ENERGIE DES CELLULES ABDALLAH BELHAMRA PROFESSEUR ASSISTANT ECOLE NORMALE SUPERIEURE MARRAKECH Cours destiné aux étudiants.

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1 ENERGIE DES CELLULES ABDALLAH BELHAMRA PROFESSEUR ASSISTANT ECOLE NORMALE SUPERIEURE MARRAKECH belhamra1@gmail.com +212707200356 Cours destiné aux étudiants de première année universitaitre Option : SVT S1

2 L’ENERGIE DES CELLULES طاقة الخلايا

3 GENERALITES: MÉTABOLISME CELLULAIRE - LES DIFFERENTES SOURCES ENERGETIQUES - LA FERMENTATION - LA RESPIRATION - THERMODYNAMIQUE BIOLOGIQUE : BIOENERGETIQUE L’ATP : MONNAIE ENERGETIQUE DES CELLULES - STRUCTURE - HYDROLYSE - COUPLAGES ENERGETIQUES PRODUCTION ENERGETIQUE PAR LES CELLULES - CATABOLISME : GLUCIDES, LIPIDES, PROTEINES - BIOSYNTHESE : PHOTOSYNTHESE, NEOGLUCOGENESE, LIPOGENESE, BIOSYNTHESE DES PROTEINES

4 INTRODUCTION Pauline Almeras : la production d’énergie par les cellules

5 http://biochimej.univangers.fr/Page2/COURS/1VELATPOxRedNAD/1VELATP.htm/2FIGURES/1INTRODUCTION/11SchemGenMETAB.htm Métabolisme cellulaire

6 https://leblogdelaprofdesvt.webnode.fr/news/chapitre-2-la-nature-du-vivant/

7 http://profsvt71.e-monsite.com/pages/ts-specialite/theme- 1-energie/respiration-et-fementation.html

8 https://svt07.wordpress.com/chapitre-2-la-depense-energetique-liee-a-leffort-physique//

9 Récapitulation :  Toute machine consomme de l’énergie pour produire du travail  Les cellules vivantes n’échappent pas à cette loi physique.  Les cellules autotrophes  Les cellules autotrophes sont capables de transformer l’énergie lumineuse du Soleil en énergie chimique par photosynthèse التركيب الضوئي  Les cellules hétérotrophes ont besoin d’une source d’énergie chimique, un combustible وقود, pour assurer le travail cellulaire par oxydation التأكسد

10 SOURCES ENERGETIQUES Ce combustible est constitué par les substances organiques contenues dans la nourriture, molécules riches en énergie potentielle. ( الطاقة الكامنة ) Ces substances sont classées en trois grandes familles: les sucres, les graisses et les substances azotées. Ces mêmes éléments constituent les matériaux de base à partir desquelles les organismes élaborent leur propre matière organique الكائنات الحية تطور المواد العضوية.

11 L’énergie contenue dans ces molécules peut être mobilisée par les cellules vivantes de deux façons différentes : - la fermentation تخمير تخمر - la respiration التنفس الخلوي ou l’oxydation أكسدة

12 A- Fermentation Les fermentations correspondent à un processus que l’on peut qualifier d’incomplet غير كامل car elles libèrent des déchets contenant encore de l’énergie utilisable comme l’alcool, par exemple.

13 B- Respiration La respiration est un processus plus complexe أكثر تعقيدا nécessitant en outre de l’oxygène. Au cours de la respiration, les molécules organiques sont oxydées totalement (un peu comme si elles étaient brûlées) et leur énergie est récupérée par les cellules. Les déchets formés sont du dioxyde de carbone et de l’eau, molécules dont l’énergie potentielle n’est pas utilisable par les êtres vivants.

14 Histoire biologique et évolution ( تطور ) Lorsque la vie est apparue sur Terre, l’atmosphère de notre planète ne contenait pas d’oxygène gazeux et la respiration ne pouvait pas exister. Les premiers organismes utilisaient des processus fermentaires pour extraire l’énergie de leurs aliments. Il y a environ deux milliards d’années, l’atmosphère terrestre commença à s’enrichir en oxygène en raison de l’activité des organismes photosynthétiques nouvellement apparus الكائنات العضوية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

15 Certains organismes développent alors des mécanismes utilisant le " comburant « ( مؤكسد ) l’oxygène, c’est à dire la respiration. Le rendement énergétique كفاءة استخدام الطاقة obtenu, est meilleur que celui des fermentations en raison de l’oxydation totale des molécules organiques. L’existence d’organismes mobiles de grande taille très " gourmands " en énergie comme la plupart des animaux est devenue possible.

16 Remarque : Nos cellules gardent des traces de l’histoire du vivant : La plupart d’entre elles restent capables de fermenter et survivent quelque temps lorsqu’elles manquent d’oxygène à l’exception notable des neurones الخلايا العصبية totalement dépendants de la respiration.

17 Tous les êtres de la biosphère المحيط الحيوي dépendent de la transformation de l'énergie lumineuse en énergie chimique. http://biochimej.univangers.fr/Page2/COURS/Zsuite/3BiochMetab/3BiochMetabIntro/1BiochMetabIntro.htm

18 http://longoni-svt.fr/wp-content/uploads/2016/03/Sch%C3%A9ma1.png

19 Que font les cellules avec l’énergie ? 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

20 BIOENERGETIQUE

21 Système - Environnement - Univers Un système thermodynamique نظام حراري ديناميكي est l’ensemble des éléments contenus à l’intérieur d’une surface fermée dont on cherche à modifier le comportement (c’est une portion de l’univers délimitée par une surface). Le milieu extérieur est tout ce qui n’est pas contenu à l’intérieur du système. http://moocs.uac.bj/course/info.php?id=57

22 La paroi qui sépare ces deux milieux peut être réelle ou imaginaire. On a plusieurs types de parois : ‐ adiabatique: ne permet pas le transfert de chaleur ‐ diatherme: permet le transfert de chaleur. ‐ rigide: ne permet pas le transfert d’énergie mécanique. ‐ perméable: laisse passer les molécules. ‐ semi ‐ perméable: effectue un tri moléculaire.

23 https://slideplayer.fr/slide/3412439/ نظام معزول

24 Principes de Thermodynamique et leurs applications au domaine du vivant Comme pour la matière inerte, on 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-mêmes, en faisant appel aux lois de la Thermodynamique. L'application des lois de la Thermodynamique aux réactions biochimiques constitue la Bioénergétique.

25 Rappelons tout d'abord les deux formes principales d'énergie : Toute molécule qui effectue un travail, quel qu'il soit, possède une énergie cinétique طاقة حركية Une molécule qui n'effectue pas de travail possède une énergie intrinsèque ou énergie potentielle طاقة كامنة. Cette énergie potentielle résulte de la structure même des molécules, c'est-à-dire des liaisons intramoléculaires الروابط الكيميائية.

26 Premier principe : Énergie interne (U), Enthalpie (H) المبدأ الأول Selon le premier principe de la thermodynamique, il n'y a ni création, ni perte d'énergie, mais uniquement des transformations d'énergie. Le contenu total d'énergie de l'Univers est constant. محتوى الطاقة الكلي للكون ثابت

27 Qu'en est-il pour une cellule ? Au cours d’une transformation 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 ce processus). Durant cette transformation, le système peut recevoir de l'énergie de l'extérieur ou bien au contraire lui en céder.

28 Prenons un exemple précis pour mieux comprendre cette notion d’état initial et final : On met en contact à l'aide d'une paroi séparatrice et conductrice de chaleur - une plaque métallique par exemple - deux milieux - de l'air par exemple - qui sont à des températures différentes, les deux milieux finissent par atteindre la même température pour les deux, qui sera intermédiaire entre les deux températures initiales. Etat initial : le moment où on place les 2 gaz chaud et froid dans le milieu Etat final : quand les 2 gaz atteignent la même température http://public.iutenligne.net/thermodynamique/courtin/chaleur_et_thermometrie/co/Chaleur_21.html

29 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 : U finale - U initiale = Δ U = q + w 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 par 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.

30 Remarque : 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 w = 0 d’où Δ U = q + w = q En conséquence, la variation d'énergie interne se résume à la chaleur de la réaction absorbée à pression constante q p, c'est-à-dire : Δ U = q p = Δ H Cette quantité de chaleur absorbée à pression constante est appelée Enthalpie ou H. L'enthalpie est aussi une fonction d'état du système dont l'unité est : J.mol -1.

31 On dit qu'un processus est : Exothermique quand il produit de la chaleur; dans ce cas la variation d'enthalpie est négative ( Δ H < 0) Endothermique quand il absorbe de la chaleur; dans ce cas, la variation d'enthalpie est positive ( Δ H > 0)

32 Spontanéité d'un processus عملية et notion de réversibilité عكس اتجاه Tous les systèmes tendent spontanément تلقائيا vers un état d'équilibre حالة التوازن, car cet état est plus stable أكثر استقرارا. Le terme spontanéité a une signification rigoureuse en thermodynamique: un processus est spontané s'il est avantagé du point de vue thermodynamique. لديه ميزة

33 Remarque : la spontanéité d'un processus ne préjuge en rien de la vitesse à laquelle va s'effectuer ce processus. la spontanéité d'un processus ne dépend pas du fait qu'une certaine quantité de chaleur soit échangée.

34 Une propriété importante liée à la notion de spontanéité est celle de réversibilité : Transformations réversibles (ou idéales ) : ce sont des transformations infiniment lentes formées d'une succession d'états d'équilibre Un processus est dit Réversible si le système dans lequel il a lieu peut être ramené à son état initial par une dépense d'énergie infinitésimale.

35 Un processus est irréversible s’il est rapide et brutal hors équilibre, il fait perdre au système sa capacité de changement spontané. Cette capacité ne peut être restaurée qu'aux dépens du milieu extérieur qui, à son tour, perd une de ses capacités de changement spontané. C'est une autre fonction d'état, l'entropie ou S, issue du second principe المبدأ الثاني de la thermodynamique qui régit la spontanéité d'un processus.

36 Second principe : Entropie (S) Selon le second principe de la Thermodynamique, tout échange ou transformation d'énergie dans un système ouvert augmente son Entropie, c'est-à-dire le degré de désordre de ce système درجة الاضطراب في النظام. On peut aussi définir l’Entropie de la manière suivante Tout processus spontané s'accompagne d'une augmentation de l’Entropie de l'Univers, c'est-à-dire de l’Entropie du système et du milieu extérieur.

37 Interprétation : Dans la plupart des transformations énergétiques, une partie de l'énergie est convertie en chaleur qui est perdue dans le milieu extérieur, ce qui augmente son degré de désordre. En accomplissant leurs fonctions, les cellules convertissent inévitablement une partie de l'énergie en chaleur, et le meilleur exemple que l'on puisse donner de ce phénomène est la chaleur qui règne dans cette classe en ce moment !!!!

38 MAIS Le haut degré d'organisation des organismes biologiques contredit-il le second principe de la Thermodynamique ? هل درجة عالية من تنظيم الكائنات الحية البيولوجية يتعارض مع المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية؟ NON : En effet, selon le second principe, c'est l’Entropie de l'Univers, donc l’Entropie totale du système et du milieu extérieur qui doit s'accroître !

39 4. Energie libre de Gibbs (G) L'entropie n'est pas une fonction directement utilisable puisqu'il est impossible de mesurer l'entropie de l'Univers. Le physicien américain, Josiah Willard Gibbs, a introduit à la fin du siècle dernier une nouvelle fonction d'état que l'on appelle (en son hommage) l'énergie libre de Gibbs ou enthalpie libre ou G. Cette fonction s'écrit à une température donnée : Δ G = Δ H - T Δ S

40 La variation d'énergie libre de Gibbs mesure donc la "partie" de l'énergie d'un système qui produit un travail UTILE. En d'autres termes, à température et pression constantes, l'énergie libre de Gibbs permet d'évaluer la partie de l'énergie potentielle du système (son enthalpie, Δ H) qui n'est pas dissipée sous forme de chaleur (son entropie, Δ S).

41 Interprétation : Tous les systèmes tendent spontanément بطريقة عفوية vers un état d'équilibre توازن, car cet état est plus stable مستقر. En conséquence, la capacité d'un système à fournir un travail utile عمل مفيد diminue à mesure que ce système se rapproche de son état d'équilibre, puisque son énergie potentielle (son Enthalpie) est de plus en plus faible.

42 Δ G = Δ H - T Δ S Δ G = 0 : le système est à l'équilibre et ne peut plus fournir de travail Δ G < 0, le système est instable et la réaction se déroule spontanément. Un tel processus est qualifié d'exergonique مطلق للطاقة. Δ G > 0, cela signifie qu'il faut un apport d'énergie du milieu extérieur au système pour rendre ce terme globalement négatif et que le processus ait lieu. Un tel processus est qualifié d'endergonique ماص للطاقة.

43 5. Conditions d'états STANDARD chimique et biochimique La mesure de l'énergie interne, de l'enthalpie et de l'énergie libre de Gibbs d'un système nécessite de définir un état standard ou état de référence. الحالة القياسية أو الحالة المرجعية Cet état standard est l'état dans lequel un élément ou un composé est le plus stable à la température et à la pression ordinaires. Par exemple, les états standard sont :

44 Exemples d’état standard : - L’état standard pour le mercure الزئبق liquide est 25°C - L’état standard pour l'oxygène gaz est 1 atmosphère à 25°C - L’état standard pour le carbone graphite solide est 25°C L'énergie libre de Gibbs d'un système dans son état standard est désignée par le sigle : Δ G°.

45 Pour les Chimistes, les conditions de l'état standard d'un système sont : - une pression de 1 atmosphère - une température de 25°C, soit 298 degrés Kelvin - une concentration des solutés de 1 M en conséquence : pH = 0 (puisque : pH = - log [H + ] et [H + ] = 1 M) L'énergie libre de Gibbs standard d'un système Chimique est désignée par le sigle : Δ G°

46 Pour les Biochimistes, les conditions de l'état standard d'un système sont : - un pH de 7 et donc une concentration [H + ] = 10 -7 M - une concentration de l'eau (55,5 M) qui est considérée comme constante et dont le terme n'apparaît pas dans l'expression des constantes d'équilibre L'énergie libre de Gibbs standard d'un système Biologique est désignée par le sigle : Δ G°'

47 6. Processus à l'état stationnaire ou à l'état d'équilibre Une notion extrêmement importante est celle d'état stationnaire حالة ثابتة des voies métaboliques اِسْتِقْلَاب. Chaque voie métabolique correspond à un grand ensemble de réactions biochimiques dont chacune a pour substrat le produit de la réaction qui la précède. Considérons le cas le plus simple, un enchaînement de réactions تفاعلات A ---> B ---> C.

48 A ----------> B ---------> C La concentration de l'intermédiaire métabolique B est dans un état dit Stationnaire ثابت quand la vitesse de formation de B à partir de A سرعة التشكيل est égale à la vitesse de disparition de B سرعة الاختفاء pour former C. A l'état stationnaire, la concentration de B كتلة est donc constante, alors que A disparaît et que C s'accumule : il y a un apport constant مساهمة مستمرة du premier métabolite المستقلب de cette voie et une consommation constante الاستهلاك المستمر du dernier métabolite. Exemple [Glucose] =1g dans le sang !

49 Cette situation est donc distincte d'une réaction à l'équilibre (A B) pour laquelle les concentrations des 2 métabolites sont constantes. En conséquences, les voies métaboliques sont dans un état stationnaire qui n'est pas forcément un état d'équilibre. En d'autres termes, les réactions d'une voie métabolique sont plus ou moins éloignées de l'état d'équilibre.

50 Quelle en est la cause Thermodynamique ? C'est l'augmentation de l'entropie d'un système qui le pousse vers un état d'équilibre, et cet état d'équilibre s'accompagne d'une augmentation du désordre de ce système. Mais dans les systèmes métaboliques, les forces de l'entropie sont dominées par des processus cellulaires qui sont créateurs d'ordre, c'est- à-dire par des processus qui diminuent l'entropie, donc qui ont tendance à éloigner le système de l'état d'équilibre. Cette balance entre rapprochement et éloignement de l'état d'équilibre est l'état stationnaire.

51 L'ATP : principale source d'énergie de la cellule 1. Notion de couplage des réactions biochimiques L'énergie fournie par un processus biologique est souvent couplée à un autre processus qui, sans cet apport énergétique, ne pourrait avoir lieu. غالبا ما تقترن الطاقة التي توفرها عملية بيولوجية بعملية أخرى لا يمكن أن تحدث من دون هذا الإمداد بالطاقة En d'autres termes, le couplage d'une réaction très EXERgonique avec une réaction moins ENDERgonique que ne l'est la première, donne une réaction globale dont la valeur de la variation d'énergie libre ΔG°’ est suffisamment négative pour que cette réaction globale soit spontanée.

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53 réaction1 : C D ΔG' << 0réaction spontanée dans le sens de formation de D réaction 2 : X Y ΔG' > 0réaction impossible dans le sens de formation de Y réactions 1 et 2 couplées : C + X D + Y ΔG' < 0 réaction spontanée dans le sens de formation de Y (et de B en conséquence) Le couplage dépend de la présence d'un intermédiaire commun وسيط مشترك aux divers composants de la réaction globale. Cet intermédiaire commun est une molécule dont la structure chimique lui confère une forte énergie libre de Gibbs qui peut être transférée à une autre molécule. La molécule universelle qui possède cette forte énergie libre est l'adénosine triphosphate ou ATP.

54 2. Structure et hydrolyse de l'ATP L'ATP est un triphosphate de nucléoside dans lequel : une liaison ester phosphate relie le phosphate α à l'oxygène 5' du ribose une liaison phosphoanhydride relie les phosphates α et β et β et γ

55 L'énergie libre de Gibbs contenue dans l'ATP est transférée au moment où les liaisons phosphoanhydrides sont scindées pour former : de l'adénosine 5'-diphosphate (ADP) et du phosphate inorganique (P i ) de l'adénosine monophosphate (AMP) et du pyrophosphate inorganique (PP i ) https://www.unamur.be/sciences/enligne/transition/biologie/Fichesderevision/revision2%20fonctionnement/atp.htm

56 La calorie est une unité d'énergie valant approximativement 4,182 joules Dans les conditions standard : http://tpeladependanceausucre.e-monsite.com/tpe/tpe-le-sucre/un-besoin-energetique.html http://biochimej.univ-angers.fr/Page2/COURS/1VELATPOxRedNAD/1VELATP.htm/2FIGURES/2ATP/11StructHydrolATP.htm

57 Question : Pourquoi l'hydrolyse de l'ATP est-elle si exergonique ? 1er facteur : la répulsion électrostatique Les trois groupements phosphate contigus chargés négativement constituent une disposition instable et riche en énergie potentielle. L'hydrolyse de l'ATP est donc exergonique car, en premier lieu elle diminue la répulsion électrostatique entre les atomes d'oxygène chargés négativement des groupes phosphate de l’ATP: la réaction est donc favorisée dans le sens de l'hydrolyse de l'ATP.

58 Remarque : Dans la cellule, cette répulsion électrostatique est minimisée par le magnésium. En effet, l'ATP et l'ADP existent dans la cellule sous forme d'un complexe avec l'ion Mg 2+. En conséquence, le complexe ATP-Mg 2+ est plus stable que la forme libre de l'ATP, la forme complexée qui existe dans la cellule est donc moins facilement soumise à l'hydrolyse.

59 2eme facteur : l'hydratation L’expérience a montré que plus un ion est hydraté, plus il s'entoure d'une enveloppe de molécules d'eau qui lui sert d'écran et le protège des effets de répulsion électrostatiques. Or les produits de l'hydrolyse de l'ATP, c'est-à-dire l'ADP et le P i ou l'AMP et le PP i, sont plus hydratés que l'ATP, donc mieux protégés et par conséquent plus stables du point de vue thermodynamique, ce qui est en faveur de la réaction dans le sens de l'hydrolyse de l'ATP.

60 3eme facteur : les structures en résonance L'ion orthophosphate (PO 4 3− ) est obtenu quand l'acide orthophosphorique (H 3 PO 4 ) a perdu ses 3 protons. Il existe plusieurs structures résonantes de l'ion orthophosphate et ces structures ont une énergie similaire : L'hydrolyse de l'ATP libère un groupe orthophosphate très stable puisqu' il existe plusieurs structures en résonance.

61 En revanche, l'ATP possède moins de structures en résonance car celle qui a un atome d'oxygène chargé positivement adjacent à un atome de phosphore chargé aussi positivement correspond à une configuration défavorable sur le plan électrostatique.

62 L'ADP, et encore plus le Pi, sont donc davantage stabilisés par résonance que ne l'est l'ATP. En d'autres termes : les produits (ADP et Pi) ont donc un niveau énergétique moins élevé que le réactif (ATP) ce qui favorise la réaction d'hydrolyse de l'ATP. Cette différence de stabilisation liée aux formes en résonance est la principale force qui rend compte du caractère fortement exergonique de l'hydrolyse de l'ATP.

63 3- Couplage de l'hydrolyse de l'ATP et de la biosynthèse de molécules La cellule est capable d'utiliser l'énergie dégagée par l'hydrolyse de l'ATP pour effectuer des processus endergoniques. L'un de ces processus est la biosynthèse de molécules : le groupement phosphoryle γ de l'ATP est transféré à un métabolite et l'on obtient un intermédiaire phosphorylé cet intermédiaire phosphorylé est plus instable que le métabolite de départ et il est donc plus réactif s'il subit une attaque par un nucléophile, celui-ci peut chasser aisément le phosphate qui est un bon groupe partant. Il y a ainsi synthèse du produit attendu

64 Exemple : la synthèse de la glutamine (Acide aminé) Cette synthèse de la glutamine à partir du glutamate par la glutamine synthétase se déroule de la manière suivante : le carboxylate du glutamate est phosphorylé pour former du γ- glutamyl phosphate cet intermédiaire phosphorylé est plus instable que le métabolite de départ et il est donc plus réactif l'attaque d'un nucléophile, l'ammoniac (NH 3 ) chasse le phosphate pour former la glutamine

65 4. L'énergie d'hydrolyse de certains métabolites est couplée à la synthèse de l’ATP Certains métabolites libèrent une quantité d'énergie libre supérieure à celle qui est fournie par l'hydrolyse de l'ATP dans les mêmes conditions. Cette énergie peut donc être utilisée pour la synthèse d'ATP. Les enzymes qui transfèrent le groupe phosphoryle de ces molécules pour former de l'ATP s'appellent aussi des kinases. Parmi ces molécules dont l'hydrolyse peut être couplée à la synthèse de l'ATP : le phosphoénolpyruvate, la phosphocréatine et le Cenzyme A.

66 Le phosphoénolpyruvate (PEP) : Dans la glycolyse, la pyruvate kinase catalyse le transfert du groupe phosphoryle du PEP à l'ADP pour former de l'ATP. Malgré la formation d'une molécule d'ATP, la réaction est très exergonique -14,8 - (-7,3) = - 7,5 kcal/mol et représente l'une des principales sources d'ATP dans la cellule. PEP Pyruvate ADP ATP

67 La phosphocréatine Dans le muscle, le cycle de l'ATP s'effectue à un rythme important. Une cellule musculaire au travail, par exemple, renouvelle la totalité de son stock d'ATP environ une fois par minute. Cela représente 10 millions de molécules d'ATP utilisées et régénérées par seconde et par cellule.

68 Au début d'un effort musculaire, dans les muscles des vertébrés, la créatine kinase qui catalyse l'approvisionnement en ATP, en transférant le groupe phosphoryle activé de la phosphocréatine sur l’ADP pour former l’ATP. Phosphocréatine Créatine ADP ATP

69 Une autre molécule importante qui participent mais indirectement à la synthèse de l’ATP dans les cellules est la coenzyme A : La coenzyme A (CoA ou CoASH) est une coenzyme, à haute énergie libre, de transfert de groupements acyle intervenant dans de très nombreuses voies du métabolisme (cycle deKrebs, bêtaoxydation).

70 La Coenzyme A http://www.coenzyme-a.info/about.html

71 La coenzyme A participe ainsi directement (en tant qu'acyl-CoA) au métabolisme des graisses, et indirectement (en tant qu'acétyl-CoA) au métabolisme des glucides et des protéines. A travers les liaisons thioesters fortement énergétiques qu'elle forme avec ses partenaires, « active » ينشط ces derniers, et leur permet ainsi de participer à des réactions auxquelles ils ne participeraient pas s'ils n'étaient pas activés par la coenzyme.

72 Il existe 2 modes de synthèse de l'ATP : -Celui qu’on a vu précédemment (exemple de la phosphocréatineP et du PEP) s’appelle : la phosphorylation au niveau du substrat -L'autre mode est la synthèse d'ATP par l'ATP synthase dans la mitochondrie (voir plus loin dans ce cours) s’appelle : la phosphorylation oxydative

73 INTRODUCTION AU METABOLISME CELLULAIRE

74 Nous venons de voir qu’il existe dans la cellule, des réactions exergoniques et des réactions endergoniques. Mais où se passent ces réactions productrices et consommatrices d’énergie ? Rappelons rapidement d’abord ce qui différencie une cellule animale d’une cellule végétale : il n’est pas question de refaire le cours sur les organites cellulaires mais nous essayerons ici d’aborder ce thème au point de vue purement énergétique.

75 http://lejournaldeschouettessavantes.cafe-sciences.org/articles/tag/cellules- vegetales/

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77 LE CHLOROPLASTE http://feroozind.blogspot.com/2018/02/3tq.html

78 http://lithotheque.online.fr/SVT/travaux/UltrastructCell/Chloroplaste.html https://fr.calameo.com/books/0048971468fa91d094375

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81 http://biochimej.univ- angers.fr/Page2/COURS/Zsuite/1Respiration/8MITOCHONDRIES/1MITO.htm https://macellule.wordpress.com/2017/05/12/la-mitochondrie/

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90 Les dernières étapes se déroulent dans des organites cellulaires spécialisés, les mitochondries au sein desquelles l’oxygène forme de l’eau en fixant l’hydrogène provenant des molécules oxydées. (carburant, وقود ) XH 2 O 2 (comburant, مؤكسد ) Oxydation X H 2 O

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92 https://slideplayer.fr/slide/5391384/ 1 ère étape 2 ème étape 3 ème étape

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98 http://www.takween.com/qcm-membrane-permeabilite.html

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103 http://www.takween.com/JMOL/glycolyse_molecules_visualisation.html

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107 http://biochimej.univ-angers.fr/Page2/COURS/

108 Le bilan du CK : 1 AcétylCoA complétement dégradé donne 2 CO 2, 3 NADH,H+ 1 FADH2 et 1 ATP http://yoganat.fr/glucides/

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110 NADH 3 ATP FADH2 2 ATP Glycolyse CK Pearson Education France CR

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112 1- Les Lipides En absence de Glucides, la cellule appelle les Lipides ! La réserve lipidique de la cellule se fait sous forme de Triglycérides (TG)

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114 ATP 2- Les Protéines En cas d’extrêmes besoins énergétiques, la cellule appelle les Protéines. Les Protéines sont d’abord dégradées en Acides Aminé (AA) Les AA subissent des transformations (Désamination) avant de rejoindre la voie des Glucides

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117 التركيب الضوئي

118 Le Thylacoïde : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thylakoid_disc.png

119 https://sites.google.com/a/ncsu.edu/ems373jngredler/photosynthesis-animations

120 2- Néoglucogenèse Synthèse du Glucose à partir d’autres éléments : AA, Glycérol, Lactate Remarque : La Néoglucogenèse n’est pas la voie inverse de la glycolyse !!!

121 3- synthèse des Lipides La cellule synthétise ses lipides à partir de l’excès de Glucides, le point commun étant la molécule d’Acétyl-CoA

122 4- Synthèse des Protéines - La synthèse des Protéines est directement liée aux gènes - Cette synthèse passe par plusieurs étapes : Transcription, Traduction, Maturation - Cette synthèse engage plusieurs compartiments cellulaires et concerne plusieurs organites - L’adressage des protéines constitue la dernière étape de cette synthèse

123 5- L’adressage des Protéines Suivant le lieu de leur synthèse (ribosomes libres ou ribosomes liés aux RE), les protéines auront des destinations différentes - Celles qui sont synthétisées dans les ribosomes libres resteront dans le cytoplasme ou seront orientées vers des organites cellulaires (mitochondries, peroxysomes) - Celles qui sont synthétisées dans les ribosomes liés au RE, seront modifiées dans le RE et l’appareil de Golgi puis destinées vers les lysosomes ou déversées à l’extérieur de la cellule

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