaction
                                                                            • Le goût est une combinaison de sens qui fonctionnent par différents mécanismes
                                                                            • Les molécules photoréceptrices dans l'œil détectent la lumière visible
                                                                            • L'audition dépend de la détection rapide des stimuli mécaniques
                                                                            • Le toucher comprend la détection de la pression, de la température et d'autres facteurs
                                                                            • Mots clés
                                                                            • Chapitre Problème d'intégration
                                                                            • Problème de mécanisme
                                                                            • Problèmes de médias
                                                                            • Où commencer
                                                                            • olfaction
                                                                            • Goût
                                                                            • Vision
                                                                            • Audience
                                                                            • Toucher et réception de la douleur
                                                                            • Autres systèmes sensoriels
                                                                            • 33.1. Les anticorps possèdent des unités de liaison à l'antigène et effectrices distinctes
                                                                            • 33.2. Le pli d'immunoglobuline se compose d'un cadre bêta-sandwich avec des boucles hypervariables
                                                                            • 33.3. Les anticorps se lient à des molécules spécifiques à travers leurs boucles hypervariables
                                                                              • 33.3.1. Les analyses aux rayons X ont révélé comment les anticorps se lient aux antigènes
                                                                              • 33.3.2. Les grands antigènes se lient aux anticorps avec de nombreuses interactions
                                                                              • 33.4.1. Les gènes J (rejoindre) et D (diversité) augmentent la diversité des anticorps
                                                                              • 33.4.2. Plus de 10 8 anticorps peuvent être formés par association combinatoire et mutation somatique
                                                                              • 33.4.3. L'oligomérisation des anticorps exprimés à la surface des cellules B immatures déclenche la sécrétion d'anticorps
                                                                              • 33.4.4. Différentes classes d'anticorps sont formées par le saut de VH Gènes
                                                                              • 33.5.1. Les peptides présentés par les protéines du CMH occupent un sillon profond flanqué d'hélices alpha
                                                                              • 33.5.2. Les récepteurs des cellules T sont des protéines de type anticorps contenant des régions variables et constantes
                                                                              • 33.5.3. CD8 sur les cellules T cytotoxiques agit de concert avec les récepteurs des cellules T
                                                                              • 33.5.4. Les cellules T auxiliaires stimulent les cellules qui affichent des peptides étrangers liés aux protéines du CMH de classe II
                                                                              • 33.5.5. Les cellules T auxiliaires s'appuient sur le récepteur des cellules T et le CD4 pour reconnaître les peptides étrangers sur les cellules présentatrices d'antigène
                                                                              • 33.5.6. Les protéines du CMH sont très diverses
                                                                              • 33.5.7. Les virus de l'immunodéficience humaine subvertissent le système immunitaire en détruisant les cellules T auxiliaires
                                                                              • 33.6.1. Les cellules T sont soumises à une sélection positive et négative dans le thymus
                                                                              • 33.6.2. Les maladies auto-immunes résultent de la génération de réponses immunitaires contre les auto-antigènes
                                                                              • 33.6.3. Le système immunitaire joue un rôle dans la prévention du cancer
                                                                              • Les anticorps possèdent des unités de liaison à l'antigène et effectrices distinctes
                                                                              • Le pli d'immunoglobuline se compose d'un cadre bêta-sandwich avec des boucles hypervariables
                                                                              • Les anticorps se lient à des molécules spécifiques à travers leurs boucles hypervariables
                                                                              • La diversité est générée par des réarrangements génétiques
                                                                              • Les protéines du complexe majeur d'histocompatibilité présentent des antigènes peptidiques sur les surfaces cellulaires pour la reconnaissance par les récepteurs des cellules T
                                                                              • Les réponses immunitaires contre les auto-antigènes sont supprimées
                                                                              • Mots clés
                                                                              • Problème de mécanisme
                                                                              • Chapitre Problème d'intégration
                                                                              • Problème d'interprétation des données
                                                                              • Où commencer
                                                                              • Livres
                                                                              • Structure des anticorps et des complexes anticorps-antigène
                                                                              • Génération de diversité
                                                                              • Protéines du CMH et traitement antigénique
                                                                              • Récepteurs des lymphocytes T et complexes de signalisation
                                                                              • VIH et sida
                                                                              • Découverte des grands concepts
                                                                              • 34.1. La plupart des protéines motrices moléculaires sont membres de la superfamille P-Loop NTPase
                                                                                • 34.1.1. Une protéine motrice se compose d'un noyau d'ATPase et d'une structure étendue
                                                                                • 34.1.2. La liaison et l'hydrolyse de l'ATP induisent des changements dans la conformation et l'affinité de liaison des protéines motrices
                                                                                • 34.2.1. Le muscle est un complexe de myosine et d'actine
                                                                                • 34.2.2. L'actine est un polymère polaire, auto-assemblant et dynamique
                                                                                • 34.2.3. Les mouvements des protéines motrices uniques peuvent être observés directement
                                                                                • 34.2.4. La libération de phosphate déclenche le coup de puissance de la myosine
                                                                                • 34.2.5. La longueur du bras de levier détermine la vitesse du moteur
                                                                                • 34.3.1. Les microtubules sont des polymères cylindriques creux
                                                                                • 34.3.2. Kinesin Motion est hautement processif
                                                                                • 34.3.3. De petits changements structurels peuvent inverser la polarité motrice
                                                                                • 34.4.1. Les bactéries nagent en faisant tourner leurs flagelles
                                                                                • 34.4.2. Le flux de protons entraîne la rotation flagellaire bactérienne
                                                                                • 34.4.3. La chimiotaxie bactérienne dépend de l'inversion du sens de rotation flagellaire
                                                                                • La plupart des protéines motrices moléculaires sont membres de la superfamille P-Loop NTPase
                                                                                • Les myosines se déplacent le long des filaments d'actine
                                                                                • La kinésine et la dynéine se déplacent le long des microtubules
                                                                                • Un moteur rotatif entraîne un mouvement bactérien
                                                                                • Mots clés
                                                                                • Problème de mécanisme
                                                                                • Chapitre Problème d'intégration
                                                                                • Problème d'interprétation des données
                                                                                • Où commencer
                                                                                • Livres
                                                                                • Myosine et actine
                                                                                • Kinésine, dynéine et microtubules
                                                                                • Mouvement bactérien et chimiotaxie
                                                                                • Aspects historiques
                                                                                • Annexe A : Constantes physiques et conversion des unités
                                                                                • Annexe B : Constantes d'acidité
                                                                                • Annexe C : Longueurs de liaison standard

                                                                                En accord avec l'éditeur, ce livre est accessible par la fonction de recherche, mais ne peut pas être consulté.


                                                                                La compétition peut avoir des conséquences au-delà des interactions typiques prédateur-proie qui contrôlent les populations. Lorsqu'une espèce perd de la nourriture et de l'habitat, elle peut devenir en voie de disparition ou éteinte. La chasse et l'urbanisation ont joué un rôle dans la disparition des espèces.

                                                                                Par exemple, les pigeons voyageurs se comptaient autrefois par milliards de New York à la Californie avant d'être chassés et forcés de quitter leurs zones de nidification d'origine.

                                                                                Selon le Musée américain d'histoire naturelle, la population croissante d'humains sur la planète constitue la plus grande menace pour les autres espèces. Les humains exploitent des milliers d'espèces et épuisent des ressources naturelles limitées pour maintenir un mode de vie confortable. La surconsommation humaine laisse moins de ressources aux autres espèces qui ne peuvent concurrencer l'activité humaine.

                                                                                Les menaces permanentes pour l'écosystème comprennent le réchauffement climatique, la pollution, la déforestation, la surpêche et l'introduction d'espèces envahissantes.


                                                                                Le front de propagation des espèces envahissantes en milieu favorable ou en milieu défavorable ☆

                                                                                L'hétérogénéité spatiale et les caractéristiques de l'habitat sont montrées pour déterminer le profil asymptotique de la solution à un modèle de réaction-diffusion avec frontière libre, qui décrit le front mobile de l'espèce envahissante. Une valeur seuil R 0 Fr ( D , t ) est introduite pour déterminer la propagation et la disparition de l'espèce envahissante. Nous montrons que si R 0 Fr ( D , t 0 ) 1 pour un certain t 0 ⩾ 0 , l'étalement doit avoir lieu alors que si R 0 Fr ( D , 0 ) < 1 , l'étalement est également possible. Nos résultats montrent que l'espèce dans l'habitat favorable peut s'établir si la diffusion est lente ou si l'habitat d'occupation est grand. Dans un habitat défavorable, l'espèce s'éteint si la valeur initiale de l'espèce est faible. Cependant, un grand nombre initial d'espèces est bénéfique pour la survie de l'espèce. Lorsque l'espèce se propage dans tout l'habitat, la vitesse de propagation asymptotique est donnée. Certaines implications de ces résultats théoriques sont également discutées.


                                                                                6.2 Métabolisme

                                                                                Le métabolisme (du grec : μεταβολή metabolē, « changement ») est l'ensemble des réactions chimiques qui maintiennent la vie dans les organismes.Les trois objectifs principaux du métabolisme sont : la conversion des aliments en énergie pour exécuter les processus cellulaires, la conversion des aliments/carburants en éléments constitutifs pour les protéines, les lipides, les acides nucléiques et certains glucides et l'élimination des déchets azotés. Ces réactions catalysées par des enzymes permettent aux organismes de croître et de se reproduire, de maintenir leurs structures et de réagir à leur environnement. (Le mot métabolisme peut également désigner la somme de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les organismes vivants, y compris la digestion et le transport de substances dans et entre différentes cellules, auquel cas l'ensemble de réactions décrit ci-dessus dans les cellules est appelé métabolisme intermédiaire ou métabolisme intermédiaire).

                                                                                Les réactions métaboliques peuvent être classées comme cataboliques - la décomposition de composés (par exemple, la décomposition du glucose en pyruvate par respiration cellulaire) ou anaboliques - l'accumulation (synthèse) de composés (tels que les protéines, les glucides, les lipides et les acides). Habituellement, le catabolisme libère de l'énergie et l'anabolisme consomme de l'énergie.

                                                                                Les réactions chimiques du métabolisme sont organisées en voies métaboliques, dans lesquelles un produit chimique est transformé par une série d'étapes en un autre produit chimique, chaque étape étant facilitée par une enzyme spécifique. Les enzymes sont cruciales pour le métabolisme car elles permettent aux organismes de provoquer des réactions souhaitables qui nécessitent une énergie qui ne se produira pas d'eux-mêmes, en les couplant à des réactions spontanées qui libèrent de l'énergie. Les enzymes agissent comme des catalyseurs - elles permettent à une réaction de se dérouler plus rapidement - et elles permettent également de réguler la vitesse d'une réaction métabolique, par exemple en réponse à des changements dans l'environnement de la cellule ou à des signaux provenant d'autres cellules.

                                                                                Le système métabolique d'un organisme particulier détermine quelles substances il trouvera nutritives et lesquelles toxiques. Par exemple, certains procaryotes utilisent le sulfure d'hydrogène comme nutriment, mais ce gaz est toxique pour les animaux. Le taux métabolique basal d'un organisme est la mesure de la quantité d'énergie consommée par toutes ces réactions chimiques.

                                                                                Une caractéristique frappante du métabolisme est la similitude des voies métaboliques de base parmi des espèces très différentes. Par exemple, l'ensemble des acides carboxyliques les mieux connus comme les intermédiaires du cycle de l'acide citrique sont présents dans tous les organismes connus, se trouvant dans des espèces aussi diverses que la bactérie unicellulaire Escherichia coli et d'énormes organismes multicellulaires comme les éléphants. Ces similitudes dans les voies métaboliques sont probablement dues à leur apparition précoce dans l'histoire de l'évolution et à leur rétention en raison de leur efficacité. Le métabolisme des cellules cancéreuses est également différent du métabolisme des cellules normales et ces différences peuvent être utilisées pour trouver des cibles pour une intervention thérapeutique dans le cancer.

                                                                                La plupart des structures qui composent les animaux, les plantes et les microbes sont constituées de quatre classes fondamentales de molécules : les acides aminés, les glucides, les acides nucléiques et les lipides (souvent appelés graisses). Ces molécules étant vitales pour la vie, les réactions métaboliques se concentrent soit sur la fabrication de ces molécules lors de la construction des cellules et des tissus, soit en les décomposant et en les utilisant comme source d'énergie, par leur digestion. Ces produits biochimiques peuvent être réunis pour former des polymères tels que l'ADN et les protéines, des macromolécules essentielles à la vie.

                                                                                Tableau 6.1 : Les trois macromolécules polymériques essentielles de la vie
                                                                                Type de molécule Nom des formes monomères Nom des formes polymères Exemples de formes polymères
                                                                                Acides aminés Acides aminés Protéines (faites de polypeptides) Protéines fibreuses et protéines globulaires
                                                                                Les glucides Monosaccharides Polysaccharides Amidon, glycogène et cellulose
                                                                                Acides nucléiques Nucléotides Polynucléotides ADN et ARN

                                                                                L'histoire de l'étude scientifique du métabolisme s'étend sur plusieurs siècles et est passée de l'examen d'animaux entiers dans les premières études à l'examen des réactions métaboliques individuelles dans la biochimie moderne. Les premières expériences contrôlées du métabolisme humain ont été publiées par Santorio Santorio en 1614 dans son livre Ars de statica medicina. Il a décrit comment il se pesait avant et après avoir mangé, dormi, travaillé, fait l'amour, à jeun, bu et excrété. Il a découvert que la plupart de la nourriture qu'il ingurgitait était perdue à cause de ce qu'il appelait la « transpiration insensible ».

                                                                                Dans ces premières études, les mécanismes de ces processus métaboliques n'avaient pas été identifiés et on pensait qu'une force vitale animait les tissus vivants. Au XIXe siècle, en étudiant la fermentation du sucre en alcool par la levure, Louis Pasteur conclut que la fermentation est catalysée par des substances présentes dans les cellules de levure qu'il appelle « ferments ». Il écrit que « la fermentation alcoolique est un acte corrélé à la vie et à l'organisation des cellules de levure, et non à la mort ou à la putréfaction des cellules ». Cette découverte, ainsi que la publication par Friedrich Wöhler en 1828 d'un article sur la synthèse chimique de l'urée, est remarquable pour être le premier composé organique préparé à partir de précurseurs entièrement inorganiques. Cela prouvait que les composés organiques et les réactions chimiques trouvés dans les cellules n'étaient pas différents en principe de toute autre partie de la chimie.

                                                                                C'est la découverte des enzymes au début du XXe siècle par Eduard Buchner qui sépare l'étude des réactions chimiques du métabolisme de l'étude biologique des cellules, et marque les débuts de la biochimie. La masse des connaissances biochimiques a augmenté rapidement tout au long du début du 20e siècle. L'un des plus prolifiques de ces biochimistes modernes était Hans Krebs, qui a apporté d'énormes contributions à l'étude du métabolisme. Il découvre le cycle de l'urée et plus tard, en travaillant avec Hans Kornberg, le cycle de l'acide citrique et le cycle du glyoxylate. La recherche biochimique moderne a été grandement facilitée par le développement de nouvelles techniques telles que la chromatographie, la diffraction des rayons X, la spectroscopie RMN, le marquage radio-isotopique, la microscopie électronique et les simulations de dynamique moléculaire. Ces techniques ont permis la découverte et l'analyse détaillée de nombreuses molécules et voies métaboliques dans les cellules.

                                                                                6.2.1 Catabolisme

                                                                                Le catabolisme est l'ensemble des processus métaboliques qui décomposent les grosses molécules. Il s'agit notamment de décomposer et d'oxyder les molécules alimentaires. Le but des réactions cataboliques est de fournir l'énergie et les composants nécessaires aux réactions anaboliques qui construisent les molécules. La nature exacte de ces réactions cataboliques diffère d'un organisme à l'autre, et les organismes peuvent être classés en fonction de leurs sources d'énergie et de carbone (leurs groupes nutritionnels primaires), comme indiqué dans le tableau ci-dessous. Les molécules organiques sont utilisées comme source d'énergie par les organotrophes, tandis que les lithotrophes utilisent des substrats inorganiques et les phototrophes captent la lumière du soleil sous forme d'énergie chimique. Cependant, toutes ces différentes formes de métabolisme dépendent de réactions d'oxydoréduction qui impliquent le transfert d'électrons de molécules donneuses réduites telles que les molécules organiques, l'eau, l'ammoniac, l'hydrogène sulfuré ou les ions ferreux vers les molécules acceptrices telles que l'oxygène, le nitrate ou le sulfate. Chez les animaux, ces réactions impliquent des molécules organiques complexes qui sont décomposées en molécules plus simples, telles que le dioxyde de carbone et l'eau. Dans les organismes photosynthétiques, tels que les plantes et les cyanobactéries, ces réactions de transfert d'électrons ne libèrent pas d'énergie mais sont utilisées comme moyen de stocker l'énergie absorbée par la lumière du soleil.

                                                                                L'ensemble le plus courant de réactions cataboliques chez les animaux peut être séparé en trois étapes principales. Dans la première étape, les grosses molécules organiques, telles que les protéines, les polysaccharides ou les lipides, sont digérées en leurs plus petits composants à l'extérieur des cellules. Ensuite, ces petites molécules sont absorbées par les cellules et converties en molécules plus petites, généralement l'acétyl coenzyme A (acétyl-CoA), qui libère de l'énergie. Enfin, le groupe acétyle sur le CoA est oxydé en eau et en dioxyde de carbone dans le cycle de l'acide citrique et la chaîne de transport d'électrons, libérant l'énergie stockée en réduisant le coenzyme nicotinamide adénine dinucléotide (NAD + ) en NADH.

                                                                                6.2.2 Digestion

                                                                                Les macromolécules ne peuvent pas être directement traitées par les cellules. Les macromolécules doivent être divisées en unités plus petites avant de pouvoir être utilisées dans le métabolisme cellulaire. Différentes classes d'enzymes étaient utilisées pour digérer ces polymères. Ces enzymes digestives comprennent des protéases qui digèrent les protéines en acides aminés, ainsi que des glycoside hydrolases qui digèrent les polysaccharides en sucres simples appelés monosaccharides.

                                                                                Les microbes sécrètent simplement des enzymes digestives dans leur environnement, tandis que les animaux ne sécrètent ces enzymes qu'à partir de cellules spécialisées dans leurs intestins, y compris l'estomac, le pancréas et les glandes salivaires. Les acides aminés ou les sucres libérés par ces enzymes extracellulaires sont ensuite pompés dans les cellules par des protéines de transport actives.

                                                                                6.2.3 Énergie provenant de composés organiques

                                                                                Le catabolisme des glucides est la décomposition des glucides en unités plus petites. Les glucides sont généralement absorbés dans les cellules une fois qu'ils ont été digérés en monosaccharides. Une fois à l'intérieur, la principale voie de dégradation est la glycolyse, où les sucres tels que le glucose et le fructose sont convertis en pyruvate et de l'ATP est généré. Le pyruvate est un intermédiaire dans plusieurs voies métaboliques, mais la majorité est convertie en acétyl-CoA par glycolyse aérobie (avec oxygène) et introduite dans le cycle de l'acide citrique. Bien qu'un peu plus d'ATP soit généré dans le cycle de l'acide citrique, le produit le plus important est le NADH, qui est fabriqué à partir de NAD + lorsque l'acétyl-CoA est oxydé. Cette oxydation libère du dioxyde de carbone en tant que déchet. Dans des conditions anaérobies, la glycolyse produit du lactate, par l'intermédiaire de l'enzyme lactate déshydrogénase réoxydant le NADH en NAD + pour une réutilisation dans la glycolyse. Une voie alternative pour la dégradation du glucose est la voie des pentoses phosphates, qui réduit la coenzyme NADPH et produit des sucres pentoses tels que le ribose, le sucre composant des acides nucléiques.

                                                                                Les graisses sont catabolisées par hydrolyse en acides gras libres et en glycérol. Le glycérol entre dans la glycolyse et les acides gras sont décomposés par oxydation bêta pour libérer de l'acétyl-CoA, qui est ensuite introduit dans le cycle de l'acide citrique. Les acides gras libèrent plus d'énergie lors de l'oxydation que les glucides, car les glucides contiennent plus d'oxygène dans leurs structures. Les stéroïdes sont également décomposés par certaines bactéries dans un processus similaire à la bêta-oxydation, et ce processus de dégradation implique la libération de quantités importantes d'acétyl-CoA, de propionyl-CoA et de pyruvate, qui peuvent tous être utilisés par la cellule pour produire de l'énergie. M. tuberculosis peut également se développer sur le cholestérol lipidique en tant que seule source de carbone, et les gènes impliqués dans la ou les voies d'utilisation du cholestérol ont été validés comme importants au cours des différentes étapes du cycle de vie de l'infection de M. tuberculosis.

                                                                                Les acides aminés sont soit utilisés pour synthétiser des protéines et d'autres biomolécules, soit oxydés en urée et en dioxyde de carbone comme source d'énergie. La voie d'oxydation commence par l'élimination du groupe amino par une transaminase. Le groupe amino est introduit dans le cycle de l'urée, laissant un squelette carboné désaminé sous la forme d'un acide céto. Plusieurs de ces acides céto sont des intermédiaires dans le cycle de l'acide citrique, par exemple la désamination du glutamate forme le -cétoglutarate. Les acides aminés glucogéniques peuvent également être convertis en glucose, par gluconéogenèse (discutée ci-dessous).


                                                                                2 réponses 2

                                                                                Les enzymes n'ont pas besoin d'interactions physiques pour coupler les réactions. Certaines enzymes partagent des sous-unités qui sont physiquement associées, mais il s'agit d'un cas particulier. La revue suivante donne une sorte d'exemple général lors de la glycolyse,

                                                                                Par exemple, dans la voie biochimique qui décompose le glucose en énergie, deux enzymes travaillent l'une après l'autre pour créer une molécule d'ATP à haute énergie :

                                                                                On peut aussi s'intéresser à la réaction de la peptidyltransférase lors de l'étape d'élongation en traduction. Auparavant, une aminoacyl ARNt synthétase catalysait l'addition covalente d'un acide aminé à son ARNt associé. L'énergie provenant de la rupture de cette liaison dans le ribosome fournit de l'énergie à la peptidyltransférase pour lier les deux acides aminés ensemble. Cela ne suppose pas l'ATP/GTP requis par les facteurs d'allongement, etc.


                                                                                Que sont les réactions spontanées

                                                                                Les réactions spontanées font référence aux réactions chimiques qui se produisent sans être entraînées par une force extérieure. Les deux forces motrices d'une réaction chimique sont l'enthalpie et l'entropie. L'enthalpie est une propriété thermodynamique d'un système qui est la somme de l'énergie interne ajoutée au produit de la pression et du volume du système. L'entropie est l'autre propriété thermodynamique qui représente l'énergie thermique du système par unité de température. Il décrit le caractère aléatoire et le désordre des molécules. Lorsque l'occurrence d'une réaction chimique diminue l'enthalpie et augmente l'entropie du système, elle est considérée comme une réaction favorable. Comme les réactions spontanées remplissent les deux conditions ci-dessus, elles se produisent sans intervention interne.

                                                                                Figure 1 : Combustion du bois

                                                                                La combustion est un exemple de réactions spontanées. Les produits de l'incendie se composent en partie des deux gaz : le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. La combustion génère de la chaleur. Il s'agit donc d'une réaction exergonique. La chaleur augmente l'entropie du système. Mais, l'entropie des produits de la combustion a une entropie réduite.


                                                                                Les limites de la vie organique dans les systèmes planétaires (2007)

                                                                                Pour rechercher des contraintes supplémentaires sur les limites de la vie, le comité s'est penché sur des sujets liés à l'origine de la vie. Il existe une distinction claire entre les environnements habitables et les environnements susceptibles de favoriser l'émergence de matière animée à partir de matière inanimée. En effet, de nombreux observateurs pensent que bien que la surface de la Terre moderne soit un environnement habitable, la vie ne pourrait pas émerger ici maintenant. Selon cette pensée, le dioxygène qui est présent dans l'atmosphère terrestre d'aujourd'hui serait toxique pour toute forme de vie primitive qui pourrait émerger spontanément.

                                                                                Il est concevable que si nous comprenions les processus par lesquels la vie apparaît, nous pourrions restreindre l'existence de la vie à un petit nombre de lieux, à un éventail similaire d'espèces organiques, ou à un plus petit nombre de phases liquides que la thermodynamique plus générale. la trichotomie structure-solvant, discutée ci-dessus, tolérerait. Cela serait, à son tour, considéré aux côtés des modèles émergents de formation planétaire pour fournir une meilleure orientation aux cibles des missions de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) dans le système solaire.

                                                                                Cinquante ans d'efforts ont montré qu'il est difficile de modéliser l'origine de la vie dans un environnement spécifique. Le comité a reconnu qu'il est encore plus difficile d'envisager comment la vie aurait pu survenir dans un environnement générique. Les détails d'un environnement déterminent presque certainement comment la vie pourrait émerger.

                                                                                L'environnement sur la Terre primitive n'est pas bien défini. Le comité recommande que davantage d'informations soient obtenues des missions, notamment vers les comètes, et que des modèles de formation planétaire continuent d'être développés. Il n'est même pas certain que la vie terrane soit originaire de la Terre. Sur la base de diverses considérations, y compris l'abondance de l'eau, la rareté de certains minéraux et la nature de l'atmosphère modélisée pour la Terre primitive, divers auteurs ont suggéré que la vie sur Terre est originaire d'ailleurs, y compris de lieux aussi proches que Mars et aussi éloignés que les nébuleuses galactiques. L'enregistrement géologique est considéré comme intact pour 4,5 Ga sur Mars et Cérès, il peut donc encore y avoir des signatures minéralogiques et isotopiques indiquant une vie passée. Cependant, la détection de signes de vie passée ne prouverait pas que Mars ou Cérès ont une origine de vie distincte de celle de la Terre, ni ne fournirait la preuve que la panspermie s'est produite. En l'absence d'informations solides concernant les conditions requises pour l'origine de la vie telle que nous la connaissons et les mécanismes de sa formation, une telle spéculation semble prématurée. Notre connaissance des environnements dans ces lieux reculés il y a plusieurs milliards d'années est encore moins complète que notre compréhension de la Terre primitive.

                                                                                Il n'est pas clair non plus que la vie terrane ait pris naissance sur Terre sous la forme chimique que nous connaissons aujourd'hui. Des hypothèses respectables suggèrent, par exemple, que le système à trois biopolymères (ADN-ARN-protéines) qui caractérise toute vie que nous connaissons sur Terre, un système dans lequel les acides nucléiques jouent un rôle principalement dans la génétique et le transfert d'informations et les protéines jouent un rôle principalement dans catalyse, n'était peut-être pas caractéristique de la vie telle qu'elle a pris naissance. Une seule de ces entités chimiques complexes peut avoir été représentée dans la vie primitive, ou peut-être aucune.

                                                                                Plusieurs hypothèses soutiennent que l'ARN était le seul composant génétiquement codé de la catalyse biologique au cours d'un épisode antérieur de la vie sur Terre. D'autres considèrent cette affirmation comme vraie pour la toute première forme de vie sur Terre (l'hypothèse de l'ARN en premier). D'autres ont soutenu que la première forme de vie sur Terre était soutenue par des molécules génétiques qui avaient des structures assez différentes de la structure de l'ADN ou de l'ARN.

                                                                                Certains ont même soutenu que le matériel génétique d'origine était minéral et non organique. 1, 2 Ils suggèrent qu'un réplicateur vraiment primitif aurait pu être un minéral inorganique en couches, cristallisant à partir d'une solution et amplifiant ainsi une permutation particulière d'empilement : soit des couches identiques empilées les unes sur les autres dans des orientations différentes, soit des piles de deux ou plus couches chimiquement différentes. Le &ldquoinformation&rdquo serait la séquence d'empilement particulière d'un cristal affiché comme un code à barres sur ses bords et maintenu et prolongé par la croissance cristalline avec des ions, ou de petites unités moléculaires, s'ajoutant uniquement aux bords. Les séquences d'empilement spécifieraient également des propriétés phénotypiques particulières qui permettraient la compétition darwinienne.

                                                                                Comme cela est évident dans la section 5.7, on peut faire valoir que les premières formes de vie sur Terre ne contenaient aucune macromolécule et que l'hérédité était portée par des monomères 3 et encore une autre voie d'exploration future.

                                                                                5.1SYNTHÈSE EN LABORATOIRE DE MONOMÈRES ORGANIQUES

                                                                                Cela fait plus de 50 ans que Stanley Miller a exploré pour la première fois les réactions chimiques induites électriquement qui pourraient convertir des gaz simples en petites molécules organiques. 4 La production d'acides aminés a été particulièrement facilement démontrée. Plus récemment, l'atmosphère hautement réductrice utilisée par Miller est tombée en disgrâce en tant que représentant de l'atmosphère probable sur la Terre primitive (bien que Kasting ait montré que l'impact d'un gros astéroïde avec du fer provoque une atmosphère réductrice transitoire 5 ). Cependant, même avec des modèles plus contemporains d'atmosphères planétaires primitives, les décharges électriques, les rayonnements ultraviolets et d'autres sources d'énergie conviennent à la création d'espèces organiques. Par exemple, l'encadré 5.1 répertorie les composés, appelés « ldquotholines », produits à partir d'environnements relativement oxydants dans ces conditions.

                                                                                Composés organiques identifiés dans les mélanges de tholin

                                                                                SOURCE : Dérivé de Sagan, C., Khare, N.B., Bandurski, L.E. et Batholomew, N., 1978, Solides organiques photoproduits par ultraviolets synthétisés dans des conditions joviennes simulées : analyse moléculaire, Science 199:1199-1201 Sagan, C., et Khare, N.B., 1979, Tholins : Organic chemistry of interstellar grains and gas, La nature 277 : 102-107 et Pietrogrande, MC, Coll, P., Sternberg, R., Szopa, C., Navarro-Gonzalez, R., Vidal-Madjar, C. et Dondi, F., 2001, Analyse du complexe mélanges récupérés des missions spatiales : Approche statistique de l'étude des analogues de l'atmosphère de Titan tholins, J. Chromatogr. UNE. 939:69-77.

                                                                                TABLEAU 5.1 Carbone dans la météorite de Murchison

                                                                                Le carbone sous forme de grains interstellaires

                                                                                SOURCE : Modifié d'après J.R. Cronin, &ldquoClues from the Origin of the Solar System : Meteorites,&rdquo pp. 119-146 in Les origines moléculaires de La vie : assembler les pièces du puzzle, A. Brack A. (éd.), Cambridge University Press, Cambridge, Royaume-Uni, 1998.

                                                                                Des expériences similaires ont généré des voies non biologiques pour la synthèse d'autres molécules organiques, y compris certaines molécules qui sont utilisées dans notre propre biochimie. Par exemple, la synthèse Oró-Orgel exploite la réactivité du HCN pour fabriquer de l'adénine (C5H5N5), l'une des cinq bases nucléiques utilisées pour stocker des informations dans l'ADN et l'ARN. La synthèse analogue génère de l'adénine à partir du formamide.

                                                                                La complexité des produits d'ajout d'énergie à des mélanges organiques simples, y compris la complexité des tholins, présente un inconvénient. La diversité des produits est si grande dans de telles expériences de chimie prébiotique qu'elles ne limitent pas considérablement l'inventaire des espèces organiques qui auraient pu être présentes sur la Terre primitive.

                                                                                5.2DISPONIBILITÉ NATURELLE DE MOLÉCULES DE TYPE BIOLOGIQUE

                                                                                5.2.1Molécules de type biologique du cosmos

                                                                                Il ne fait guère de doute que les processus naturels génèrent des molécules organiques analogues à celles générées par les expériences de laboratoire décrites ci-dessus. Les acides aminés se trouvent dans les spécimens naturels, y compris les météorites, qui ne sont presque certainement pas influencés par les processus biologiques. Ils comprennent de nombreux acides aminés qui ne font pas partie de la collection standard d'acides aminés codés, semblable à l'homme.

                                                                                Certains fragments chimiques d'ADN et d'ARN peuvent également être trouvés dans les météorites (tableaux 5.1 et 5.2). Par exemple, il a été rapporté que certaines météorites contiennent de petites quantités d'adénine, l'une des nucléobases présentes dans l'ARN et l'ADN. L'opinion actuelle est que la météorite de Murchison contenait de l'adénine, de la guanine, leurs produits d'hydrolyse, l'hypoxanthine et la xanthine, et de l'uracile. La concentration signalée de toutes ces substances, cependant, est faible, environ 1,3 ppm. Le Murchison et d'autres météorites peuvent également contenir du ribitol et de l'acide ribonique, les formes réduites et oxydées du ribose, respectivement, mais le ribose lui-même n'a pas été trouvé. 6

                                                                                TABLEAU 5.2 Composés organiques dans la météorite de Murchison

                                                                                SOURCE : Données de Cronin, J.R., et Pizzarello, S. 1986. Acides aminés de la météorite de Murchison. III. Acides alpha-amino alcanoïques primaires acycliques à sept carbones. Géochim. Cosmochim. Acta 50:2419-2427.

                                                                                TABLEAU 5.3 Le contenu organique de la météorite du lac Tagish

                                                                                Acides pyridine carboxyliques

                                                                                SOURCE : Données de Pizzarello, S., Huang, Y.S., Becker, L., Poreda, R.J., Nieman, R.A., Cooper, G. et Williams, M. 2001. Le contenu organique de la météorite du lac Tagish. Science 293:2236.

                                                                                Nous ne savons pas dans quelle mesure les matières organiques de Murchison reflètent ce qui était disponible sur la Terre primitive avant l'émergence de la vie. Le riche inventaire d'acides aminés ne semble pas être universel dans les chondrites carbonées (bien que le nombre qui a été examiné en détail soit très petit). Par exemple, seuls quelques acides aminés (glycine, alanine, &alpha-acide aminoisobutyrique, &alpha-amino-m-acide butyrique, &gamma-aminobutyrique) se trouvent dans la météorite tombée en 2000 sur le lac Tagish, Canada (tableau 5.3). 7 La quasi-absence d'acides aminés complexes est significative, dans la mesure où la météorite a été capturée dans un état vierge peu après sa chute.

                                                                                Il est également significatif qu'aucune découverte d'un dipeptide dans les météorites n'ait encore été rapportée. L'union de deux acides aminés est la première étape vers la synthèse de protéines, telles que celles trouvées dans la vie terrane contemporaine. Si les météorites organiques analysées à ce jour sont représentatives du traitement planétaire des composés organiques primitifs, le processus d'assemblage des acides aminés en polypeptides (chaînes courtes) peut avoir été réalisé en premier lieu dans des cellules vivantes.

                                                                                5.2.2Molécules de type biologique issues de processus planétaires

                                                                                Les recherches actuelles montrent les interactions entre les molécules organiques et un large éventail de minéraux. Ceux-ci incluent la formation d'acides carboxyliques dans la chimie des évents thermiques et la formation d'espèces chimiques réduites par photochimie impliquant des minéraux semi-conducteurs. 8

                                                                                5.2.3L'origine du phosphore

                                                                                Le phosphore est un composant important de la vie terrane, mais sa synthèse dans les étoiles n'est pas simple. Il est produit sous forme de phosphore 31 dans les étoiles à 15 protons et 16 neutrons et est donc un élément &ldquoodd-Z&rdquo. Les éléments à Z impair sont plus difficiles à produire que les éléments "à Z pair" ayant un nombre égal de protons et de neutrons. Ceux-ci peuvent être produits à partir d'autres éléments à Z pair via une "chaîne alpha" à partir d'hélium. Les éléments impairs comme le P-31 ne sont généralement produits en abondance que lorsqu'il y a un excès de neutrons par rapport aux protons. Cet excès n'apparaît qu'à mesure que l'univers vieillit, ce qui implique que la vie basée sur le phosphore ne peut pas avoir émergé tôt dans la vie de l'univers. Les éléments impairs-Z sont également moins abondants dans le Soleil que les éléments communs, tels que le carbone et l'oxygène, par des facteurs supérieurs à 100, bien que les modèles actuels avec une nucléosynthèse stellaire sophistiquée expliquent assez bien l'abondance de phosphore observée dans le Soleil. 9

                                                                                Le phosphore est abondant sur Terre, à la fois en tant qu'élément (le 11e atome le plus abondant dans la croûte terrestre) et en tant que phosphate. Les météorites contiennent une variété de minéraux contenant du phosphate et certains minéraux de phosphure. 10 Des scientifiques de l'Université de l'Arizona ont récemment suggéré que Fe3P, le minéral schreibersite, conduit à la formation de phosphate et de phosphite lorsqu'il est corrodé dans l'eau. Bien que la phosphorylation des alcools n'ait pas été démontrée, des considérations mécanistes suggèrent qu'elle devrait être possible. Il est à noter qu'une voie prébiotique claire pour l'incorporation chimique du phosphate dans l'ARN ou l'ADN n'a pas été trouvée. Aucun nucléosides (nucléobases liés à des sucres) n'a été signalé dans les météorites. Aucune preuve n'a été trouvée dans aucune météorite de la présence de nucléosides ou de nucléotides (nucléosides attachés aux phosphates). Cela suggère que les acides nucléiques ont d'abord été formés en tant que produits du métabolisme.

                                                                                5.2.4L'origine du métabolisme

                                                                                Les réflexions sur l'émergence de la vie sur Terre se sont souvent focalisées sur la formation abiotique spontanée d'ARN, qui est à la fois un polymère génétique et un polymère catalytique. La complexité chimique de cette molécule suggère que la probabilité d'un tel événement, bien que non nulle, est extrêmement faible, étant donné l'absence sur la Terre actuelle de conditions qui favoriseraient sa formation. 11

                                                                                Les catalyseurs peuvent avoir joué un rôle important dans l'établissement du métabolisme précoce qui a finalement conduit à la biosynthèse de l'ARN. Une possibilité intrigante est que les voies métaboliques modernes ont émergé par un processus progressif de recrutement de catalyseurs toujours plus efficaces pour catalyser les étapes d'un réseau de réaction chimique primordial. Les sulfures de métaux de transition et les surfaces minérales sont connus pour être capables de catalyser la formation de composés organiques simples. Plus tard, les petites molécules telles que les acides aminés, les peptides courts et les cofacteurs peuvent avoir catalysé les réactions nécessaires pour produire des composés organiques plus complexes. Bien que leurs capacités catalytiques soient connues pour être limitées à la fois en termes d'accélération et de spécificité par rapport aux catalyseurs protéiques ou ARN macromoléculaires ultérieurs, certaines petites molécules sont des catalyseurs remarquablement efficaces. Par exemple, le phosphate de pyridoxal catalyse le taux de décarboxylation des acides aminés de 10 ordres de grandeur. 12 Ce cofacteur a été retenu sur le site actif de nombreuses enzymes modernes. Les amas fer-soufre sont également présents dans de nombreuses enzymes modernes et peuvent être des reliques d'une époque où ils catalysaient des réactions similaires mais sans le contexte de la protéine. Une étape dans laquelle l'ARN a fourni la meilleure fonction, seul ou en combinaison avec des peptides qui ont aidé à stabiliser les structures d'ARN repliées, a peut-être suivi. 13 Ce qui est clair, c'est que la synthèse de polypeptides par la traduction d'ARN codé est finalement devenue un foyer de sélection naturelle, dans laquelle l'aptitude des organismes dépendait de manière critique des capacités catalytiques des enzymes impliquées dans les processus métaboliques. Dans cette transformation, les enzymes protéiques ont remplacé la plupart des enzymes ARN. Une autre possibilité est que la catalyse de l'ARN n'a jamais dépassé la mesure dans laquelle il est présent dans la biochimie moderne et que de courts peptides et cofacteurs ont porté la charge catalytique jusqu'au développement de la traduction.

                                                                                Cette diversité de possibilités crée de nombreuses opportunités pour les travaux expérimentaux basés sur Terre dans l'origine de la vie, et le comité recommande des efforts accrus pour les exploiter. Une telle recherche terrestre est essentielle pour éclairer la conception de missions planétaires dont les charges utiles peuvent détecter les conditions d'émergence de la vie et également détecter la vie primitive, en particulier la vie qui n'a pas encore évolué au point de synthétiser des peptides par traduction.

                                                                                5.3ÉQUILIBRES THERMODYNAMIQUES

                                                                                Étant donné une source de précurseurs organiques, la question demeure : quelles réactions auraient pu se produire avec et entre les précurseurs de la Terre primitive, et en quelles quantités auraient-ils été trouvés ? Pour répondre à cette question, le comité s'est penché sur les propriétés thermodynamiques des molécules.

                                                                                Premièrement, il a considéré le concept de l'état de réduction-oxydation (redox), qui est souvent utilisé pour décrire les molécules organiques et autres. Les règles utilisées pour calculer un état d'oxydation sont différentes entre les espèces inorganiques et les espèces organiques. Par exemple, Fe++ et Fe+++ ont des états redox différents, le second n'a pas d'électron que le premier. Pour les molécules organiques, cependant, l'état redox est généralement décrit avec le rapport du nombre d'atomes d'hydrogène dans une molécule au nombre d'hétéroatomes.

                                                                                Parce que son carbone est lié à deux atomes d'oxygène et à aucun atome d'hydrogène, le dioxyde de carbone est aussi oxydé qu'un atome de carbone peut l'être. Le méthane, dans lequel le carbone n'est lié qu'à l'hydrogène, est aussi réduit qu'un atome de carbone peut l'être. Le formaldéhyde est au même niveau d'oxydation que le carbone élémentaire (car il a un nombre égal de liaisons à l'hydrogène et à l'oxygène). Vu alternativement, le rapport des atomes d'hydrogène (2) aux atomes d'oxygène (1) est le même dans le formaldéhyde que dans l'eau. Ainsi, les composés de formule Cm(H2O)m peut être converti en carbone élémentaire par chauffage, ce qui extrude l'eau sans changement net de l'état redox des carbones.

                                                                                À un certain niveau, comprendre la thermodynamique des molécules contenant du carbone en ce qui concerne l'oxydation ou la réduction est aussi simple que de se demander si l'hydrogène ou l'oxygène sont plus abondants dans l'environnement. Dans l'atmosphère terrane moderne, qui contient du dioxygène en abondance, pratiquement tous les composés qui contiennent du carbone réduit sont thermodynamiquement instables par rapport à l'oxydation en dioxyde de carbone. D'un point de vue thermodynamique, pratiquement toute la matière organique placée dans l'atmosphère actuelle finira par « brûler » et produire du dioxyde de carbone.

                                                                                et de l'eau. Les taux de la combustion, cependant, peut être très faible à 20-40 ° C et à la pression partielle d'oxygène atmosphérique d'aujourd'hui.

                                                                                En l'absence d'oxygène et en présence de H2, le carbone réduit est thermodynamiquement préféré. C'est certainement vrai au plus profond de l'océan, par exemple, près des sources hydrothermales, où la synthèse de composés organiques réduits est favorisée thermodynamiquement. Shock, Cody et d'autres ont exploité ce fait pour proposer une synthèse nette de molécules organiques dans des environnements anoxiques. 14 , 15

                                                                                Une réaction qui est thermodynamiquement &ldquouphill&rdquo (pas énergétiquement favorisée) dans une direction peut devenir &ldquodownhill&rdquo dans la même direction si les conditions environnementales sont modifiées. Si (A + B) (C + D), la réaction peut être tirée vers la droite si D est supprimé, convertissant tout (A + B) en C. Inversement, si un excès de D est ajouté, C sera entraîné en (A + B). Ce comportement des équilibres apparaît souvent dans les manuels comme principe de Le Chatelier.

                                                                                Il est important de noter qu'aucun composé biologique ne peut jamais être considéré comme universellement "élevé en énergie". Chaque réaction a une énergie libre, ou &DeltaG 0 , qui est mesurée à une concentration standard, arbitrairement définie. &DeltaG 0 ne détermine cependant pas si la réaction chimique correspondante se déroule dans le sens direct ou inverse. Ceci est également déterminé par les concentrations des réactifs et des produits, et la direction dans laquelle l'état est hors d'équilibre. Ceci est capturé par &DeltaG, qui reflète à la fois &DeltaG 0 ainsi que la concentration des réactifs et des produits.

                                                                                Pour cette raison, il n'est pas utile de parler de "l'énergie" d'un composé particulier. Au contraire, l'énergie libre &DeltaG d'un système, qui indique s'il peut fonctionner, est déterminée par le degré auquel le système est hors d'équilibre. Ceci, à son tour, est défini par l'équation &DeltaG = &DeltaG 0 + RT ln [produit]/[réactif].

                                                                                Dans ce contexte, l'adénosine triphosphate (ATP), la monnaie d'énergie dans toutes les cellules, est considérée comme une « énergie élevée » uniquement parce qu'à l'équilibre la réaction ATP + eau L'ADP + phosphate inorganique contient plus d'ADP et de phosphate inorganique que l'ATP. Si, cependant, l'état initial contient ADP + phosphate inorganique et non ATP, le processus se déroule spontanément dans le sens de la synthèse d'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique. Dans ce cas, l'ADP et le phosphate inorganique sont les composés "à haute énergie".

                                                                                D'autres généralisations concernant la réactivité sont basées sur les principes de la thermodynamique. Par exemple, les molécules organiques contiennent des atomes d'hydrogène qui, avec un catalyseur ou une source d'énergie approprié (lumière ultraviolette, par exemple), pourraient générer H2. Parce que H2 les molécules ont une masse plus faible que les autres molécules, elles se déplacent en moyenne plus rapidement et s'échappent donc préférentiellement des corps planétaires, en particulier ceux de faible masse et, par conséquent, de faible attraction gravitationnelle. Bien que la formation et la perte de H2 peut être lent, les processus cosmiques ont le temps. Une collection de molécules organiques devient lentement plus oxydée par la perte de H2.

                                                                                C'est probablement ce qui se passe aujourd'hui à la surface de Mars. Au-dessus de Mars, l'eau est dissociée par le rayonnement ultraviolet pour donner H· et ·OH, le radical hydrogène et le radical hydroxyle. Deux unités H· peuvent se combiner pour donner H2. Le H2 puis s'échappe de Mars, laissant derrière lui HOOH, le peroxyde d'hydrogène. Dans des conditions typiques sur Terre, le peroxyde d'hydrogène pourrait être considéré comme un composé à haute énergie sur Mars, l'échappement de H2 conduit à sa formation dans le temps. Sur un corps aqueux, comme Europe, le peroxyde d'hydrogène formé par rayonnement se décomposera en eau et en oxygène. L'oxygène serait alors disponible pour l'oxydation biologique d'autres composés organiques formés par rayonnement ou réactions eau-roche, comme le méthane et le formaldéhyde. Les concentrations de formaldéhyde et d'oxygène provenant des radiations ont été considérées comme suffisantes pour soutenir un écosystème microbien sur Europa. 16

                                                                                Le carbone est susceptible de se figer en polymères de poids moléculaire élevé sous forme de H2 distille. Dans les environnements extraterrestres, nous nous attendons à ce que les hydrocarbures inférieurs finissent par se transformer en carbone pur, soit du diamant (dans lequel tous les carbones sont liés individuellement à d'autres carbones), des fullerènes et du graphite (dans lequel chaque interaction entre une paire de carbones est l'équivalent approximatif de 1,5 liaisons), ou du carbone lié à d'autres éléments qui ne peuvent pas être convertis en une forme volatile.

                                                                                Les hydrocarbures aromatiques polycycliques peuvent être considérés comme du "carbone en voie de formation de graphite". Ils sont courants dans les environnements extraterrestres. Leurs structures centrales sont des fragments de graphite avec des liaisons à des atomes d'hydrogène sur les bords. Ils deviennent de plus en plus gros, et de plus en plus comme du graphite, à mesure que plus d'hydrogène se distille.

                                                                                5.4PROBLÈMES D'ORIGINE

                                                                                L'objection des chimistes à l'idée que la vie est une conséquence naturelle de la réactivité organique est simple et provient d'une vaste expérience empirique dans les laboratoires de chimie organique. Ajout d'énergie aux mélanges de

                                                                                les espèces organiques rendent les mélanges plus complexes et moins susceptibles de favoriser la vie. Shapiro a fourni une discussion réfléchie et détaillée des difficultés. 17 - 22 Brièvement résumé, il suggère que les expériences existantes de chimie prébiotique n'offrent pas d'hypothèses plausibles pour les voies vers des biomolécules complexes. Dans les mélanges chimiques complexes générés dans des conditions prébiotiques, on peut trouver des traces d'acides aminés et peut-être des bases nucléiques. Certains pourraient en effet catalyser des réactions qui ont une certaine utilité. Mais d'autres composés peuvent très bien inhiber la catalyse ou catalyser des réactions indésirables. Par exemple, Joyce et Orgel ont souligné que la condensation de nucléotides catalysée par l'argile pour produire de petites chaînes fonctionnait mieux, dans les conditions qu'ils considéraient, si un seul énantiomère du matériau de départ était présent. Si les deux étaient présents, la réaction souhaitée avec l'énantiomère souhaité pourrait être inhibée par l'autre énantiomère. 23 En outre, la combinaison de toute molécule bifonctionnelle dans un polymère porteur d'informations devrait être interrompue à un stade précoce par la présence d'un excès de molécules ne portant qu'une seule fonctionnalité. 24

                                                                                Même la cristallisation, une méthode bien documentée pour obtenir de l'ordre par l'auto-organisation, n'est pas un moyen particulièrement puissant pour séparer des mélanges de produits chimiques organiques en leurs constituants. Normalement, un composé organique doit être relativement pur avant que la cristallisation ne se produise. Que les sels cristallisent mieux peut expliquer pourquoi les cristaux sont plus fréquents dans le monde minéral que dans le monde organique. Même les sels organiques peuvent avoir des problèmes de cristallisation à partir d'un mélange impur.

                                                                                Ces faits génèrent le problème central de la chimie prébiotique. L'auto-organisation spontanée n'est pas connue pour être une propriété intrinsèque de la plupart des matières organiques, du moins telle qu'observée en laboratoire. Il ne peut être entraîné que par une source externe d'énergie gratuite couplée au système organique.

                                                                                5.4.1Les réactions nucléophiles et électrophiles peuvent aussi bien détruire que créer

                                                                                Comme décrit ci-dessus, de formidables obstacles chimiques s'opposent à la synthèse abiotique de biopolymères tels que l'ARN, l'ADN et les protéines malgré leur importance dans la vie d'aujourd'hui. De nombreux processus de dégradation entraveraient également tout événement de ce type. Les mêmes réactivités inhérentes qui génèrent des molécules organiques peuvent les convertir en mélanges complexes. Un exemple peut être vu dans les processus qui pourraient avoir généré le sucre ribose, un composant clé de l'ARN et de l'ADN, dans des conditions prébiotiques. Une réaction appelée réaction de formose est connue pour produire du ribose en convertissant le formaldéhyde en présence d'hydroxyde de calcium en plusieurs sucres, dont le ribose. 25 - 27

                                                                                La réaction de formose exploite l'électrophilie naturelle du formaldéhyde et la nucléophilie naturelle de l'énédiolate de glycolaldéhyde, un glucide qui a été détecté dans les nuages ​​interstellaires. 28 Cette espèce réagit en tant que nucléophile avec le formaldéhyde (agissant comme un électrophile) pour produire du glycéraldéhyde. La réaction du glycéraldéhyde avec un deuxième équivalent de l'énédiolate génère un sucre pentose (ribose, arabinose, xylose ou lyxose, selon la stéréochimie). Un mécanisme à flèche courbe décrit ce processus dans la figure 5.1.

                                                                                Malgré la réactivité inhérente au glycolaldéhyde et au formaldéhyde, la réaction de formose n'offre pas une source convaincante de ribose prébiotique. Dans des conditions de réaction typiques du formose, le ribose non seulement se forme mais se décompose également. En présence d'hydroxyde de calcium, le ribose est rapidement transformé en un mélange d'espèces organiques. Ce mélange n'a jamais été complètement caractérisé, mais il ne semble pas contenir beaucoup de ribose, et ce n'est pas un précurseur de bon augure pour la vie. La réaction ultérieure du ribose en présence d'hydroxyde de calcium se produit parce que le ribose lui-même possède à la fois des sites électrophiles et nucléophiles, respectivement, au niveau du carbone de l'aldéhyde et du carbone directement lié à l'aldéhyde (après énolisation, voir Figure 5.1). Les molécules ayant les deux réactivités ont tendance, comme prévu, à polymériser lorsque les sites nucléophiles et les sites électrophiles réagissent les uns avec les autres, avec plus de formaldéhyde, avec de l'eau ou avec d'autres électrophiles dans le mélange de plus en plus complexe. Ces réactivités provoquent sans aucun doute la destruction rapide du ribose formé dans des conditions de formose. Sur la base de ces réactivités, Larralde, Robertson et Miller ont conclu que &ldquoribose et d'autres sucres n'étaient pas des composants du premier matériel génétique.» 29

                                                                                Une solution à l'instabilité du ribose a été proposée par Eschenmoser, Arrhenius et d'autres. Il s'est concentré sur la génération de phosphates de sucre, connus depuis longtemps pour être plus stables à la dégradation dans des conditions alcalines. Un mécanisme possible pour les former est illustré à la figure 5.2.

                                                                                Pour ces raisons, certains ont suggéré que la vie pourrait avoir commencé avec un composé organique alternatif en tant que matériel génétique, pas de l'ARN, mais qu'elle était basée sur des molécules moins fragiles. 30 Il est communément suggéré qu'il s'agit de molécules qui n'ont pas de glucides dans leur colonne vertébrale. À la base de ce concept se trouve la notion