Classes et rôles des molécules biologiques

Les Molécules Biologiques Essentielles

Les molécules biologiques qui composent nos aliments sont regroupées principalement en trois classes : Glucides, Lipides et Protides. D'autres molécules importantes (acides nucléiques, oligo-éléments, vitamines) ne rentrent pas dans ces catégories.

1. Les Glucides

• Apportent 4 kilocal (16,72 kJ)/g.

• 80-90% de l'énergie est absorbée sous forme de glucose.

• Utilisation simple (avec l'insuline) et rentable (38 ATP/g), mais stockage faible (glycogène).

• Au-delà des capacités de stockage : lipogenèse (surtout avec le fructose).

• En cas de jeûne : néoglucogenèse.

Types de Glucides

• Glucides simples (oses/monosaccharides) :

  • Glucose : Monosaccharide le plus abondant, hexose (6 carbones), masse de 180 daltons. Mono saccharide le plus abondant de notre organisme.

  • Fructose : Isomère du glucose, hexose. Favorise la fabrication de lipides s'il n'est pas utilisé.

  • Galactose

• Molécules moyennes (oligosides/oligosaccharides) : Composées de 2 ou 3 oses simples.

  • Saccharose : = glucose + fructose. Sucre ordinaire raffiné, très courant.

  • Lactose : = glucose + galactose. Sucre du lait. Une intolérance au lactose survient si le corps ne produit pas de lactase pour le digérer.

• Oses complexes (polyosides/polysaccharides) : Sucres lents, les plus abondants.

  • Amidon : Principal constituant du pain, des pâtes. Retrouvé chez les végétaux (pomme de terre, blé...). Formé de milliers de molécules de glucose. Produit de digestion : maltose (2 glucoses).

  • Glycogène : Substance de réserve chez les animaux (foie, muscles). Stockage immédiat du glucose. Rapidement dégradé en glucose (par le glucagon) si besoin d'énergie.

Glycémie

• Régulée par l'équilibre insuline/glucagon.

• Valeurs normales : < 1 g/L (5,5 mmol/L) à jeun.

• Diabète si > 1,26 g/L (7 mmol/L).

2. Les Lipides

• Apportent 9 kilocal (37,62 kJ)/g.

• Molécules biologiques insolubles dans l'eau (hydrophobes).

• Constituants essentiels des membranes cellulaires.

• Rôle crucial dans le système nerveux (gaine de myéline).

• Métabolisme énergétique et protection thermique (matelas sous-cutané).

Sources et Formes

• Sources : Végétales (huiles fluides ou concrètes), animales (produits laitiers, viandes, poissons).

• Acides gras : Peuvent être libres ou estérifiés par le glycérol pour former des Triglycérides.

  • Insolubles si > 6°C chez l'homme.

  • Peuvent être saturés ou insaturés (Omega 3 et 6).

  • Exemple : Acide oléique (18:1), acide gras monoinsaturé très abondant.

Métabolisme des Lipides

• Organes impliqués :

  • Tube digestif : Digestion et absorption.

  • Foie : Synthèse des triglycérides endogènes.

  • Tissu adipeux : Stockage d'énergie (acides gras et triglycérides).

  • Tissus périphériques (reins, cœur, muscles) : Oxydation des acides gras.

• Digestion : Débute par la formation de micelles stabilisées par les sels biliaires.

• Transport : En période post-prandiale, absorption sous forme de chylomicrons. Les triglycérides sont ensuite hydrolysés en glycérol et acides gras libres par la lipoprotéine lipase (LPL).

• Devenir des acides gras :

  • Sont stockés dans les adipocytes (lipogenèse).

  • Dégradés pour l'énergie dans les tissus périphériques.

  • En jeûne prolongé, transformés en corps cétoniques par le foie.

Lipoprotéines (Transport des TG et cholestérol dans le sang)

• Chylomicrons : Apparaissent après les repas. Riches en triglycérides alimentaires, transportent les lipides de l'alimentation.

• VLDL : Très riches en triglycérides d'origine endogène, transportent les TG vers les tissus périphériques.

• LDL (Low-Density Lipoproteins) : Riches en cholestérol, issues de la dégradation des VLDL. Transportent le cholestérol vers les cellules périphériques. LDL-Cholestérol = « mauvais cholestérol ».

• HDL (High-Density Lipoproteins) : Forte teneur en protéines. Formées par le foie, participent à l'épuration tissulaire du cholestérol en le ramenant au foie. HDL-Cholestérol = « bon cholestérol ».

Le Cholestérol

• Présent dans les aliments d'origine animale (jaune d'œuf, viande, foie...).

• Existe sous forme libre (1/3) et estérifiée (2/3).

• Origine : Moitié par synthèse endogène (700 mg/jour), moitié par l'alimentation.

• Fonctions : Précurseur des stéroïdes (corticoïdes, hormones sexuelles, acides biliaires, vitamine D), assure la stabilité des membranes cellulaires.

• Athérosclérose : Liée à un trouble du métabolisme du cholestérol, avec accumulation dans la paroi des vaisseaux.

• Élimination : Strictement hépatique, dans la bile sous forme de cholestérol ou sels biliaires (utilisés pour l'absorption des acides gras).

Bilan Lipidique Plasmatique

• Cholestérol total (CT) : Somme de toutes les fractions de cholestérol.

• Triglycérides (TG) : Somme de toutes les fractions de triglycérides.

• Chez le sujet normal : 80% des TG dans les VLDL, 75% du cholestérol dans les LDL.

• Le taux de HDL-Cholestérol est inversement proportionnel au risque d'athérosclérose.

3. Les Protides

• Apportent 4 kilocal (16,72 kJ)/g.

• Comprennent les acides aminés, les peptides et les protéines.

• Une protéine est une chaîne d'acides aminés (plus de 50 AA ou masse > 10 000 daltons). Un peptide est plus petit.

• Il existe seulement 20 acides aminés pour constituer toutes les protéines.

Les Acides Aminés (AA)

• Non essentiel : Peut être synthétisé par l'organisme.

• Essentiel : Doit être apporté par l'alimentation (e.g., Histidine, Leucine, Valine, Lysine...).

• Semi-essentiel : Non essentiel à la base, mais devient essentiel en cas de besoin accru (croissance, agression, cicatrisation...).

Structure et Fonctions des Protéines

• Structure primaire : Ordre d'enchaînement des acides aminés.

• Fonctions variées : Structure (collagène), contractiles (myosine), transport (albumine), immunitaires (anticorps), enzymatiques, hormonales (insuline), etc.

Métabolisme des Protéines

• Synthèse protéique (anabolisme) : Nécessite un apport suffisant en azote et en AA essentiels. Dépend d'un pool d'acides aminés libres (principalement intracellulaire).

• Protéolyse (catabolisme protéique) : Dégradation des protéines par des protéases, libérant des acides aminés dans le pool. Principale source d'AA pour l'organisme (75%).

• Renouvellement protéique (turnover) : Équilibre simultané entre synthèse et protéolyse.

  • Anabolisme protéique : Synthèse > Protéolyse (gain protéique).

  • Catabolisme protéique : Protéolyse > Synthèse (diminution de la masse protéique).

• Le renouvellement est variable selon l'âge, l'état nutritionnel et les pathologies. Par exemple, il est plus rapide chez le nouveau-né, diminue en cas de jeûne (bilan protéique négatif) ou d'état catabolique (syndrome inflammatoire).

Protéines Plasmatiques

• Comprennent l'albumine et les globulines. Le plasma contient aussi le fibrinogène.

• Valeurs normales de la protéinémie : 60 à 80 g/L, dont plus de 50% d'albumine.

• Albumine : Synthétisée par le foie. Assure le transport de substances et le maintien de la pression oncotique. Reflète l'état nutritionnel.

• Autres : Protéine C réactive (CRP - marqueur inflammatoire aigu), Procalcitonine (PCT - infection bactérienne), Fibrinogène (coagulation), Ferritine (métabolisme du fer).

4. Oligo-éléments

• Éléments chimiques nécessaires en très petites quantités à la vie (micronutriments).

• Ex. : Fer, Manganèse, Zinc, Iode, Magnésium, Cuivre, etc.

Exemples d'Oligo-éléments

• Fer : Dans l'hémoglobine. Stocké sous forme de ferritine. Une carence entraîne l'anémie. L'absorption est favorisée par la vitamine C.

• Zinc : Concentré dans la peau, cheveux, foie, reins. Favorise la multiplication cellulaire et la cicatrisation.

• Cuivre : Dans les tissus nerveux, foie, cœur, reins. Essentiel au système nerveux et à l'activité enzymatique.

5. Le Sodium (Na+)

• Principal cation du compartiment extra-cellulaire.

• Concentration plasmatique (natrémie) = 140 ± 5 mmol/L.

• Maintenu dans le secteur extracellulaire par la "pompe à sodium" (actif).

• Importance capitale pour l'osmolalité plasmatique.

• Si hyponatrémie :

  • Hypo-osmolalité plasmatique → diffusion de l'eau vers le secteur interstitiel (œdème des tissus) et intracellulaire (œdème cérébral = danger de mort).

Bilan et Régulation du Sodium

• Entrées : Boissons et alimentation (non régulées chez l'homme).

• Sorties : Digestives (fécès), cutanées (sudation), rénales (natriurèse).

• La natriurèse est régulée par :

  • L'aldostérone (diminue l'élimination de Na+).

  • Le facteur natriurétique auriculaire (FNA) (augmente l'élimination de Na+).

• Un gain de Na+ augmente le volume extracellulaire. Une perte de Na+ diminue le volume extracellulaire. Ces variations ne sont pas évaluées par la natrémie seule.

• Hyponatrémie ne signifie pas toujours un déficit sodé.

• Hypernatrémie est souvent due à un déficit en eau.

• Toute variation du volume extracellulaire est liée à une anomalie du bilan de Na+.

• Toute variation du volume intracellulaire est liée à une anomalie du bilan d'H₂O.

Anomalies du Bilan Hydrosodé

• Déshydratation intracellulaire (DIC) : Soif, fièvre, perte de poids, troubles de la conscience... (natrémie perturbée).

• Hyperhydratation intracellulaire (HIC) : Nausées, vomissements, prise de poids, troubles de la conscience... (œdème cérébral).

6. Le Potassium (K+)

• Principal ion intracellulaire.

• Peu abondant dans le milieu extracellulaire (3,5-5 mmol/L).

• Transferts régulés par : état acido-basique, insuline, cathécholamines, aldostérone.

Hyperkaliémie (K+ > 5 mmol/L)

• Urgence vitale : Risque d'arrêt cardiaque. Réalisation rapide d'un ECG.

• Fausses hyperkaliémies : Hémolyse du prélèvement (garrot serré), centrifugation tardive, hyperleucocytose/thrombocytémie.

• Clinique : Signes cardiaques (fibrillation ventriculaire), neurologiques (paresthésies, faiblesse musculaire).

• Causes : Excès d'apport (perfusions), transfert (acidose, destruction cellulaire), réduction de l'excrétion rénale (insuffisance rénale, médicaments).

• Traitement : Gluconate de calcium, bicarbonate de sodium, insuline, diurétiques.

Hypokaliémie (K+ < 3,5 mmol/L)

• Clinique : Signes cardiaques (troubles du rythme), musculaires (crampes, faiblesse), digestifs (constipation), rénaux (polyurie).

• Causes : Carence d'apport (anorexie), transfert excessif (alcalose, insuline), augmentation des pertes (vomissements, diarrhées, diurétiques, aldostérone).

• Diagnostic : Ionogrammes plasmatique et urinaire, ECG, surveillance tensionnelle.

• Traitement : Étiologique, supplémentation potassique (aliments riches, sels de potassium, KCl IV en cas de sévère hypokaliémie avec surveillance étroite).