بسم الله الرحمان الرحيم Professeur SAALAOUI Ennouamane Filière fondamentale: SVI Année universitaire 2012/2013 Semestre S4

Élément de module Biochimie métabolique Élément 1: Biochimie Métabolique : Cours : 24 H TD : 9 H TP : 7H Chapitre I. Notions de bioénergétique 1. Énergie d’Activation 2. Variation d’Équilibre 3. Variation de Potentiel Chapitre II. Métabolisme 1. Aperçu global sur le métabolisme 2. Métabolisme des glucides (Glycolyse, fermentation, voies des pentoses phosphates, Cycle de Krebs, néoglucogenèse, chaîne respiratoire et phosphorylation oxydative) 3. Métabolismes des acides gras (Dégradation des lipides, biosynthèse des acides gras) 4. Métabolisme des acides aminés et des protéines (Catabolisme des protéines et des acides aminés, biosynthèse des acides aminés) 5. Biosynthèse des nucléotides 6. Exemples des principales fonctions métaboliques chez les plantes 7. Exemples de régulations des voies métaboliques et leur intégration à l’échelle de la cellule et de l’organisme

L’être humain Est-ce un système ouvert , fermé ou isolé Rappels: système ouvert s'il peut y avoir échange de matière et d'énergie entre le système et le milieu extérieur. système fermé si ce système n'échange que de l'énergie avec le milieu extérieur, sous la forme de chaleur ou de travail. (exemples : piles électriques, réfrigérateur en fonctionnement) système isolé s'il n'y a aucun échange avec le milieu extérieur. (exemple : les êtres vivants)

LES PROCESSUS THERMODYNAMIQUES Endothermique: Absorbe de la chaleur du milieu extérieur (∆H positive) Exothermique: Produit de la chaleur vers le milieu extérieur (∆H négative) L’état standard: à 298 K et à 1 atm de pression, [1M] sauf pour l’eau 55.6M car 1 kg/l ; pH 7 et non 0 car 10-7 et non 1 ∆H = ∆E+ P. ∆V ∆H°’réaction = ∑ ∆ Hi°’ - ∑ ∆ Hf°’ ∆S transformation= ∆ Ssystème + ∆ Smilieu et ∆S°’ Rn = ∆ S°’produits - ∆ S°’substrats ∆G = ∆ H - T ∆ S ∆G°’réaction = ∆ G°’produits - ∆ G°’substrats ∆G°’réaction = - 2.303 RT log K pour R=8.314 J mol-1 K-1 ou R= 1.987 cal-1 mol-1 Processus Endergonique : ∆G positif càd pas de spontanéité Processus Exergonique : ∆G négatif càd spontanéité Système à l’équilibre : ∆G est égal à zéro

A retenir

DEFINITIONS Métabolisme: * Récupérer de l’énergie Ensemble des réactions chimiques se déroulant dans un système vivant (cellule, tissu, organe, ou organisme) et servant à : * Récupérer de l’énergie * Construire les molécules * Éliminer les déchets. PRINCIPE GENERAL - Un métabolisme est une suite de réactions chimiques catalysées chacune par une enzyme. - Il peut faire intervenir plusieurs compartiments cellulaires ou extracellulaires. Dans ce dernier cas, il faut la présence des protéines transporteuses. - Chaque réaction catalysée par une enzyme est appelée chaînon catabolique. Plus d’un millier de réactions chimiques dans un organisme vivant. *Les voies métaboliques de base sont communes à tous les organismes * Il existe cependant des différences fonctionnelles des uns par rapport aux autres Nombreux chaînons communs. Similitudes chez différents organismes vivants

Réactions métaboliques L’étude du métabolisme a montré que, à de rares exceptions près, tous les chaînons intervenant in vivo appartiennent ou sont la combinaison de 5 types de réactions simples correspondant à des processus « majeurs » et « mineurs » : Processus majeurs : Hydrolyse/condensation Synthèse/rupture de squelette Oxydoréduction Processus mineurs: Hydratation /déshydratation Tautomérie cétoénolique

A la fin du cours l’étudiant devra : * Connaître les principales réactions impliquées dans l’ensemble du métabolisme *Savoir décrire un chaînon métabolique : - type(s) de réaction(s) impliquée(s) - enzyme impliquée - coenzyme(s) impliqué(s) - réversibilité du chaînon *Connaître les principales voies métaboliques. *Faire le lien être les différentes voies en identifiant les molécules carrefour. *Prévoir des séquences métaboliques pour la synthèse et /ou dégradation des intermédiaires proposés. * Savoir faire le bilan énergétique des voies proposées.

Catabolisme: Anabolisme: Réactions qui aboutissent à la dégradation des molécules actives in vivo et à leur excrétion après récupération de l’énergie. Anabolisme: Réactions destinées à la synthèse des molécules grâce à l’énergie récupérée par les réactions cataboliques.

Autres catabolismes Par des séquences de réaction assez courtes, les autres substrats tels que les pentoses, les aminoacides… sont transformés en un intermédiaire de la glycolyse ou du cycle de Krebs • Celui-ci est alors dégradé en CO2 • Ces réactions produisent de l’énergie qui est récupérée sous forme d’ATP, mais ce n’est pas leur rôle essentiel.

VOIES ANABOLIQUES L’anabolisme des systèmes aérobies procède généralement par réduction qui se fait par le NADPH : L’énergie nécessaire provient de l’hydrolyse de l’ATP. Les macromolécules sont synthétisées à partir des métabolites intermédiaires correspondants : La source essentielle de carbone est le glucose.

Classes d’enzymes participant au métabolisme: Déshydrogénases (oxydoréductases) Transférases Hydrolases Liasses Isomérases Ligases Décarboxylases Thiolase En plus des enzymes nous avons les coenzymes

Métabolisme

e

ATP ADP + Pi - 30.5

- 0.2 à 0

Exemples de réactions d’oxydoréduction

Énergie d’activation L'énergie d'activation est la quantité d'énergie nécessaire pour lancer un processus chimique, le plus souvent une réaction. Cette quantité est exprimée, selon le système international d'unités, en kJ/mol (kilojoules par mole de réactif).

Loi d'Arrhenius 1889 la loi d'Arrhenius permet de décrire la variation de la vitesse d'une réaction chimique en fonction de la température. k, le coefficient de vitesse (anciennement appelé "constante de vitesse") T, la température en K (Kelvin) la dérivée du logarithme népérien du coefficient de vitesse par rapport à la température R, la constante des gaz parfaits (valeur usuelle R = 8,314J.mol-1.K-1; valeur précise R = 8,314 472 Pa.m3.K-1.mol-1) Ea l'énergie d'activation d'Arrhenius donnée en kJ.mol-1 Un grand nombre de réactions chimiques ont une énergie d'activation comprise entre 40 et 130 kJ.mol-1 A est le facteur pré-exponentiel (appelé aussi facteur de fréquence)

Ea Lorsque la température augmente de 10 °C, le coefficient de vitesse est multiplié par un facteur 2 à 3.

Énergie d’activation