{"partition": "head_middle", "source_domain": "biochimej.univ-angers.fr", "digest": "sha1:ORRRU23ABAJF5CC2IEEW5OE2MEVT7C2M", "path": "/lustre/fsn1/projects/rech/qgz/uzq54wg/processed_redpajama/base_processing/output/fr/2014-15/000_00002.parquet"}
Constante d'équilibre - ATP et couplage énergétique de réactions
I. Introduction au métabolisme et à la bioénergétique II. Rappels des principes de la thermodynamique et de fonctions d'état
1. Premier principe ; énergie interne (U), Enthalpie (H) 2. Spontanéité d'un processus et relation avec la notion de réversibilité 3. Second principe ; Entropie (S) 4. énergie libre de Gibbs (G) 5. Conditions d'états standard chimique et biochimique
III. Variation d'énergie librede Gibbs et constante d'équilibre d'une réaction
1. établissement de la relation : ΔG = ΔG�' + RT Ln (rapport concentrations dans la cellule) 2. Processus à l'état stationnaire ou à l'état d'équilibre 3. Irréversibilité d'une réaction et régulation des voies métaboliques IV. L'ATP : principale source d'énergie dans la cellule
1. Couplage des réactions biochimiques 2. Structure et hydrolyse de l'ATP 3. Couplage de l'hydrolyse de l'ATP et de la biosynthèse de molécules par transfert de groupement phosphoryle 4. L'énergie d'hydrolyse de certains métabolites est couplée à la synthèse de l'ATP 5. Le coenzyme A : un autre composé à haut potentiel énergétique impliqué dans le transfert de groupe acyle 6. Les enzymes et l'abaissement de l'énergie d'activation (voir une animation)
I. Introduction au métabolisme et à la bioénergétique 1. Pour vivre les organismes doivent extraire de l'énergie à partir de la matière environnante et la convertir en d'autres formes d'énergie propres à leur existence. Les organismes peuvent �tre divisés en deux classes étroitement liées : les phototrophes qui re�oivent l'énergie lumineuse du soleil et qui la convertissent en une énergie chimique sous forme de molécules organiques complexes
les chimiotrophes qui vont dégrader ces molécules organiques par oxydation et refournir des molécules simples aux phototrophes.
En conséquence, toute cellule vit et se développe grâce à un échange ininterrompu de matière et d'énergie avec le milieu environnant. Les organismes vivants constituent ce que l'on appelle des système ouverts et tout le reste constitue le milieu extérieur. 2. Toute cellule est le siège de milliers de réactions biochimiques qui mettent en jeu des transferts de matière et d'énergie. Cet ensemble de réactions s'appelle le métabolisme. Les réactions forment un réseau de voies très ramifiées le long desquelles les molécules, que l'on appelle des métabolites, sont transformées.
Certaines voies métaboliques libèrent de l'énergie en décomposant des molécules de structure élaborée en composants élémentaires de structure plus simples pour finir par l'oxydation complète des biomolécules en CO2 et H2O. Cet ensemble de processus de dégradation s'appelle le catabolisme.
La respiration cellulaire dans les mitochondries en est un exemple caractéristique.
A l'inverse, l'énergie libérée au cours des processus cataboliques est utilisée pour fabriquer un très large ensemble de molécules complexes à partir de quelques précurseurs simples. Cet ensemble de réactions de biosynthèse s'appelle l'anabolisme.
Un exemple en est la photosynthèse dans les chloroplastes ou la synthèse des protéine à partir d'acides aminés.
L'ensemble de ces réactions se déroulent à une très grande vitesse, bien supérieure à celles qu'elles auraient isolément dans la nature, grâce à des catalyseurs biologiques que sont les enzymes.
3. En conclusion, la cellule va constamment : capter de l'énergie du milieu extérieur (par exemple l'énergie lumineuse)
céder une partie de cette énergie au milieu extérieur sous forme de chaleur
transformer le "reste" de cette énergie en travaux cellulaires. Quasiment tous les travaux cellulaires résultent d'un mécanisme chimique : le transfert d'un groupement phosphoryle d'une molécule, l'adénosine triphosphate (ou ATP).
Tous les �tres de la biosphère dépendent de cette transformation de l'énergie lumineuse en énergie chimique. Voici des exemples de travaux cellulaires : travail mécanique comme la contraction musculaire ou le mouvement des chromosomes lors de la reproduction
travail de transport comme le passage de substance au travers des membranes cellulaires à l'encontre de leur gradient de concentration
travail chimique : certaines réactions nécessitent de l'énergie pour se produire ou bien au contraire en fournissent à d'autres qui sinon n'auraient pas lieu
C'est le travail chimique qui est développé dans ce cours. II. Rappels des principes de thermodynamique et de fonctions d'étatOn ne peut expliquer les principes qui régissent les mouvements de matière et d'énergie entre les organismes et leur environnement et au sein des organismes eux-m�mes qu'en faisant appel aux lois de la thermodynamique. L'application des lois de la thermodynamique aux réactions biochimiques constitue la bioénergétique. Rappelons tout d'abord les deux formes principales d'énergie : Toute molécule qui effectue un travail, quel qu'il soit, possède une énergie cinétique.
A l'inverse, une molécule qui n'effectue pas de travail possède une énergie intrinsèque ou énergie potentielle. Cette énergie potentielle résulte de la structure m�me des molécules, c'est-à-dire des liaisons intramoléculaires. 1. Premier principe : Énergie interne (U), Enthalpie (H)
Selon le premier principe de la thermodynamique, il n'y a ni création, ni perte d'énergie, mais uniquement des transformations d'énergie. En d'autres termes, le contenu total d'énergie de l'Univers est constant. Qu'en est-il pour une cellule ? Au cours d'un processus biochimique au sein d'une cellule, le système ouvert que constitue cette cellule va passer d'un état initial : l'état avant ce processus, à un état final : l'état après que ce processus a eu lieu. Durant ce processus, le système peut recevoir de l'énergie de l'extérieur ou bien au contraire lui en céder. Le premier principe revient à dire que la différence du contenu d'énergie du système entre l'état final et l'état initial doit être compensé par une différence du contenu d'énergie du milieu extérieur. Ceci se traduit par la relation : Ufinale - Uinitiale = ΔU = q - w
Dans l'expression précédente on définit : Uinitiale est l'énergie interne du système (dans notre cas la cellule) avant que le processus considéré ait eu lieu.
Ufinale est l'énergie interne du système après ce processus.
U est une fonction d'état du système qui ne dépend que de l'état initial et final. Son unité est : J.mol-1.
q est la quantité de chaleur échangée avec le système. Si cette chaleur est absorbée, alors son signe est positif.
w est le travail effectué par le système sur le milieu extérieur ou inversement.
Le travail se décompose à son tour en 2 types de travaux possibles : Un travail mécanique correspondant à un changement de volume ΔV à une pression P, qui s'écrit : w = PΔV. Dans une cellule, la pression est constante (c'est la pression atmosphérique) et le volume ne varie quasiment pas au cours d'un processus, donc le terme PΔV est nul, ce qui signifie que : w = 0.
Tout autre forme de travail qui s'écrit w'. Cependant, dans la plupart des réactions biochimiques isolées, cette forme de travail est nulle : w' = 0.
En conséquence, la variation d'énergie interne se r