Eléments de Bioénergétique
Besoin d’ BIOENEGETIQUE Pour vivre et croître, organismes ont besoin de synthétiser Mière organique, se déplacer, réparer et substituer tissus endommagées.. Besoin d’ D’où cellules tirent-elles cette ? Comment cellules utilisent et synthétisent composants cellulaires ? Comment cellules transforment (chimique, radiante) pour métabolisme? Ens. de ces processus forme 1 réseau très complexe de réactions enzymatiques organisées en voies métaboliques BIOENEGETIQUE
Vivant (cellules et organismes) = machines, sièges de : Transformations ou d’utilisation d’ Synthèse des biomolécules : anabolisme (biogenèse) Dégradation des biomolécules : catabolisme Métabolisme (cellule, tissu, organe,.. ) = synthèses + dégradations. d’échanger en permanence et Mière avec Environnement Bioénergétique : lois régissant production d’ / cellule, échanges énergétiques avec environnement et réactions chimiques qui y sont impliquées. Cellule vivante : ne peut crée d’ mais a faculté de l’extraire, de la transformer, de l’utiliser et de l’échanger (conservation d’E ; 1er principe). crée de l’ordre et le maintient par sa faculté de fabriquer des biomolécules. ( entropie de l’univers; 2ème principe)
Enthalpie Totale H : totale contenue /composé Enthalpie libre G : partie H susceptible de fournir travail entropique ( du désordre du syst) TS: différence entre H et G Willard GIBBS : relation fondamentale liant ces : G = H - TS 0 (G : énergie libre de Gibbs) G 0 exergonique (spontanée). G 0 endergonique (apport d’). G = 0 état d ’équilibre (sans consommation d’)
A retenir G : * disponible pour faire du travail * 0 qd réaction s’approche de l’équilibre * Permet de prévoir sens d’1 réaction H : * Chaleur dissipée ou absorbée dans 1 réaction * Permet pas prédire sens de l’évolution de réaction S : * Mesure l’état de désordre au sein du système.
Energie libre et cste d’équilibre: A + B C + D Keq= [C][D] /[A][B] G° = - RT LnKeq R : Cste des gaz parfaits = 1,99 cal/mo/degré Conditions standards : P =1 atm ; T 298 °K ; 1 mol/L Biologie : G°’ = G° pH 7
Liaison “riche en énergie” : Par hydrolyse, libèrent qtité d’ (> 6 kcal/mole) càd : liaisons avec un potentiel énergétique élevé. G au cours d’hydrolyse de liaisons “riche en ” ATPADP + orthophosphate 7,3 Kcal/mol ATPAMP + pyrophosphate 8,6 PPi 2 orthophosphate 6,7 Phosphoénolpyruvate 12,7 A. glycérique1,3-bisP A.glycérique3-P+P 13,6 Acétyl-CoA 8,2 /conditions aires typiques, hydrolyses ATP G réel -12 Kcal/mol, dépend de force ionique, [Mg2+ ]
Potentiel d’oxydoréduction: Très fréquentes/cellules vivantes : espèces moléculaires peuvent gagner ou perdre réversiblement des e- Oxydation = perte d'électrons Réduction = gain d'électrons Système d'oxydoréduction («redox») se représente : OX + ne- ---> RED Aucune subst. ne peut perdre e- sans qu’1 autre en reçoive Réactions rencontrées : Ared Aox +ne BH2 B + 2H+ + 2e- Réducteur (oxydé) : composé donneur d’e- Oxydant (réduit) : composé accepteur d’e- Couple REDOX (A/A+) : formes oxydée et réduite du A.
K : Cste de dissociation E : potentiel redox Aptitude du A à perdre ou à recevoir des e- est caractérisée par : K : Cste de dissociation E : potentiel redox Ared Aox + ne- K = [Aox] / [Ared] EA = EA° + (RT/nF) ln ([Aox] / [Ared]) (eq. NERNST) EA : potentiel redox (Volt) du couple Aox/Ared EA° : potentiel redox standart (Volt) N : nombre d’e- échangés R : cste des gaz parfaits T : température en °K F : cste de Faraday
(n : nbre d’e- transférés, F : charge électrique par mole) Potentiel et enthalpie libre Connaissance du potentiel d’oxydoréduction est 1 mesure directe de G : G° = - n. F. E0 (n : nbre d’e- transférés, F : charge électrique par mole)
ATP Sa production constitue meilleure mesure d’utilisation d’ Représente monnaie circulante d’ / organisme. / cellules vivantes avec [ ] de 10-4 mol/l. Thermodynamiquement instable Rapidement hydrolysé. 95% produite par phosphorylation dans Ch. Resp. ATP continuellement formé et consommé principal donneur d’ libre/systémes biologiques plutôt que forme de stockage à long terme. /cellule-type, 1 ATP consommée dans la minute qui suit sa formation : Homme au repos consomme ~ 40 kg d’ATP en 24 h. Lors d’exercice intense 0,5 Kg ATP/ minute Mvt, Transport, Biosynthèse ATP continuellement régénérer : Phototrophes : lumière ATP Chimiotrophes : oxydation molécules carburants (Glu, AG) ATP
Eau Constituant inorganique le + important des Vivants. Constitue (Homme) 71-73% de masse corporelle délipidée. (cas de Méduse, teneur atteint 98%). Constitue milieu fondamental de solut. de subst. organique; et indispensable au déroulement des processus métab. intracellulaires. Joue rôle de véhicule en milieu intercellulaire (++ sang) Agent de régulation thermique ; son évaporation est le moyen le plus important d’évacuation de chaleur.
Equilibre du bilan en eau assuré par 2 systèmes : Ch. Resp.: l’un des processus énergétiques + importants produisant constamment de l’eau (~ 300-400 g/jour, chez un Homme normalement alimenté) Equilibre du bilan en eau assuré par 2 systèmes : Sensation de soif : absorption accrue de liquide Activité des reins : retient l’eau ou la libère. 180 L d’urine sont formés quotidiennement / reins ; Activité rénale soumise au contrôle de l’adiurétine (H. neurohypophysaire). Sa carence diabète insipide caractérisé par forte de capacité de réabsorption donnant lieu à une élimination d’urine très élevée causant une soif intense. 20-30L éliminées /jour diabète insipide grave ; traité par injection de l’H.
Composés minéraux : Métabolisables, ingérés au cours d’alimentation normale et éliminés / produits d’excrétion (fèces, urine). A l’inverse des P, L et G, les Mx ne sont ni produits ni consommés par l’organisme. Nbreux sont nécessaires qu’en faible dose : oligoéléments Circonstances déterminées états carencés : cas de la carence en Iode goitre endémique (ex. le + connu). Mx nécessaires à l’élaboration de la M. vivante : * anions phosphate, chlorure, iodure, fluorure. * cations sodium, potassium, calcium, fer, zinc, cuivre, magnésium, manganèse, cobalt,...