✔ C’est la science qui étudie les réactions énergétiques dans les cellules vivantes !
✔ Ces cellules ont besoin d’énergie pour survivre, croire et se reproduire. Cette énergie peut exister sous plusieurs formes :
-Chimique : pour réaliser une réaction chimique dans une vois métabolique.
-Mécanique : pour réaliser un mouvement tel que : Contraction musculaire.
-Calorifique : Production de la chaleur. Osmotique : réaliser un transfert des molécules grâce à un gradient de concentration
-électrique : réaliser un transfert des molécules grâce à un gradient ionique.
-C’est l’énergie chimique des glucides, lipides, protéines ; qui sera convertie en différentes formes d’énergie.
1-LA THERMODYNAMIQUE : le système est une partie de l’univers qui subit des changements physiques ou chimiques.
→ Il est dit OUVERT : si il fait des échanges de la matière et de l’énergie avec le milieu environnant ! Ex : Cellule vivante.
→ Il est dit ISOLE : si il ne fait ni échange de matière ni d’énergie avec le milieu environnant ! Ex : univers.
-La production de l énergie obéit aux lois de la thermodynamique selon les 2 principes suivants :
Conversion de l’énergie : Ex : ATP (E.chimique) => contraction musculaire (E.mécanique).
Augmentation de l’entropie (S) : Les systèmes s’évoluent de l’état ordonné vers l’état le mois ordonné. ΔS : Variation de l’entropie = Variation du désordre.
2-L’ENERGIE LIBRE DE GIBBS (G) : C’est l’énergie libre du système qui produit un travail utile dans une pression et température constantes.
-L’Enthalpie (H) : C’est la chaleur contenue dans le système. , Donc : ΔG = ΔH – T ΔS
- Si ΔH <0 : réaction exothermique qui libère de l’énergie.
- Si ΔH > 0 : réaction endothermique qui consomme de l’énergie.
- Si ΔG <0 : Réaction exergonique = spontanée
- Si ΔG >0 : Réaction endergonique = Apport antérieur de l’énergie.
- Si ΔG = 0 : Réaction se fait sans consommation de l’énergie et tende vers l’équilibre.
-Voici la réaction suivante : A + B C + D (1)
* Remarque :
- Les conditions standards chimiques : P = 1 atm / T = 25° = 298 k / Ph = 0 / N=1 Mol/L
- Les conditions standards biochimiques : Ph cellulaire = 7
Dans la réaction 1 :
G = Gf – Gi → Gf = Gc + Gd et Gi : Ga + Gb et Ga = G°’ + RT Ln [A]
A l’équilibre : ΔG = 0 → Donc : ΔG°’ = – RT Ln Ke avec (Ke : Constante de l’équilibre).
Exemple : Glu-6-P → F-6-P avec Ke = 2 donc ΔG°’ = -1,7 Kj/mol
*Remarque : La réaction de couplage entre une réaction endergonique thermodynamiquement défavorable avec une réaction exergonique thermodynamiquement favorable ; est possible si la somme de ΔG°’ <0 ! Exemple : Glucose + Pi => G-6P et ATP => Pi + ADP donc ΔG°’ = – 4 Kcal /mol.
3-LES MOLECULES A HAUT POTENTIEL ENERGETIQUE : Ce sont des composés qui ont des liaisons dont l’hydrolyse libère de l’énergie.
A-ATP : molécule universelle qui présente 2 liaisons phosphoanhydre riche en énergie. ATP => ADP + Pi ….. ΔG°’ = – 7 Kcal/mol.
Elle présente un rôle important dans la cellule tel que :
- Apport d’énergie nécessaire aux réactions endergoniques telles que la synthèses des lipides et glycogène….
- Apport du groupement phosphate et énergie nécessaire à la phosphorylation.
B- Autres molécules à haut potentiel énergétique :
PEP/ PGP/Phosphocréatinine/Phosphoarginine
/ Acétylphosphate / G-6-P / G-1-P / F-6-P .
Exemple : * Coenzyme-A : Composé à haut énergie libre spécifique dans le transfert des groupements acyl. ΔG°’ = -9 Kcal/mol.
4-LES REACTIONS D’OXYDOREDUCTION
-L’énergie chimique peut être conservée sous forme d’électrons à haut potentiel énergétique dans des molécules énergétiques.
=> Oxydation : Perte d’électrons ou H+.
=> Réduction : Gain d’électrons ou H+.
=> Oxydant : Accepteur d’électrons
=> Réducteur : Donneur d’électrons.
-Les électrons se déplacent du réducteur le plus fort (Qui sera oxydé) vers l’oxydant le plus fort (Qui sera réduit) . Cette force réductrice est évaluée par un potentiel redox standard noté : E°’.
-Le potentiel redox standard de référence est celui de l’hydrogène.
-E°’r = – 0,42 v à Ph = 7 Si E°’ < E°’r => Le couple est plus réducteur \ Si E°’ > E°’r => Le couple est plus oxydant.
-E = E°’ – (RT/ nF) * Ln [Ox] / [red].
-ΔG°’ = – nF ΔE°’ Si ΔE°’ > 0 et ΔG°’ <0 : réaction spontanée \ Si ΔE°’ <0 et ΔG°’ >0 : Réaction non spontanée.
Conclusion : La réaction d’oxydoréduction est favorisée dans le sens des potentiels redox croissant.
Exemple : E°’ (NAD+/NADHH+) = -0,32 v. \ E°’ (Ubiquinone/Ubiquinol) = +0,1 v.
5-LA CHAINE RESPIRATOIRE ET LA PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
-Les NADHH+ et FADH2 issus des vois métaboliques seront à l’origine de la synthèse de l’ATP par phosphorylation oxydative. But :
=> Synthèse de l’ATP à partir de l’ADP
=> régénération des NAD+ et FAD nécessaires aux voies métaboliques.
-Lieu : Membrane interne de la mitochondrie
-Composition : 4 Complexes fixes et 2 transporteurs mobiles (Coenzyme Q et cytochrome C).
Remarque : Les atomes Fer-S sont fixés sur des protéines dites centres Fe-S.
Fonctionnement :
- Le complexe I reçoit les équivalents réducteurs de NADHH+ et les passe au coenzyme Q à travers le coenzyme FMN les protéines à centre Fe-S.
- Le complexe II reçoit les équivalents réducteurs du FADH2 et les passe au coenzyme Q à travers les atomes Fe-S.
- Le complexe III reçoit les équivalents réducteurs du coenzyme Q et les passe au cytochrome C à travers les cytochromes C1, B560, B566 et les atomes Fe-S.
- Le complexe IV reçoit les équivalents réducteurs du cytochrome C et les passe à l’O2 moléculaire travers les cytochromes A et A1 et les ions de cuivre.
Remarque :
-Les complexes I , III, IV sont des pompes ; Le flux des électrons est accompagné avec le passage des H + vers l’espace inter mitochondriale.
– 1 NADHH+ => 10 H+ \ – 2 FADH2 => 6 H+
-Ces H+ forment un gradient électrochimique (Force proton motrice) responsable de la phosphorylation de l’ADP en ATP .
6-ATP SYNTHASE (COMPLEXE V) :
-Formée par S/U F0 : intramembranaire (canal protonique) et S/U F1 : Située dans la matrice et elle est à activité ATP-synthase.
-Le passage des H+ induit changement conformationnel de F1 et donc la phosphorylation de l’ADP ;
– 3 H+ => 1 ATP. \ 1 NADHH+ => 3 ATP. \ 1 FADH2 => 2 ATP.