BIO / PHY - BIOENERGETIQUE - MODULE 4 Flashcards
Définir le catabolisme et l’anabolisme
- les réactions cataboliques, qui libèrent de l’énergie ;
- les réactions anaboliques, qui consomment de l’énergie.
Citer des exemples de voies métaboliques et de réactions chimiques cataboliques et anaboliques
Catabolisme :
Glycolyse
Cycle de Krebs
Béta-oxydation
Anabolisme :
Néoglucogenèse
Synthèse des protéines
Biosynthèse acides gras
Citer des exemples d’utilisation de l’ATP par une cellule
- mécanique (contraction musculaire) ;
- osmotique (pompe sodium/potassium) ;
- électrique (influx nerveux) ;
- chimique (réactions enzymatiques anaboliques).
Définir une réaction exothermique et endothermique
Une réaction qui libère de l’énergie est dite exothermique ou exergonique, alors que celle qui en absorbe est dite endothermique ou endergonique.
Définir l’enthalpie puis expliquer à quoi correspond une variation d’enthalpie libre
L’enthalpie correspond à l’énergie totale d’un système thermodynamique.
La quantité d’énergie susceptible d’être libérée par une réaction chimique correspond à l’enthalpie libre (G), elle s’exprime généralement en kilojoules par mole (kJ/mol).
Par convention, toute énergie reçue est positive, elle est négative dans le cas contraire.
Justifier pourquoi une variation d’enthalpie peut être négative ou positive
Ainsi, lors d’une réaction, on peut déterminer la variation d’enthalpie libre (ΔG°’en joules) :
* si ΔG°’ est positif, la variation d’énergie est un gain : de l’énergie doit être fournie par le milieu (ici la cellule) → la réaction est endothermique, cela signifie qu’elle ne peut se faire sans apport d’énergie ;
* si ΔG°’ est négatif, la réaction entraîne une libération d’énergie, elle est exothermique, elle peut se faire sans apport d’énergie, et libère même de l’énergie dans le milieu.
Représenter la molécule d’ATP en formule développée, à l’exception de l’adénine
- d’une base : l’adénine ;
- d’un sucre : le ribose. La liaison entre l’adénine et le ribose forme l’adénosine ;
- de 3 groupements phosphates.
Expliquer le rôle de l’ATP dans le couplage énergétique
Cette réaction résulte du couplage de 2 réactions :
Par exemple
* Hydrolyse de l’ATP : ATP + H2O → ADP + Pi
* Phosphorylation du glucose : Glucose + Pi → Glucose 6P + H2O
Ecrire la réaction d’hydrolyse de l’ATP
ATP + H2O → ADP + Pi
Ecrire la réaction de phosphorylation de l’ADP
ADP + Pi → ATP + H2O
Citer plusieurs molécules comportant une liaison riche en énergie et l’intérêt de ce type de liaison
(molécules à haut potentiel énergétique)
Adénosine triphosphate (ATP)
Guanosine triphosphate (GTP)
Créatine phosphate
Acétyl-coenzyme A (Acétyl-CoA)
Ces liaisons riches en énergie sont essentielles car elles stockent l’énergie chimique nécessaire pour alimenter les réactions endergoniques dans les cellules. Lorsque ces liaisons sont hydrolysées, l’énergie est libérée et utilisée pour des processus cellulaires tels que la synthèse des macromolécules, le transport actif, la contraction musculaire, et bien d’autres fonctions biologiques.
Définir les termes : oxydation, réduction, oxydant, réducteur, oxydoréduction, couple redox, potentiel
redox
Oxydation : Processus au cours duquel une substance perd des électrons.
Réduction : Processus au cours duquel une substance gagne des électrons.
Oxydant : Une substance qui accepte des électrons et est réduite dans une réaction d’oxydoréduction.
Réducteur : Une substance qui donne des électrons et est oxydée dans une réaction d’oxydoréduction.
Oxydoréduction : Réaction chimique dans laquelle il y a transfert d’électrons entre les réactifs.
Couple redox : Deux espèces chimiques, un oxydant et un réducteur, impliquées dans une réaction d’oxydoréduction.
Potentiel redox : La capacité d’un système à subir une réaction d’oxydoréduction, mesurée en volts (V). Il représente l’aptitude d’un couple redox à céder ou à accepter des électrons.
Définir les termes : potentiel électrochimique, gradient de concentration, gradient électrique
Le potentiel électrochimique est défini par :
* le gradient de concentration ;
* le gradient électrique.
La différence de potentiel électrochimique du soluté entre les deux compartiments correspond à la quantité d’énergie consommée ou libérée pour transférer une mole de ce soluté de part et d’autre de la membrane.
Gradient de concentration : Il représente la différence de concentration d’une substance entre deux milieux séparés par une membrane perméable. Cette différence crée une force de diffusion qui tend à équilibrer les concentrations de part et d’autre de la membrane.
Gradient électrique : Il se réfère à la différence de charge électrique entre deux régions. Dans le contexte cellulaire, il peut résulter de la différence de concentration d’ions de part et d’autre d’une membrane, générant ainsi un potentiel électrique qui peut être utilisé pour effectuer un travail cellulaire, tel que le transport actif.
Situer les chaînes respiratoires
Mb inter mitochondriale
Présenter la chaîne respiratoire de façon schématique avec les différents transporteurs, fixes et
mobiles
Expliquer le rôle des transporteurs fixes et mobiles de la chaine respiratoire, montrer l’importance
du fer
Transporteurs fixes
Ils représentent chacun un couple redox, c’est à dire qu’ils vont transporter les électrons dans un
ordre spécifique, en fonction de leurs affinités respectives pour ces électrons, donc de leurs potentiels redox
Deux transporteurs mobiles : transports des électrons d’un complexe à un autre (complexe I/II à complexe III & complexe IV)
Le fer est très présent au sein des différents complexes et du cytochrome C, sous forme Fe2+ et Fe3+, il participe
aux réactions d’oxydoréduction pour assurer le transfert des électrons.
Expliquer le rôle du dioxygène dans la chaine respiratoire et le métabolisme énergétique
Ces électrons vont cheminer grâce à ces transporteurs jusqu’à l’accepteur final, le dioxygène.
Le complexe IV, situé en bout de chaîne, a pour rôle de transférer les électrons sur l’O2, qui est l’accepteur final, qui sera réduit en eau.
Identifier, étape par étape, le cheminement précis des électrons et des ions H+ au niveau de la chaîne
respiratoire
Les transporteurs des chaînes respiratoires, qu’ils soient fixes ou mobiles, ont pour rôle de transporter les électrons apportés par les coenzymes réduits vers un accepteur final, généralement l’oxygène. Chaque transporteur accepte les électrons du transporteur précédent et les transmet au suivant en fonction de son potentiel redox, c’est-à-dire du transporteur possédant le plus petit potentiel redox vers celui qui a le plus grand potentiel redox.
Les électrons cheminent grâce à ces transporteurs jusqu’à l’accepteur final, l’oxygène, réduit en eau par le complexe IV. Ce processus permet la création d’ATP.
Les complexes I, III et IV pompent des protons contre leur gradient de concentration de la matrice vers l’espace intermembranaire. Cette action crée un gradient électrochimique d’ions H+, constitué à la fois d’un gradient de concentration et d’un gradient électrique. L’ATP synthase, présente dans la membrane interne de la mitochondrie, utilise cette force proton-motrice pour produire de l’ATP à partir d’ADP et de phosphate inorganique.
Ce processus, connu sous le nom de phosphorylation oxydative, couple l’oxydation des composés organiques avec la phosphorylation de l’ADP en ATP. Ce transfert d’électrons libère de l’énergie, car la réaction est exothermique.
Expliquer l’intérêt du transport des électrons le long de la chaîne respiratoire
Les complexes I, III et IV ont la capacité de pomper, contre leur gradient de concentration, des protons,
de la matrice vers l’espace intermembranaire.
Pour cela, ils utilisent l’énergie libérée par les électrons, lorsque ceux-ci passent d’un transporteur à un autre ayant un potentiel redox plus grand.
Expliquer la création du gradient électrochimique en ions H+ et son intérêt
Le gradient électrochimique de protons fournit l’énergie nécessaire à la synthèse d’ATP : on l’appelle force proton-motrice.
Les ions H+ vont diffuser de l’espace inter membranaire vers la matrice mitochondriale, en suivant leur gradient de concentration et en libérant de l’énergie.
Présenter le rôle des deux sous-unités de l’ATP synthase
- une sous unité F0, canal à protons ;
- une sous unité F1, contenant le site catalytique responsable de la synthèse de l’ATP à partir d’ADP et
de Pi.
Définir les termes : force proton motrice, phosphorylation oxydative, respiration cellulaire
Force proton motrice : force générée par la diffusion des protons. Permet produire de l’énergie pour activer la partie F1 de l’ATP synthase, et
ainsi de catalyser la phosphorylation de l’ADP en ATP
Phosphorylation oxydative : processus biochimique qui se produit dans les mitochondries des cellules eucaryotes. Il associe la chaîne de transport des électrons, qui oxyde les substrats réduits (NADH et FADH2) pour produire de l’énergie sous forme d’un gradient de protons, à la synthèse d’ATP par l’ATP synthase. Ce processus couple la phosphorylation de l’ADP en ATP à l’oxydation des composés organiques.
Respiration cellulaire : Les électrons qui ont été pris en charge par la chaîne respiratoire sont transférés à l’oxygène, accepteur final. Ce phénomène correspond à la respiration cellulaire, c’est-à-dire la dégradation oxydative de composés
organiques ayant pour accepteur final l’oxygène.
Ecrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction impliquant les coenzymes réduits et le dioxygène
L’équation de la réaction d’oxydoréduction impliquant les coenzymes réduits (NADH et FADH2) et le dioxygène est la suivante :
NADH + H+ + 1/2 O2 -> NAD+ + H2O
FADH2 + 1/2 O2 -> FAD + H2O
Cette réaction représente la réduction du dioxygène (O2) en eau (H2O) grâce au transfert des électrons des coenzymes réduits (NADH et FADH2).
Justifier pourquoi, lors de sa réoxydation, NADH, H+ produit 3 ATP, alors que FADH2 produit
seulement 2 ATP
Car il y a un complexe en moins
Présenter le bilan chimique et le bilan énergétique de la dégradation oxydative complète du glucose
Bilan chimique de la dégradation oxydative complète du glucose : Glucose + 10NAD+ + 2FAD + 4(ADP+Pi) + 2H20 → 6CO2 + 10NADH,H+ +2FADH2 + 4 ATP
Glycolyse => 8 ATP
Oxydation du pyruvate en Acétyl-Coa (x2) => 6 ATP
Oxydation de l’Acétyl-Coa dans le cycle de Krebs => 24 équivalent ATP
- GTP est un équivalent ATP ;
- NADH,H+ produit 3 ATP lors de sa réoxydation au niveau des chaînes respiratoires * FADH2 produit 2 ATP lors de sa réoxydation au niveau des chaînes respiratoires.
On voit que la dégradation oxydative complète du glucose produit 38 ATP, contre 2 en anaérobie.
C’est l’O2 qui permet donc, lors de la réoxydation des coenzymes réduit au niveau des chaînes respiratoires, de créer la plus grande partie de l’énergie cellulaire.
Présenter le bilan chimique et le bilan énergétique de la dégradation oxydative complète de l’acide
palmitique
bilan chimique : Acide palmitique + 8 CoASH + 2 ATP + 7 FAD + 7 NAD+ + 8 H2O —–> 8 AcétylCoA + 7 FADH2 + 7 NADH,H+ + 2 (ADP + Pi)
On a ainsi :
* activation de l’acide palmitoléique : consommation de 2 ATP ;
* 7 tours d’hélice de Lynen dont 1 tour ne réduit qu’un NADH,H+ et pas le FADH2 ;
* ce qui fait donc 7 NADH,H+ et 6 FADH2 réduits ;
* chaque NADH, H+ sera réoxydé dans les chaines respiratoires mitochondriales et produira alors 3 ATP ;
* chaque FADH2 sera réoxydé dans les chaines respiratoires mitochondriales et produira alors 2 ATP.
Bilan : 7x3 + 6x2 = 33 ATP. 8 acétylCoA oxydés dans le cycle de Krebs (puis réoxydation des coenzymes réduits dans les chaines respiratoires) produiront chacun 12 ATP. 8 x 12 = 96 ATP.
Bilan énergétique final : 33 + 96 - 2 (activation) = 127 ATP.
Calculer le nombre de molécules de dioxygène nécessaire pour permettre la dégradation oxydative
complète du glucose et de l’acide palmitique
6 dioxygène qui produisent 6CO2 (glucose)
8 dioxygène = 16CO2
1 co-enz = 1/2 O2
