Chapitre 2 – Les enzymes et l’énergie

2.1 – La thermodynamique et la biologie L’énergie et les lois de la thermodynamique Tous les organismes vivants ont besoin d’énergie. C’est ce qui leur permet de travailler. L’énergie se présente sous différentes formes : Énergie cinétique (mouvement) Énergie potentielle (énergie stockée pouvant être utilisée)

-Énergie chimique (énergie stockée ds les liaisons d’une mlc de glucose) Thermodynamique L’étude de la circulation de l’énergie qui circule continuellement ds les systèmes vivants et non vivants.

Système fermé Système isolé, qui n’est pas en contact avec son environnement. Système ouvert Système qui est en contact avec l’extérieur où l’énergie peut circuler avec son environnement

Les lois de la thermodynamique 1e loi : On ne peut ni créer, ni détruire l’énergie, mais on peut la transformer d’une forme à une autre. 2e loi : On ne peut transformer une énergie en une autre sans perdre de l’énergie utile.

L’entropie est la mesure qui permet d’évaluer la tendance d’un système vers le désordre. Ainsi toute transformation d’énergie augmente l’entropie de l’univers. Énergie d’activation est l’énergie nécessaire pour que la réaction ait lieu.

Les réactions métaboliques exothermiques et endothermiques Réactions anaboliques La condensation des graisses, les glucides Réactions cataboliques L’hydrolyse et la décomposition des graisses, des protéines et des glucides.

Une réaction exothermique est une réaction accompagnée d’une libération d’énergie. Ex : respiration cellulaire C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + Énergie Glucose + oxygène Pour chaque mlc de glucose oxydée pendant la respiration cellulaire, une partie de l’énergie est utile et disponible pour effectuer un travail. (les produits ont moins d’énergie que les réactifs)

Une réaction endothermique est une réaction qui demande un ajout d’énergie. Ex : la synthèse du glucose par les plantes pendant la photosynthèse. 6CO2 + 6H2O + énergie  C6H12O6 + 6O2 lumineuse La synthèse est la fabrication d’une mlc. Elle utilise plus d’énergie qu’elle donne. Les produits ont plus d’énergie que les réactifs.

Une réaction exothermique Réactif L’énergie est libérée Produit

L’énergie est absorbée Une réaction endothermique Produit L’énergie est absorbée Réactif

Énergie absorbée Énergie libérée Réactifs Produits Réactifs Produits Exothermique Endothermique

PAGE 40 #1, 2, 7 et 10

2.2 – Les enzymes sont des catalyseurs Définitions!!! http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/enzymes/prox-orien.swf

Catalyse L’accélération d’une réaction chimique par une substance (enzymes) qui demeure inchangée à la fin de la réaction (peut être utilisée de nouveau). Enzymes oxydatives Classe d’enzymes (oxydoréductases) qui catalysent les réactions d’oxydoréduction.

Enzymes hydrolytiques Classe d’enzymes (hydrolases) qui catalysent l’addition d’H2O dans les réactions. Substrat Le réactif ds une réaction enzymatique (ce qui est présent au début de la réaction) (clé  enzyme, cadenas  substrat) http://www.sinauer.com/cooper/4e/animations0301.html Peroxydase Une enzyme qui décompose le peroxyde d’oxygène en H2O et en oxygène

Voie métabolique Une série de réaction en chaîne ds laquelle chaque réaction a besoin de sa propre enzyme spécifique. Sites actifs Sur une enzyme, les lieux de forme tridimensionnelle unique où s’attachent les substrats spécifiques et où a lieu la catalyse Ajustement induit Le changement de la forme d’un site actif pour accueillir le substrat

Complexe enzyme-substrat Le composé formé par la combinaison du substrat et de l’enzyme Cycle catalytique Processus ds lequel un substrat s’attache à une enzyme pour former un complexe enzyme- substrat; la réaction prend place et un ou plusieurs produits sont libérés. L’enzyme peut maintenant accepter un autre substrat et recommencer le cycle.

Les enzymes interviennent ds presque toutes les réactions chimiques qui prennent place ds les organismes. Sans enzymes, les réactions chimiques seraient beaucoup trop lentes pour la fonction normale des ¢. Les enzymes accélèrent les réactions en diminuant la qté d’énergie d’activation nécessaire. Beaucoup de ces réactions ont besoin d’une enzyme spécifique pour avoir lieu. Certaines enzymes catalysent une réaction individuelle.

Les réactions qui se déroulent à l’intérieur des ¢ font souvent partie d’une voie métabolique (une série de réactions en chaîne). Celle-ci commence avec un substrat et se termine avec un produit. (Ds toute réaction enzymatique, un réactif est appelé substrat pour cette enzyme spécifique.)

Voir figure 2.6 – Page 43 http://www.ustboniface.mb.ca/cusb/abernier/biologie/Module1/metabolisme1.htm

L’activité enzymatique Les enzymes réduisent l’énergie d’activation (Ea) nécessaire pour déclencher une réaction chimique. Des facteurs environnementales peuvent influencer l’activité enzymatique : le pH et la température.

L’activité enzymatique augmente à mesure que la température augmente, mais jusqu’à un certain point maximal. Si la T dépasse ce pt, l’activité enzymatique décline rapidement. (fig. 2.7 p.44) Chaque enzyme fonctionne de façon optimale à un pH spécifique. La plupart des enzymes fonctionnent mieux ds une étendue de pH de 6 à 8, sauf la pepsine ds l’estomac humain travaille mieux ds des conditions très acides (pH de 2)

Les inhibiteurs d’enzymes Les inhibiteurs d’enzymes sont des substances qui se lient aux enzymes et peuvent bloquer les actions des enzymes. Voir p. 47… lecture… 2 type d’inhibiteurs : Inhibiteurs non compétitives Figure 2.10 p. 48 http://www.yteach.co.uk/index.php/resources/covalent_bond_endergonic_transformation_exergonic_transformation_nucleotide_transcription_vitamin_Oxidoreductases_Transferases_Hydrolases_Lyases_Isomerases_Ligases_proenzymes_transcription_t_page_18.html La rétroinhibition Feuille photocopiée...

a. Le substrat établit une liaison avec le site actif de l’enzyme a. Le substrat établit une liaison avec le site actif de l’enzyme. Maintenant, la voie est active. b. Le schéma d’une voie active. La voie reste active aussi longtemps qu’il n’y a pas suffisamment de produit final. c. Le schéma d’une voie inhibée. Lorsqu’il y a suffisamment de produit final, le produit établie des liaisons avec l’enzyme, modifiant la forme du site actif. Cela empêche l’enzyme de se lier à d’autres substrats et inhibe la voie. d. Le schéma d’ensemble de la voie. Lorsqu’il y a suffisamment de produit final, celui-ci se lie au site allostérique de l’enzyme. La voie n’est plus active et la production du produit final a cessé. http://www.kscience.co.uk/animations/model.swf http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp06/0601s.swf

Les cofacteurs et les coenzymes : des auxiliaires non protéiques La dernière façon dont les enzymes sont régulées se produit sous forme de cofacteurs. Ce sont des ions inorganiques (Cu, Zn, Fe) et des molécules non protéiques organiques (appelées coenzymes) qui aident certaines enzymes à servir de catalyseurs. Situées ds les sites actifs des enzymes, les ions attirent les e- des molécules des substrats.

2.3 – L’ATP et les réactions couplées Les enzymes sont essentielles aux réactions métaboliques endo. et exothermique. L’énergie libérée par une réaction exo. peut être utilisé pour produire une réaction endothermique : une telle combinaison de réaction s’appelle une réaction couplée. L’ATP (adénosine triphosphate) est la molécule que toutes les ¢ utilisent comme source d’énergie.

Le cycle de l’ATP Feuille photocopiée…

b. L’ATP travaille dans les ¢ et à l’extérieur des ¢. 1. Le travail chimique : L’ATP fournit l’énergie nécessaire à la synthèse des macromolécules qui compose la ¢ 2. Travail mécanique : L’ATP fournit l’énergie nécessaire pour permettre aux muscles de se contracter, aux chromosomes de se déplacer, etc. 3. Transport : L’ATP fournit l’énergie nécessaire dont les ¢ ont besoin pour faire circuler les substances à travers la membrane cellulaire. Page 57  figure 2.18 **SAVOIR**

Transport actif Le transport actif déplace des particules contre un gradient de concentration (de région de faible concentration vers une région de haute (PAS FAIBLE) concentration). Ce processus a besoin d’énergie pour déplacer ces particules sous telles conditions.

Pompe à sodium-potassium Structure de transport constituée de protéines de transport spéciales. Ce mécanisme maintient un déséquilibre entre le sodium et le potassium à l’intérieur des ¢, en particulier des ¢ nerveuses et des fibres musculaires. La pompe sodium-potassium utilise une protéine de transport afin de transporter 3 ions (Na+) à l’extérieur de la ¢ et 2 ions potassium (K+) à l’intérieur de la ¢. De l’énergie de l’ATP est nécessaire pour accomplir cette tâche. MEGA IMP PAGE 57 figure 2.18

http://www.defl.ca/~debloisj_dev/cellules/contenu/cellule11.html (BON) http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/biocell/docs/pomp2.html http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/ion_pump/ionpump.html http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_the_sodium_potassium_pump_works.html

c. Les avantages de l’ATP 1. mlc riche en énergie qu’on trouve ds toutes les ¢. Utilisé ds de nombreuses réactions chimiques différentes. 2. Elle est décomposée en ADP + P et une partie de l’énergie libérée est utilisée pour fabriquer de l’ATP. 3. La décomposition de l’ATP est couplée à des réactions endothermiques pour minimiser la perte d’énergie.

N.B. Plusieurs méthodes permettent aux enzymes *N.B.* Enzymes : protéines spécialisées qui rendent possible le travail à l’intérieur de toutes les ¢ en favorisant la réalisation des réactions chimiques. N.B. Plusieurs méthodes permettent aux enzymes de réduire l’énergie d’activation nécessaire pour briser les liaisons dans un substrat. Les groupements R des acides aminés présents ds le site actif d’une enzyme exerce un stress sur les liaisons du substrat. Les liaisons qui maintiennent ensemble la molécule du substrat subissent une flexion et un étirement. L’énergie d’activation est alors diminuée parce que ces liaisons sont affaiblies.

Les groupements R des acides aminés spéciaux présents ds le site actif facilitent le transfert des ions d’H du substrat à d’autres mlc ou vice versa. Ceci diminue l’énergie d’activation pour ces processus. D’autres sites actifs d’enzymes fournissent des groupes d’acides aminés capable d’accepter des e- ou qui sont attirés par le noyau atomique du substrat. Ceci engendre une attraction temporaire avec le substrat et le rends moins stables alors moins d’énergie est nécessaire pour la briser.

Certaines enzymes peuvent faciliter la bonne réaction en réunissant 2 substrats différents dans la bonne orientation l’un par rapport à l’autre. Une enzyme oxydative facilite le transfert d’e- du substrat aux mlc d’oxygène.

2.1 – La thermodynamique et la biologie L’énergie et les lois de la thermodynamique Tous les organismes vivants ont besoin

2.1 – La thermodynamique et la biologie L’énergie et les lois de la thermodynamique Tous les organismes vivants ont besoin

2.1 – La thermodynamique et la biologie L’énergie et les lois de la thermodynamique Tous les organismes vivants ont besoin

2.1 – La thermodynamique et la biologie L’énergie et les lois de la thermodynamique Tous les organismes vivants ont besoin

2.1 – La thermodynamique et la biologie L’énergie et les lois de la thermodynamique Tous les organismes vivants ont besoin

02 02 Bullet Point Sub Bullet

03

04

04 Text and lines are like this Table Hyperlinks like this Visited hyperlinks like this 04 Text box With shadow Table

2.2– Les enzymes sont des catalyseurs Les réactions métaboliques ont besoin d’énergie d’activation pour construire ou décomposer les molécules. Les ¢ utilisent des protéines spéciales qui facilitent les réactions métaboliques, ce sont les enzymes. leur travail consiste à accélérer une réaction chimique.

Les enzymes et le cycle catalytique L’accélération d’une réaction chimique s’appelle une catalyse. Les catalyseurs des réactions métaboliques sont les enzymes. Ils interviennent dans presque toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les organismes vivants. Ils accélèrent les réaction en diminuant la quantité d’énergie d’activation (Ea) nécessaire. VOIR  p.41 (dessin dans vos cahiers)

Différents ensembles d’enzymes sont responsables de catalyser différentes réac- tions chimiques. Ex : Les enzymes d’oxydation  Oxydoréductases catalysent les réactions d’oxydoréduction. Les enzymes hydrolytiques  hydrolases catalysent l’addition de l’eau ds les réactions.