bioenergetique Flashcards
DEFINITIONS
qu’est ce que la vie
Etat organique caractérisé par la capacité de :
- Métabolisme
- Réagir aux stimuli
- Reproduction
- Evolution adaptative (soit individuellement, soit collectivement en tant que lignée évolutive → reproduction)
Objectif = durée de l’existence et préservation de l’information génétique
=
NECESSITE DE L’ENERGIE
BIOENERGETIQUE
• etude des echanges globaux d’energie entre le biosysteme et l’ecosysteme
• La finalité des grandes fonctions du biosystmes
- d’assurer les echanges globaux d’energie
- avec maintien de l’homeostasie
ET CHEZ L’HOMME ?
Pour vivre, il faut :
→ extraire de l’énergie à partir de la matière environnante
→ la convertir en d’autres formes d’énergie pour être enfin utilisés
→ en relarguer une partie sous forme de chaleur ou de déchets La cellule utilise cette énergie extérieure en la transformant en travail (W) chimique, osmotique, mécanique interne ou externe.
PHOTOAUTOTROPHE
Organisme capables de produire de la matière organique pour la survie en procédant à la réduction de matière inorganique en utilisant la seule énergie
lumineuse
Exemples : arbres
PHOTOHETEROTROPHE
Organismes qui utilisent l’énergie lumineuse pour la survie mais qui ont besoin aussi d’une source de composés
organiques Exemple : certaines bactéries photosynthétique
CHIMIOTROPHES
= Hétérotrophes
Dégradent ces molécules organiques par oxydation, leur
métabolisme fournissent des molécules simples aux phototrophes
Exemples : mammifères
thermodynamique repond a ≠ questions
le systeme peut il evoluer ?
dans quel sens ?
jusqu’ou ?
bioenergetique et thermodynamique
la bioenergetique s’appuie sur la thermodynamque
• etude des evolutions des systemes, pris dans leur globalité entre un etat initail et un final
• ne s’interesse pas :
- au parametre microscopique
-aux mecanismes de transformations
- a la durée de la transformation
2 principes de thermodynamique
1er
- l’energie totale de l’univers reste constante
* Equivalence des ≠ formes d’energies entre elles
2 principes de thermodynamique
2eme
- l’entropie de l’univers augmente
* l’entropie est un degré de désordre : caractérise le degré de désorganisation d’un système
energie
unite de mesure
- en joule
- energie necessaire pour deplacer un objet en appliquant une force de 1 newton sur une distance de 1 metre
- energie cinétique d’une masse de 1kg se deplacant a la vitesse de 1m/s
somme des energies d’un systemes
correspond a l’energie interne
notée U
definition d’un systeme
- reunion de matiere
* constituant un ensemble cohérent pouvant etre considéré comme un tout
3 types de systeme selon les echanges avec leur environnement
ouvert
peut echanger
energie
matiere
3 types de systeme selon les echanges avec leur environnement
fermé
peut echanger
energie
pas de matiere
3 types de systeme selon les echanges avec leur environnement
isolé
= adiabatique
ne peut echanger
ni energie
ni matière
propriete d’un systeme = etat d’un systeme
• etat initial et final caractérisé par des grandeurs mesurables dites variables d’etat :
-pression
-volume
-temperature
• variation de grandeurs entre etat initial et etat final reposent sur des echanges d’energie avec l’environnement :
- transfert de travail W = force x distance
- transfert de chaleur
• par convention
- une energie entrante est positive
- une energie sortante = libérée est négative
chaleur
energie calorifique
chaleur echangée = energie en mouvement de l’ecoulement d’un milieu chaud vers un milieu froid
chaleur recue par un systele
peut provoquer une variation de sa temperature
• pour 1 mole : delta Q = CdT
• pour n moles : delta Q = n C dT
capacité calorifique d’une substance
• quantite de chaleur qu’il faut fournir a 1 moles de substance piur lever sa temperature d’un degres K
s’exprime en
J.mol-1.K-1 : C molaire
J g-1 K-1 : C spécifique
def homeostasie def métabolisme
- def homeostasie : capacite que peut avoir un systele ouvert ou fermer a conserver son equilibre de fonctionnement en depit des contraintes qui lui sont exterieures
- def métabolisme : ensemble de transformations de matière et d’énergie dans le biosystème
lutte contre le desordre
pour lutter contre le désordre, dont le stade ultile est la mort, il faut
- assurere le renouvellement des molécules
- maintenir des grandeurs de tension des ≠ compartiments = maintenir les valeurs physiologique a leur niveau de reference
travail W
le renouvellement des molecules et le maintien des grandeurs de tension est assurée par differentes formes de travail chimique, osmotique, mecanique
interaction entres les differents systemes
- a partir de l’energie radiante les autotrophes synthetisent les molecules qui leur sont nécessaires par photosynthese
- la photosynthese fournit des substrats et de l’O2 aux heterotrophes
- Le métabolisme des hétérotrophes produit alors de la chaleur ainsi que d’autre formes d’energie induisant une augmentation de l’entropie
- la conso de l’O2 et des substarts produits du CO2 et de l’H2O qui sont utilisés par les autotrophes pour réaliser la photosynthese
enthalpie
• l’enthalpie (H) est
- le max d’energie libere au cours de l’oxydation
• le passage d’un etat initial a un etat final induit des variations d’energie
- l’etat initial est caractérisé par le contenu d’energie W du substrat ou du systele
- l’etat final est caractérisé par le contenu d’nergie W des produits d’oxydation
• la variation d’enthalpie est
- la difference des contenus d’energie entre l’etat final et l’etat inital
delta H = delta W = W ini-Wf
signe de la variation d’enthalpie
delta H +
reaction endothermique
absorbe de la chaleur
consomme de l’energie
signe de la variation d’enthalpie
delta H -
reaction exothermique
libere de la chaleur
libere de l’energie
exemple du glucose
oxydation totale du glucose
-consomme 6 molecule d’O2
- forme 6 molecule de CO2 et 6 molecules d’H20
reaction exothermique delta H = -2827kJ.mol-1
de l’enthalpie au quotient respiratoire
formule QR
quantite CO2 produit par l’oxydation totale d’un substrat (V’CO2)
/
quantite d’O2 nécessaire a cette oxydation (V’O2)
de l’enthalpie au quotient respiratoire
exemple oxydation glucose
6 molecule de CO2 nécessite l’apport de 6 molecule d’O2
ratio 6/6 donc le quotient respiratoire est de 1
produit de l’oxydation
glucide et lipide : CO2 et H2O
Protides : CO2, H2O et urée
variation d’enthalpie par g et par L (standart Temperature and Pressure Dry) d’O2
glucide
lipide
protide
glucide : 17kJ/g ; 20,9kJ/L
lipide : 38kJ/g ; 19,7kJ/L
protide : 16kJ/g ; 19,2kJ/L
QR
glucide
lipide
protide
glucide 1
lipide 0,7
protide 0,8
respiration cellulaire
la vie de la cellule nécessite de l’energie
La centrale energetique de la cellule est la mitochondrie
L’energie ATP et chaleur est produite a partir des nutriments :
- en consommant de l’O2
- en produisant de l’H20, du CO2
- mise en jeu cycle de KREBS
fonction respiratoire a l’echelle de l’organisme
l’apport en O2 et en nutriment permet par la digestion et la repiration de fournir de l’energie en produisant de l’H2O du CO2 et de l’urée
Production d’ATP dans la mitochondrie
entrée des substarts dans la mitochondrie
Les protéines et les sucres sont métabolisés en pyruvate qui pénètre dans les mitochondries.
Les acides gras pénètrent directement dans les mitochondries.
Production d’ATP dans la mitochondrie
cycle de krebs
Le pyruvate et les acides gras sont transformés en acétyl CoA qui entre dans le cycle de krebs. Il y a alors génération de coenzymes réduites FADH₂ et NADH et production de CO2.
Production d’ATP dans la mitochondrie
chaine respiratoire
Les coenzymes réduites permettent le transport des électrons le long de la chaîne respiratoire. Le transport d’électrons permet de produire un gradient de protons de la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaire. Cette chaîne se traduit par la consommation d’une molécule d’Oz pour la formation d’une molécule d’eau.
Production d’ATP dans la mitochondrie
ATP synthase
L’énergie fournie par le gradient de protons est utilisée par l’ATP synthase pour phosphoryler l’ADP en ATP
Production d’ATP dans la mitochondrie
ATP = forme de stpckage d’energie
La dephosphorylation de l’ATP libère 7 kcal /mol d’ATP = 30 kJ / mol
ATP + H20 -> ADP + Pi + H+ + 7kcal
activite métabolique
travail interne et externe
• Les nutriments et O2 fournissent de l’énergie utile pour toutes les activités métaboliques.
• Les activités métaboliques comprennent :
-> Travail interne : -Posture : tonus musculaire,
-Thermogenèse,
- mouvements respiratoires,
- contraction cardiaque,
- Digestion,
- filtration rénale,
- Croissance et/ou réparation cellulaire.
-> Le travail externe qui est représenté par la contraction musculaire liée au mouvement.
utilisation de l’energie
L’énergie non utilisée lors de ces activités métaboliques peut être stockée puis déstockée en cas de besoin. non Les travaux intérieurs et extérieurs consomment 20 % de l’énergie fournie : 80 % de l’énergie est donc dissipée sous forme de chaleur.
Le rendement du procédé est donc assez faible
stockage d’energie : glycogene
Polymère de glucose
Stocke dans les hepatocytes et les myocytes
ex pathologie
- Le glycogene est synthétise par le glycogen synthase
- DES pathologie génétiques sont identifiées secondaire à des mutations des GYS
stockage d’energie : lipide
Les lipides sont stockés dans les gouttelettes lipidique qui apparaissent comme des vacuoles vide en histologie
adipocyte blanc :
Les adipocytes blanc assurent la synthèse le stockage et la libération des lipides
adipocyte brun :
Presence de tissu adipeux brun
Abondant chez les mammifère hibernant
Présent dans l’espèce humais au début se la vie : nourrisson
finalité des echanges energetiques
travail de synthese chimique
travail de synthese osmotique
travail de synthese chimique :
Permet la synthèse de macromolécules utiles à l’organisme à partir d’unité élémentaire
Dépense d’énergie nécessaire au synthèse mise en œuvre dans les reaction d’anabolisme
travail de synthese osmotique :
Correspond à la filtration rénale
Urine primitive 300mosm/L
Concentration des urines jusqu’a l’urine définitive a 1200 mosm/
Lexcretion correspond a 2 moles par jour
Le travail osmotique du rein est égal à 10kJ / 24h
travail mécanique
travail mecanique interne
pompe cardiaque
muscle lisse
pompe cardiaque : Contraction myocardique permet d’éjecter à chaque battement cardiaque un certain volume de sang sous une certaine pression
Travail est égal pression fois volume
Puissance est égal à W fois fréquence cardiaque
Au repos la puissance est de 1,5W soit 129,6 kg joules par 24 heures
muscle lisse : muscle lisse digestifs -> peristalisme
travail mécanique externe
Énergie consommée pour le maintien de la posture la réalisation des gestes et mouvement le déplacement de l’individu
Ce mécanisme s’accompagne de consommation d’énergie chimique fourni par l’ATP est un dégagement de chaleur relativement importante et moins de faible rendement de la transformation rendement de 20 à 25 %
equivalence de forme d’energie
meme unite de mesure
La plus grande partie de l’énergie est convertir en chaleur toutes les formes de travail sont donc exprimé en unités de chaleur… Calories/kilocalories
energie :
1 kcalories = 4,185 kJ = 4,2 kj
puissance
1W = 1 j/second
