Cours 8 Flashcards
Qu’est-ce que l’énergie potentielle chimique?
énergie stockée dans les liaisons assemblant les atomes en molécules
L’énergie potentielle chimique présente dans les macromolécules peut être comparée avec l’énergie potentielle mécanique qui peut être transformée en énergie cinétique. Dans les deux cas une partie de l’énergie potentielle est utilisée pour faire un travail: on parle de l’énergie libre, dans le sens qu’elle est disponible pour son utilisation.
Que se passe-t’il durant le catabolisme?
Pendant le catabolisme l’énergie entreposée dans les liaisons chimiques de molécules est convertie dans une forme d’énergie utilisable pour les réactions anaboliques et d’autres fonctions qui ont besoin d’énergie. Les molécules complexes sont aussi converties en des éléments de base utilisés pour l’anabolisme.
Qu’est-ce que la 2e loi de la thermodynamique?
Les lois de la thermodynamique sont importantes pour comprendre le métabolisme. La 2e loi déclare que lors que l’énergie est transférée il y aura mois d’énergie disponible a la fin du processus de transfert qu’au début
Comparez une réaction endergonique d’une réaction exergonique
Réaction endergonique : ΔG>0 (positive), réactifs ont moins d’énergie que les produits, besoin d’énergie pour se produite, l’énergie libre augmente dans les réactifs
Réaction exergonique : ΔG<0 (négative), Produit de l’énergie, réactifs ont plus d’énergie que les produits, l’énergie libre diminue dans les produits (libéré)
Toutes les réactions in vivo s’effectuent avec…
une diminution nette d’énergie libre. Il y a toujours des pertes dans le système
Quel est le rôle des enzymes dans les réactions endergoniques et exergoniques?
Elles accélèrent la réaction, mais ne change pas l’énergie libre des produits et des réactifs
Quelles réactions chimiques sont les plus favorables?
À chaque réaction chimique correspond une variation de l’énergie libre: positive ou négative
La 2e loi nous indique que les réactions avec un DG positif (endergonique) ne sont pas favorables. Par contre beaucoup de réactions anaboliques ont un DG positif. On peut utiliser les réactions DG neg (exergonique) pour aider les réactions DG pos (DG est une propriété du système).
En biologie, une réaction avec DG neg est utilisée de façon générale pour aider toutes les réactions avec DG pos: l’hydrolyse de l’ATP.
Comment peut-on coupler des réactions favorable avec des réactions défavorables?
Grâce à l’hydrolyse de l’ATP, qui apporte 30kJ/mol d’énergie libre. C’est une réaction exergonique utilisée par les cellules pour donner l’énergie libre aux réactions endergoniques
Quelles sont les concentration en équilibre de l’ATP, ADP et AMP?
ATP= 10 mM (très élevée et stable) ADP= 1mM AMP= 1mM
Comment l’ATP est riche en énergie libre?
La molécule d’ATP est riche en énergie grâce aux liaisons phosphoanhydride entre les groupes phosphate et le ribose. Les groupes phosphates chargés négativement sont nommés a, bêta et gamma. L’hydrolyse du phosphate gamma, le plus éloigné du sucre, libère 30kj/mol.
Quelles est l’équation de Gibbs?
DG = DGo + RT In [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b
Les crochets indiquent les concentrations molaires de chacune des substances
DG: variation d’énergie libre
DGo: variation d’énergie libre standard (25oC, 1 atm, 1M chaque réactif et produit, pH 7) R= 8,3145 J K-1mol-1
T= température en degrés Kelvin (298 K)
a, b, c, d: coefficient stœchiométriques
L’équation de Gibbs nous donne la vraie valeur de DG à partir de valeur DGo mesurés dans des conditions standard
Si la concentration d’ATP diminue, la valeur réelle de DG diminue aussi et quelques réactions ne pourront pas utiliser l’hydrolyse de l’ATP pour obtenir de l’énergie
L’équation de Gibbs nous indique aussi qu’une réaction avec une DGo positive peut devenir favorable si les réactants sont très concentrés par rapport aux produits de la réaction.
De quoi dépend la spontanéité d’une réaction?
La spontanéité d’une réaction dépend des concentrations réelles des réactifs (une réaction avec DGo positive peut se produire in vivo en fonction des concentrations des réactifs)
Spontanéité thermodynamique ne signifie pas que la réaction est rapide. La vitesse d’une réaction en biochimie est contrôlée par les catalyseurs biologiques: les enzymes.
Qu’est ce que la charge énergétique?
Une équation qui mette en relation les concentrations d’ATP, ADP et AMP. On peut imaginer la CE comme une batterie rechargeable.
Concept descriptif qui décrit la charge énergétique de la cellule. Normalement : [ATP] + 0.5 [ADP]/[ATP] + [ADP] +[AMP] >0.8
Le ratio reste stable par rétroaction et il important pour garder la même variation d’énergie en gardant la même concentration
Tout comme le pH, la charge d’énergie est tamponnée dans une cellule. Lorsque le corps effectue l’entraînement intense, la valeur de la charge énergétique est de près de 0,7, tandis que dans une cellule normale (dans un état normal), elle est de 0,9. Quand la CE est faible les réactions qu’utilise l’ATP diminuent et les réactions de forment l’ATP augmente. L’opposé arrive quand la CE est élevée.
La véritable variation d’énergie libre d’une réaction :
a) dépend des concentrations initiales des réactants et produits.
b) est indépendante de la concentration des réactants et produits.
a) dépend des concentrations initiales des réactants et produits.
L’énergie libre pour qu’une réaction avec DG positif arrive provient:
a) d’une autre réaction avec variation DG négatif.
b) de l’enzyme qui catalyse la réaction.
a) d’une autre réaction avec variation DG négatif.
En général, les réactions anaboliques ont un DG:
a) +
b) -
c) = 0
a) +
D’où provient l’énergie?
- L’oxydation de combustibles métaboliques (glucose, acides gras, aa) produit des cofacteurs réduits: NADH, FADH2
- Le transfert d’e- du NADH/FADH2 sur l’O2 (accepteur final des électrons) est une réaction exergonique et l’énergie libre libérée est récoltée pour synthétiser de l’ATP grâce à ATP synthétase
- L’énergie libre est convertie sous la forme d’un gradient transmembranaire de protons qui est ensuite utilisé pour promouvoir la synthèse d’ATP
Qu’est-ce qu’une réduction et une oxydation?
Oxydation : perte d’électron
Réduction : gagne des électrons
Oxydant + n(é) –>Réducteur
Réducteur –> Oxydant + n(é)
Le processus d’obtention de l’énergie potentielle chimique implique des réactions d’oxydation réduction
Comment les électrons peuvent se déplacer?
Les électrons sont transférés par paires en tant qu’atomes H
FAD: accepte 2H (2 protons et 2 électrons)
NAD: accepte un ion H- (hydrure, un proton avec 2 e-)
Qu’est-ce que le potentiel rédox?
- Potentiel redox: indique la tendance qu’a une substance à être réduite (donc à accepter des électrons). Tendance qu’une substance à accepter un électron
- Eo’: plus la valeur d’ Eo’ est grande et plus il y a de chances pour que la forme oxydée du substrat accepte des e- pour être réduite.
- Notons qu’Eo’ indique une valeur dans des conditions standard d’1 atm, 25oC, pH 7,0 et toutes les espèces à la conc. 1M
Quels sont les meilleurs oxydant et réducteurs ?
Oxydant : O2 (Eo positif)
Réducteur : Fe2+ (Eo négatif)
La combustion est une réaction…
d’oxydation
Le lactate et le NADH sont des…
Réducteurs puissant, particulièrement le NADH
Quel est l’équation de Nernst?
E = Eo + RT/nF In [ox]^a/[Red]^b
E= Potentiel rédox réel
Eo= Potentiel rédox standard (25oC, 1 atm, 1M chaque réactif et produit, pH 7) R= constante des gaz parfaits (8,3145 J K-1 mol-1)
T= température en degrés Kelvin
n= nombre d’e- transférés
F= constante de Faraday (96,485 J V-1 mol-1)
En kcal F (23,062 kcal V-1 mol-1)
En biologie, les concentrations des espèces oxydées et réduites sont similaires, de sorte que le terme logarithmique est petit et donc qu’E est proche d’Eo.
Notons que E dépende de la concentration, alors des substances avec faible E. peuvent accepter des électrons dans des conditions ou la forme oxydée est très abondante. Par contre, dans les cellules, ça n’arrive pas très souvent.
Comment les électrons se déplacent-ils dans une réaction RÉDOX?
Les électrons vont spontanément de la substance au potentiel REDOX le plus faible (Eo plus faible) vers la substance au potentiel redox le plus fort (Eo plus fort). Quand le potentiel REDOX est faible, les électrons ont plus d’énergie. Le transfert des électrons est favorable dans la direction où ils perdent de l’énergie (2e loi de la thermodynamique).
Les électrons passent donc de NADH (plus d’énergie) à la formation d’H2O (moins d’énergie)
Quel est l’équation pour calculer la variation d’énergie libre à partir de la variation du potentiel rédox?
DGo’ = -n F DE’o
n = nombre d’électrons transférés
F = l’équivalent calorique du faraday
DE’o = exprimé en volt
DE’o positif correspond à une réaction exergonique (DGo’ négatif et spontanée)
Plus la différence entre les valeurs de Eo est grande, plus la tendance d’e- à passer d’une substance à l’autre, et plus la variation d’énergie libre est grande
La relation est inverse entre variation d’énergie libre et variation de potentiel rédox
Quelles sont les étapes d’oxydation du NADH ?
Le NADH est la molécule qui collecte les électrons présents dans les molécules de glucose et acide gras.
1/2 O2 + 2H+ + 2é –>H2O (DE’o = +0,82 V)
NAD+ + H+ + 2é –> NADH (DE’o = -0,32 V)
Donc,
1/2 O2 + H+ + NADH –>H2O + NADH+ (DE’o = 1,14 V)
DG’o = -52,6 kcal/mole = -220 kJ/mole
Cette réaction ne se fait pas en une seule étape et a besoin de l’hydrolyse de l’ATP
Pour fabriquer de l’ATP ça nous prendre 30 kj/mol. C’est du gaspillage si nous utilisons l’oxydation directe du NADH comme source d’énergie.
Comment évitons nous le gaspillage d’énergie?
L’évolution a trouvé une solution pour éviter le gaspillage et la génération d’un excès dangereux d’énergie. Les électrons du NADH ne vont pas directement vers l’oxygène, ils passent par des complexes respiratoires qui se trouvent dans les mitochondries ou la membrane des bactéries. Le transfert se fait en étapes et à chaque étape une partie de l’énergie des électrons est mise en réserve
Transfert des électrons en étape, pas directement, grâce aux complexes respiratoires
Dans les mitochondries chez les eucaryotes et les membranes plasmiques chez les procaryotes.
Évite le gaspillage et la combustion en perdant de l’énergie massivement d’un coup
Vrai ou faux?
Dans une réaction chimique, si une molécule ou un atome est oxydé, un autre doit être réduit.
Vrai
D’après l’équation DG0=-nF DE0
a) Une variation du potentiel redox négatif indique une réaction spontanée
b) Une variation du potentiel redox positif indique une réaction spontanée
b) Une variation du potentiel redox positif indique une réaction spontanée
Quel énoncé est le plus approprié pour décrire la fonction du NAD +?
a) NAD + est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH
b) NAD + est un agent réducteur qui donne des électrons et des protons aux molécules organiques
c) NAD+ est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH2
d) NAD + est un agent réducteur qui donne des électrons et des protons aux molécules inorganiques
a) NAD + est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH
Quelle est la structure de la mitochondrie ?
-Membrane externe perméable aux petites molécules et aux ions
-Membrane interne permettant la phosphorylation oxydation et est imperméable aux ions et molécules non chargées –>Transporteurs d’ADP, acides gras à longues chaînes. Très perméable pour permettre un gradient de protons
-Matrice composé de Krebs, oxydation des acides gras
-Porine sur membrane externe
-La composition ionique de l’espace intermembranaire est équivalente à celle du cytosol (porines).
La condition la plus importante pour comprendre comment l’énergie des électrons est entreposée c’est l’existence d’une membrane imperméable aux ions. La membrane interne de la mitochondrie et la membrane plasmique de bactéries ont cette propriété. Les mitochondries ont aussi une membrane externe avec de gros pores qui permettent la diffusion de toute molécule jusqu’à 10kDa.
Par quoi sont générés le NADH et le FADH2. ? D’où viennent-ils ?
La plupart du NADH et du FADH2 dans la matrice mitochondriale est générée par le TCA (cycle de l’acide tricarboxylique, également appelé cycle de Krebs ou cycle du citrate) et la bêta-oxydation
Les mitochondries ne sont pas capable de transporter NADH dans son cytoplasme. La plupart des réducteurs (FADH2, NADH) viennent alors de la matrice mitochondriale
Les coenzymes réduit NADH et FADH2 constituent les sources des électrons pour la CTE. Dans les mitochondries, le cycle de Krebs et la Beta Ox, donnent la plupart de NADH et FADH2 pour la CTE. Par contre pendant la glycolyse il y a aussi la génération du NADH cytosolique. Comment ce NADH est-il oxydé? Il n’y a pas de transport direct du NADH du cytosol vers les mitochondries. Les équivalents H2 (réducteurs cytosolique) sont transportés par deux navettes.
Quelles sont les navettes de transport des équivalent H2 dans les mitochondries?
La navette glycérol phosphate
La navette malate/aspartate
Expliquez le fonctionnement de la navette glycérol phosphate
La navette glycérol-phosphate transfert les électrons de NADH a la Coenzyme Q, un élément de la CTE. Deux isoformes de l’enzyme GPD participent dans cette navette. La GPDc et la GPDm.
Dans le cytosol le NADH est converti en NAD+ par la GPDc qui va aussi transformer la DHAP en GP (glycérol phosphate). Le GP (celui qui a les électrons maintenant) rentre dans l’espace intermembranaire. Les 2e- sont transférés à la coenzyme FAD de la GPDm pour former le FADH2.
Le GP est donc reconverti en DHAP et les deux e- seront donnés au CoQ. Le DHAP sort de l’espace inter membranaire pour recommencer le cycle.
Fait 1.5 ATP
Expliquez le fonctionnement de la navette malate / aspartate
La navette malate-aspartate est un peu plus compliquée (6 étapes). Dans le cytosol l’enzyme MDH1c oxyde le NADH en même temps qu’elle va convertir l’OAA (oxaloacétate) en malate. Le malate rentre dans la mitochondrie (celui qui porte les e-). Et la MDH2m va catalyser la réaction inverse et reconvertir le malate en OAA comme vous avez déjà vu dans le cycle de Krebs. Dans cette réaction les électrons passent au NAD pour former le NADH.
Les restes de réactions nous permettent de comprendre comment on régénère l’OAA dans le cytosol. OAA ne peut pas sortir de la mitochondrie alors qu’il est d’abord converti en aspartate et celui qui sort de la mitochondrie. C’est une réaction de transamination. Au cytosol l’aspartate est reconverti en OAA par la même réaction.
Oxaloacétate à malate donne électron au malate par déshydrogénase intermembranaire. Malate entrer et désshydrogénase dans la mitochondrie refait l’oxaloacétate et NADH. Oxaloacétate devient aspartate pour sortir par aminotransférase. Plus d’ATP produit que la navette glycérol phosphate
Fait 2.5 ATP
