L’énergie et l’ATP Chapitre 2.6

Travail et Énergie: Définitions Capacité à produire un travail Énergie cinétique: Énergie contenue dans un objet en mouvement Énergie potentielle: Énergie Stockée Métabolisme: Somme de tous les processus anaboliques et cataboliques dans un cellule ou un organisme Travail: Transfert d’énergie d’un endroit à un autre Énergie chimique: En biologie, énergie potentielle qui peut être libérée au cours d’une réaction chimique

Travail et Énergie: Afin de se maintenir en vie, une cellule doit continuellement travailler : La cellule doit faire fonctionner des pompes de toutes sortes (transport actif). La cellule doit assembler des molécules complexes. La synthèse de nombreuses substances nécessite un apport d'énergie. Lors de la synthèse d'une protéine, par exemple, l'ajout de chaque acide aminé à la chaîne en construction nécessite de l'énergie.

Travail et Énergie: Afin de se maintenir en vie, une cellule doit continuellement travailler : Les mouvements observés dans certaines cellules sont dus à des déformations de protéines. Ces déformations nécessitent de l'énergie. La cellule musculaire est un cas extrême de cellule présentant des mouvements

Travail et Énergie: Qui dit travail, dit besoin d'énergie. L'énergie est surtout produite par respiration, un ensemble de réactions chimiques qui se déroulent, pour la plupart, dans des structures spécialisées, les mitochondries. Par contre, l'énergie est consommée partout dans la cellule où on en a besoin, sur les membranes (transport actif), dans le noyau, dans le cytoplasme, etc

Lois de thermodynamique: 1ère loi: L’énergie peut être transformée, transférée mais ne peut PAS être détruite ou crée.   2ème loi: À chaque transfert, une partie de l’énergie devient inutilisable. Donc aucun processus énergétique est efficace à 100%. La perte est souvent sous forme de chaleur

Réactions exothermiques Certaines réactions chimiques dégagent plus d'énergie qu'elles n'en consomment, ce sont des réactions exergoniques (on dit aussi exothermiques puisque souvent l'énergie excédentaire se dégage sous forme de chaleur).

Réactions exothermiques  

Réactions endothermiques D'autres réactions nécessitent plus d'énergie qu'elles n'en dégagent. On les dit endergoniques (ou endothermiques puisque souvent l'énergie nécessaire au déroulement de la réaction est fournie sous forme de chaleur).

Réactions endothermiques  

Réactions endo et exo thermiques Une réaction exergonique peut fournir l'énergie qu'elle dégage à une réaction endergonique (l'exergonique fournit l'énergie nécessaire à l'endergonique).

Réactions endo et exo thermiques Exemple : dans la cellule, la respiration du glucose (réaction exergonique) dégage de l'énergie qui est absorbée par d'autres réactions qui sont endergoniques. Ce qu'on appelle le travail de la cellule, ce sont ces réactions endergoniques qui tirent leur énergie de l'énergie dégagée par la respiration. Le transfert de l'énergie provenant de la respiration aux sites où se déroulent les réactions endergoniques se fait par l'intermédiaire d'un transporteur d'énergie, l'adénosine triphosphate ou ATP

L’ATP (Adénosine triphosphate) La molécule d'ATP est formée de l'union de trois types de sous-unités Une base azotée appelée adénine Un sucre à 5 carbones, le ribose Trois groupements phosphates (H3PO4)

Une base azotée appelée adénine L’ADÉNINE

Un sucre à 5 côtés Le ribose

Trois groupements phosphates

La partie dite ADÉNOSINE

ATP-ADP-AMP ATP = 3 phosphates(triphosphate) ADP = 2 phosphates(diphosphate) AMP = 1 phosphate(monophospahte)

Libération de l’énergie Prendre celui-ci en note seulement

Si on fournit de l'énergie., Inversement, on peut refaire la liaison, rattacher à nouveau le phosphate aux deux autres

Réaction couplée L'énergie libérée par la transformation de l'ATP en ADP + P peut servir à activer une réaction endothermique. On représente ce type de réaction où l'une fournit l'énergie nécessaire à l'autre par une double flèche. C'est ce qu'on appelle une réaction couplée

Analogie L'ATP correspond à une pile chargée et l'ADP à une pile à plat. L'ATP contient de l'énergie qu'elle peut céder, comme une pile chargée. L'ADP n'en contient plus.

De même, une réaction exothermique peut fournir l'énergie nécessaire pour reformer de l'ATP à partir d'ADP et de P.

Question: Est-ce que la transformation de l'acide phosphoénolpyruvique en acide pyruvique dégage ou absorbe de l'énergie?.

Réponse: Est-ce que la transformation de l'acide phosphoénolpyruvique en acide pyruvique dégage ou absorbe de l'énergie?.

La respiration cellulaire L'énergie dégagée par la respiration d'une molécule de glucose peut servir à former de l'ATP à partir d'ADP et de P .Il s’agit là d’un exemple de réaction couplée.

Efficace à 100% ??? La respiration cellulaire fournit théoriquement assez d’énergie pour assembler 36 ATP Cependant dans le cas de la conversion de l'énergie du glucose en énergie accumulée dans l'ATP, le rendement est d'environ 40%, c'est à dire que près de 40% de l'énergie du glucose s'accumule dans l'ATP alors que le reste se perd en chaleur.

Tout est là

Tout est là Regardez bien ce schéma de concept. Tout y est. Dans la mitochondrie, le glucose réagit avec l'oxygène pour former du gaz carbonique et de l'eau. L'énergie dégagée par la réaction permet d'assembler des ATP à partir d'ADP et de P. Ces ATP quittent la mitochondrie et se répandent dans le reste de la cellule où ils pourront céder leur énergie aux réactions endergoniques qui en nécessitent. Les ADP et P produits retournent dans la mitochondrie pour être rechargés en ATP. Et le cycle recommence

Les 3 grands rôles de l’ATP Travail chimique Exemple le catabolisme du lactose pour la formation de 2 glucose http://www.fmed.ulaval.ca/bcx/bio_anim/cat_anab.html ATP fournit l’énergie nécessaire à synthèse des macromolécules qui composent la cellule

Travail mécanique ATP fournit l’énergie pour permettre aux muscles de se contracter, aux cils et flagelles de battre, aux chromosomes de se déplacer. http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/terminale_s/metabolisme/actine-myosine/actine-myosine.htm

Exemple la pompe sodium-potassium Transport actif Exemple la pompe sodium-potassium http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/biospip/spip.php?article206 ATP fournit l’énergie dont les cellules ont besoin pour faire circuler les substances à travers la membrane cellulaire. Eau circule facilement, d’autres substances ont besoin d’énergie. La diffusion facilitée et la diffusion déplacent les particules le long d’un gradient de concentration, le transport actif déplace les particules contre un gradient de concentration

Les avantages de l’utilisation de l’ATP L’ATP est LA source pour toute cellule L’ATP est recyclable. Il se décompose en ADP et Pi Lorsqu’il est en réaction couplée endo- et exo-, il y aura une très petite perte d’énergie . i

ATP et l’Industrie Médecine Industrie Alimentaire Contrôle de poids, Arrêt de croissance des tumeurs Industrie Alimentaire

La créatinine Dans une cellule au repos, il y a environ 10 ATP pour chaque ADP (rapport ATP/ADP ~ 10). Lorsque la cellule est en activité, les ATP se transforment rapidement en ADP + P. Le rapport ATP/ADP peut rapidement s'inverser (10 ADP pour chaque ATP) si les mitochondries n'arrivent pas à renouveler assez vite l'ATP. Les réserves d'ATP dans les cellules sont assez faibles, il n'y a environ qu'un seul gramme d'ATP dans tout le corps. Pourtant, l'organisme consomme chaque jour près de 50 Kg d'ATP. . i

La créatinine Donc, pour poursuivre une activité physique, il faut recycler l'ADP en ATP. Normalement, ce recyclage se fait par respiration dans les mitochondries. Il peut se faire encore plus rapidement si la cellule a des réserves de créatine-phosphate. . i

La créatinine La créatine est une substance fabriquée par les cellules à partir de certains acides aminés. Nos cellules en fabriquent et on en trouve aussi dans presque tous nos aliments, particulièrement dans les viandes et le poisson. On en vend aussi comme supplément alimentaire.

La créatinine Dans une bactérie, les réserves d'ATP s'épuisent en moins d'une seconde. Dans un muscle en activité, l'ATP s'épuise en moins de 5 secondes

La créatinine La créatine peut accumuler de l'énergie en prenant un groupement phosphate à l'ATP:

La créatinine La créatine-phosphate peut rapidement céder son groupement phosphate à l'ADP pour ainsi reformer de l'ATP:

La créatinine Au repos, la cellule se fait des réserves de créatine-phosphate. Ces réserves sont cependant assez limitées, la cellule ne peut pas accumuler beaucoup de créatine-phosphate.

La créatinine Lors d'une activité physique, la cellule peut rapidement convertir les ADP produits en ATP à partir de ses réserves de créatine-phosphate. Le processus est limité puisque les réserves de créatine-phosphate sont limitées, mais bien plus rapide que la respiration cellulaire. Des suppléments alimentaires de créatine permettraient aux muscles d'augmenter leurs réserves de créatine-phosphate et donc de prolonger un peu un effort important (exercices intenses et de très courte durée). La créatine ne serait efficace que pour ce type d'exercice, elle n'améliore en rien les performances dans les sports d'endurance puisque les réserves de créatines-P sont limitées (elles s'épuisent dans les premières minutes de l'activité). Dans un sport d'endurance, le recyclage de l'ADP en ATP se fait surtout par respiration cellulaire.

Bibliographie CEGEP de Ste- Foy, Prof Gilles Bourbonnais Campbell, Neil, Biologie, 2011.