Bioénergétique 2/3 Flashcards
Définir le potentiel redox et indiquer la relation entre potentiel redox et énergie libre.
Le potentiel redox d’un couple (redox) traduit l’affinité de celui-ci pour les e-, exprimé en volts.
Il est lié au pouvoir réducteur :
- plus le potentiel redox est élevé (grande affinité pour e-), plus le couple redox a un pouvoir réducteur faible (cède difficilement les e-).
- plus le potentiel redox est faible, plus le couple redox a un pouvoir réducteur fort.
Le transfert d’électrons génère une quantité d’énergie libre (∆G), proportionnelle à la différence du potentiel redox, qui permet de produire un travail utile.
∆G= -n.F.∆E
avec ∆E, la différence entre E de l’accepteur d’e- (valeur la plus élevée) et E du donneur (valeur la plus basse).
avec ∆G en kJ.mole-1 , F=96500 C.mol-1 , n: nombre d’électrons transférés lors de la réaction, ∆E en mV.
- Si ∆E<0, alors ∆G positif donc réaction NON spontanée.
- Si ∆E>0, alors ∆G négatif donc réaction spontanée.
Expliquer brièvement l’importance des réactions d’oxydo‐réduction en biologie.
Processus de conversion énergétique: le transfert d’e- génère une quantité d’énergie libre, proportionnelle à la différence de pouvoir réducteur des couples redox qui permettent de produire un travail utile.
Les réactions d’oxydo-réduction constituent la source de l’énergie cellulaire et sont donc biologiquement très importantes.
En effet, ces réactions procèdent à des transferts d’atomes d’hydrogène (e- + H+) qui permettront la libération d’énergie libre et donc la synthése de l’ATP, essentielle au bon fonctionnement d’une cellule.
Expliquer la différence entre état d’équilibre et état stationnaire.
Un état d’équilibre est défini par un état thermodynamiquement favorable, autrement dit avec un niveau d’énergie minimal et donc, le désordre y est maximal.
Dès lors, cet état n’a besoin d’aucune source d’énergie.
A l’inverse, l’état stationnaire a un besoin permanent d’énergie pour maintenir un certain niveau d’organisation.
Expliquer comment il est possible de considérer que la vie sur terre est compatible avec les principes de la thermodynamique alors que les organismes vivants sont hautement organisés.
Le 2ième principe de la thermodynamique stipule que l’entropie de l’univers doit toujours être en augmentation. Or, les cellules des organismes vivants maintiennent leur organisation, en état stationnaire, par une dépense permanente d’énergie.
En effet, la biosphère est un système ouvert dont l’entropie diminue. Mais il y a augmentation de l’entropie du milieu extérieur dû aux échanges de matières et d’énergie sous forme de chaleur de la biosphère vers le milieu extérieur.
Cette augmentation d’entropie du milieu extérieur compense la diminution de l’entropie de la biosphère et ainsi, l’entropie de l’univers augmente.
L’entropie de l’univers augmente en permanence et favorise la désorganisation, tandis que la néguentropie de la biosphère augmente en permanence et favorise l’organisation.
Définir bioénergétique
La bioénergétique étudie les processus de transfert et de transduction énergétique et les mécanismes biochimiques associés (thermodynamique appliquée à la biologie).
Définir le métabolisme
Métabolisme = anabolisme + catabolisme
Le métabolisme d’un organisme vivant est l’ensemble des réactions chimiques de synthèse (anabolisme) et de dégradation (catabolisme) qui assurent son homéostasie.
L’anabolisme est une réaction de réduction non spontanée qui demande un apport énergétique (endergonique) alors que le catabolisme est une réaction d’oxydation spontanée (exergonique).
Définir la respiration externe
la respiration externe concerne les échanges d’O2 et de CO2 et comporte 4 étapes :
- la ventilation : entrée et sortie d’air, par convection, au niveau des poumons où les gaz arrivent au niveau des alvéoles et les quittent.
- la diffusion pulmonaire de l’O2 et du CO2 entre l’air alvéolaire et le sang capillaire pulmonaire : les gaz traversent la barrière alvéolo-capillaire.
- le transport sanguin : les gaz sont transportés par convection entre les poumons et les tissus.
- la diffusion tissulaire : les gaz diffusent entre les cellules et le sang capillaire systémique.
Ces 4 étapes se déroulent de manière parfitement coordonnée impliquant le système respiratoire et le système cardiovasculaire.
Définir la respiration cellulaire
La respiration interne concerne seulement les processus métaboliques intracellulaires c’est-à-dire la consommation d’O2 et la production de CO2 durant la production d’ATP, au niveau des mitochondries.
Expliquer brièvement ce que signifie « coenzyme réduit riche en énergie ».
Tout d’abord, un coenzyme est une petite molécule organique non protéique.
Un coenzyme sous la forme oxydée (comme la NAD+ ou la FAD) peut être réduit par réaction d’oxydo-réduction (en NADH ou FADH2), et gagne ainsi une partie de l’énergie qui était contenue dans le substrat qui s’est oxydé.
Ainsi, ce sera un coenzyme réduit et riche en énergie et pourra transporter cette énergie pour la libérer ailleurs, en s’oxydant. Ce type de coenzyme est utilisé dans la chaîne respiratoire mitochondriale.
Définir la phosphorylation oxydative et expliquer brièvement comment démontrer le couplage entre phosphorylation et oxydation.
La phosphorylation oxydative est le processus par lequel l’énergie libérée lors des étapes de transfert d’e- entre les coenzymes réduits et l’oxygène (réaction d’oxydation de la chaîne respiratoire), permet la synthèse d’ATP via la génération d’un gradient de protons.
Autrement dit, il y a couplage entre l’oxydation des coenzymes réduits et la phosphorylation génératrice d’ADP.
Le cyanure peut démontrer ce couplage : en bloquant la chaîne respiratoire (plus précisément, en bloquant le transfert d’e-au niveau du complexe IV), le cyanure inhibe la consommation d’O2 et la synthèse d’ATP, simultanément.
Définir la force protomotrice et indiquer la relation entre force protomotrice et énergie libre.
La force protomotrice est le gradient électrochimique de protons et est générée par le transport actif de protons permis par une libération d’énergie libre (issue de la chaine respiratoire via le transfert des électrons)
La formation du gradient électrochimique est un processus endergonique (transport actif) qui nécessite d’être couplé à un processus exergonique comme le transfert des e-, au niveau de la chaîne respiratoire.
La relation suivante lie la force protomotrice et l’énergie libre :
∆G = 2,3 RT. ∆pH + Z.F. ∆Ψ
∆G = variation d’énergie libre en kJ.mole-1
R= 8,31 K-1.mole-1
T en K
∆pH gradient de pH mitochondrial ( pHext-pH matrice)
z= valence de l’ion (1 pour un proton)
F= 96500 C.mol-1
∆Ψ = gradient de potentiel transmembranaire en V
Donner la définition d’une pompe redox.
Une pompe redox procède à des transports actifs sans utiliser d’ATP : elle utilise l’énergie libérée par une réaction d’oxydo-‐réduction pour effectuer ce transport.
Les complexes multienzymatiques membranaires I, III et IV, présents dans la chaîne respiratoire mitochondriale, sont des pompes redox.
Elles transportent activement les protons de la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaire, en utilisant l’énergie libérée lors des réactions redox procédant au transfert des e-‐.
Etape 1 de la respiration cellulaire?
Etape 1: formation d’acétyl-CoA
oxidation of fatty acids, glucose, and some amino acids yields acetyl-CoA.
Etape 2 respiration cellulaire?
Etape 2: cycle de Krebs
oxidation of acetyl groups in the citric acid cycle includes four steps in which electrons are abstracted.
Etape 3 respiration cellulaire?
Etape 3: chaîne respiratoire et phosphorylation oxydative
electrons carried by NADH and FADH2 are funneled into a chain of mitochondrial (or, in bacteria, plasma membrane-bound) electron carriers—the respiratory chain—ultimately reducing O2 to H2O. This electron flow drives the production of ATP.
