Module 2 : L'énergie dans la cellule Flashcards
Définissez la thermodynamique classique.
La description quantitative des échanges de chaleur et d’énergie des équilibres chimiques.
Qu’est-ce qu’un système ouvert?
Qu’est-ce qu’un système fermé?
Qu’est-ce qu’un système isolé?
- Un système qui peut échanger de l’énergie et de la matière avec l’environnement.
- Un système qui peut échanger seulement de l’énergie avec son environnement.
- Un système qui n’échange ni matière ni énergie avec l’environnement.
Quels sont les 2 principes de base de la thermodynamique?
1) L’énergie totale de l’univers demeure constante.
2) L’entropie de l’univers ne fait qu’augmenter.
Qu’est-ce que l’entropie?
Le degré de désordre ou de hasard (une mesure de la distribution d’énergie).
Quel types de réactions ont lieu dans les cellules?
- Transformation ou utilisation d’énergie
- Synthèse de biomolécules (anabolisme)
- Dégradation de biomolécules (catabolisme)
Les organismes vivants sont-ils des systèmes ouverts, fermés ou isolés?
Ouverts
La cellule peut-elle créer de l’énergie? La cellule est-elle en équilibre avec son environnement?
- Non, elle peut seulement l’extraire, la transformer, l’utiliser et l’échanger.
- Non, elle n’est jamais en équilibre avec son environnement. Elle est plutôt dans un état stationnaire dynamique.
Comment la cellule crée-t-elle de l’ordre, tout en créant du désordre?
Elle crée de l’ordre au sein de son propre système en fabriquant des biomolécules. Elle crée du désordre en augmentant naturellement l’entropie de l’univers.
Le système ouvert de la cellule peut-il atteindre l’équilibre avec son environnement?
Non, il se trouve plutôt en état stationnaire dynamique car la vitesse d’apparition des composés cellulaires est compensé par la vitesse de dégradation de ce dernier.
Comment appelle-t-on l’énergie interne d’un système réactionnel?
L’enthalpie totale (H)
Quelle partie de l’enthalpie totale peut être utilisée pour effectuer un travail utile?
L’énergie libre (G)
Qu’est-ce que l’énergie entropique (TS) (ou l’énergie du désordre du système).
La différence entre l’enthalpie totale et l’énergie libre.
Quelle formule représente la relation entre H, G et TS? Quelle formule représente la relation entre ∆H, ∆G et T∆S?
- G = H - TS
- ∆G = ∆H - T∆S
Pourquoi est-ce qu’on s’intéresse plutôt à ∆G que G (énergie libre)?
∆G nous permet de connaître le sens d’évolution d’un système réactionnel.
Qu’indique un ∆G = 0?
- Le processus réactionnel est à l’équilibre
- Il n’y a pas de flux dans aucune des 2 directions.
Qu’indique un ∆G < 0?
- Le processus réactionnel est spontané (favorisé) vers la droite (bon sens)
- La réaction est exergonique
- De la chaleur est dégagée.
Qu’indique un ∆G > 0?
- Le processus réactionnel est spontané (favorisé) vers la gauche (sens inverse)
- La réaction est endergonique
- De la chaleur est requise.
La valeur de ∆G permet-elle de déterminer la vitesse de la réaction?
Non
Qu’arrive-t-il à l’entropie du système lorsque les produits de la réaction sont plus nombreux et moins complexes que les réactifs et vice versa?
L’entropie augmente et ∆S est positif et vice versa.
Vrai ou faux : ∆H est l’énergie dissipée ou absorbée dans une réaction, et permet de prédire le sens de l’évolution d’un réaction.
Faux, ne permet pas de prédire le sens de l’évolution d’une réaction.
Que signifie une ∆H positive?
- De la chaleur est requise
- Réaction endothermique
Que signifie une ∆H négative?
- De la chaleur est dégagée
- Réaction exothermique
Qu’est-ce que la variation de l’énergie libre standard ( ∆G˚)?
La variation de l’énergie libre standard en conditions biochimiques, une constante qui est spécifique pour chaque réaction.
Définissez les conditions standards.
- La concentration de chaque réactif est de 1,0 M
- La réaction se produit à 298K (25˚C)
- La concentration des ions hydrogène (protons) est de
1,0 M, soit à pH = 0
Supposons qu’une réaction a atteint l’équilibre. Quelles deux choses sont certaines?
- Q = Keq
- ∆G = 0
En biochimie les réactions se produisent-elles à pH = 0, comme dans les conditions standards?
Non, à pH = 7
Définissez les conditions standards biochimiques.
- La concentration de chaque réactif est de 1,0 M
- La concentration de l’eau est de 55 M
- La réaction se produit à 298K (25˚C)
- La concentration des ions hydrogène (protons) est de
10^-7 M, soit à pH = 7
Vrai ou faux : le critère de spontanéité d’une réaction est sa ∆G˚’.
Faux, c’est sa ∆G.
Que signifie une valeur de ∆G˚’ entre -10 et +10 kJ/mole?
Cela indique que la réaction est réversible.
VRAI OU FAUX : une réaction thermodynamiquement défavorable dans des conditions biochimiques standards (∆G˚’ positif) ne peut pas avoir lieu dans des conditions où Q est plus petit que Keq.
Faux, peut avoir lieu.
VRAI ou FAUX : les enzymes ne peuvent accélérer que les réactions thermodynamiquement favorables.
VRAI
Qu’est-ce que l’homéostasie/steady-state/état stationnaire?
L’ensemble des conditions (température, pH, concentration d’ions) permettant la survie d’un organisme.
Quelle est la différence entre l’homéostasie (état stationnaire) et l’état d’équilibre?
Dans l’homéostasie, le ∆G de plusieurs réactions est < 0 alors qu’à l’état d’équilibre, ∆G = 0 pour toutes les réactions donc elles ne sont pas spontanées.
Une réaction thermodynamiquement défavorable peut-elle tout de même se produire?
Oui, si elle est couplée à une réaction favorable ou si elle est dans des conditions biologiques standards tout en maintenant Q eq.
Le ∆G total d’une série de réactions couplées chimiquement est-elle égale à la somme des variations d’énergie libre considérées individuellement?
Oui
Sous quelle forme l’énergie est-elle principalement transportée dans la cellule?
L’ATP
Quel composé lie les processus anaboliques et cataboliques?
L’ATP
Quelles sont les formes d’énergie, autres que l’ATP, présentes dans la cellule?
- Composés phosphorylés
- Composés à liens thioester
- Cofacteurs réduits (réactions d’oxydoréduction)
Quels cofacteurs participent aux réactions d’oxydoréduction? Donne la forme réduite de chacun.
- NAD+ (NADH)
- NADP+ (NADPH)
- FMN (FMNH2)
- FAD (FADH2)
- Ubiquinone (QH2)
Quels cofacteurs sont hydrosolubles?
Quels cofacteurs ont des groupement prosthétiques?
Quels cofacteurs sont liposoluble?
- NAD+ et NADP+
- FMN et FAD
- Ubiquinone
Qu’est-ce que l’adénosine triphosphate?
L’ATP, un produit riche en énergie qui est la monnaie énergétique la plus courante.
Comment les réactions endergoniques des sentiers anaboliques sont-elles habituellement rendues favorables?
La cellule couple ces réactions à l’hydrolyse (dissociation) de l’ATP par l’intermédiaire d’enzymes.
Quelle est l’utilité de l’hydrolyse de l’ATP, autre que rendre certaines réactions favorables?
L’hydrolyse de l’ATP fournit l’énergie nécessaires à divers processus physiologiques tels que la contraction musculaire, le transport actif primaire et le repliement des protéines.
Quelles sont les composantes de l’ATP?
- Une adénosine (adénine et sucre)
- 3 groupements phosphoryles liés à l’adénosine via un lien phosphodiester, suivi de deux liens phosphoanhydride qui lie les 2 groupements restants.
L’ATP est-elle thermodynamiquement stable ou instable?
Instable.
Lors de l’hydrolyse de l’ATP, quels produits peuvent être formés pour former de l’énergie d’hydrolyse?
- ADP
- AMP
Donne la réaction d’hydrolyse de l’ATP en ADP.
ATP + H2O -> ADP + Pi + H+
Le ∆G de l’hydrolyse de l’ATP dépend de quelles conditions?
- La concentration des réactifs
- Le pH
- La concentration d’ions métalliques (surtout Mg)
Quels facteurs sont responsables du caractère «riche en énergie» des liaisons phosphoanhydrides? En d’autres mots, qu’est-ce qui fait que le ∆G’ de l’hydrolyse de l’ATP est si favorable?
- L’effet déstabilisateur des forces de répulsion électrostatique
- La stabilisation par résonance
- Les produits de cette hydrolyse sont plus stables car ils sont plus hydratés que l’ATP
Expliquez l’effet déstabilisateur des forces de répulsion électrostatique de l’ATP.
La présence de 3 ou 4 charges négatives sur les groupements phosphoryles de l’ATP augmente les forces de répulsion de cette molécule par rapport à ses produits plus hydratés.
Expliquez la raison de la stabilisation par résonance accrue chez les produits de l’ATP.
Dans le lien phosphoanhydride de l’ATP, les 2 groupements phosphoryles électronégatifs se battent pour les électrons alors que dans les produits, cela n’a pas lieu et ces groupements phosphoryles sont stabilisés par la résonance.
Quel facteur serait supposément le plus contributif à l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP?
L’hydratation (la recherche de l’hydratation)
Quels sont les complexes de l’ATP et de l’ADP les plus fréquents dans les conditions physiologiques et pourquoi?
Les complexes d’ATP et d’ADP avec le magnésium (Mg2+) car les interactions entre l’ion magnésium et les atomes d’oxygène du groupe phosphoryle ont pour effet de neutraliser partiellement les charges négatives des atomes d’oxygène et de diminuer la répulsion électrostatique. Ainsi, il y a augmentation du ∆G˚’ d’hydrolyse de l’ATP.
Pourquoi les ions métalliques (ex: Mg2+) sont-ils essentiels pour l’hydrolyse de l’ATP?
Les enzymes qui hydrolysent l’ATP restent inactives en l’absence d’ions métalliques divalents (Mg2+ ou Mn2+).
Pourquoi les enzymes qui hydrolysent l’ATP restent inactives en l’absence d’ions métalliques divalents (Mg2+ ou Mn2+)?
1) Les interaction entre l’ion et les atomes d’O maintiennent le nucléotide dans une conformation bien définie qui peut être fixée par une enzyme d’une manière spécifique.
2) L’ion augmente les interactions entre le complexe ATP-Mg2+ et l’enzyme, ce qui augmente l’énergie de liaison.
3) La neutralisation des charges négatives des groupements phosphoryles de l’ATP par l’ion favorise la réaction en diminuant la répulsion entre ces derniers et la paire d’électrons du nucléophile.
Pourquoi l’ATP s’hydrolyse-t-elle aussi difficilement en milieu aqueux?
Parce que l’énergie d’activation nécessaire pour l’hydrolyse des liaisons phosphoanhydrides est très élevée.
Comment l’hydrolyse de l’ATP est-elle assurée en milieu aqueux?
L’ATP n’est réactive qu’en présence de l’enzyme appropriée puisque cette dernière abaisse l’énergie d’activation.
Quel est l’avantage de la limitation de l’hydrolyse de l’ATP en milieu aqueux?
L’ATP peut transporter son énergie potentielle chimique d’une enzyme à une autre à intérêt sans risque d’hydrolyse dans le milieu aqueux où elle baigne.
Quel est l’avantage de synthétiser la molécule entière d’ATP et non uniquement des pyrophosphates libres (PPi) puisque l’hydrolyse de ces derniers est également une réaction exergonique?
Avec le groupement adénosine, la structure de l’ATP est plus volumineuse que le PPi et élaborée ce qui permet à certaines enzymes d’attraper spécifiquement l’ATP. SPÉCIFICITÉ ENZYMATIQUE
Qu’est-ce que la bioénergétique?
L’étude quantitative des échanges de chaleur et d’énergie dans les systèmes biologiques.
Le critère de spontanéité d’une réaction dépend de son ____, et non de son ____.
- ∆G
- ∆G˚’
VRAI OU FAUX : le changement d’énergie libre est indépendant du mécanisme ou du sentier utilisé, et est additif.
Vrai
Pourquoi la concentration cellulaire d’ATP doit-elle être maintenue bien au-dessus des concentrations d’équilibre?
Pour maintenir un ∆G d’hydrolyse très grand et négatif. L’ATP, l’ADP et le Pi font varier le ∆G d’hydrolyse de l’ATP.
L’ATP n’est pas un réservoir ; elle doit constamment être regénérée. Nomme 4 processus qui assurent ce renouvellement.
- Phosphorylation oxydative
- Photosynthèse
- Phosphorylation au niveau du substrat
- Transphosphorylation entre nucléotides
Pour plusieurs organismes, un des principaux processus générateurs d’énergie est _________.
L’oxydation du glucose en CO2.
VRAI OU FAUX : L’hydrolyse du 1,3-biphosphoglycérate est une phosphorylation au niveau du substrat qui est favorisée par les mêmes facteurs qui soutiennent l’hydrolyse de l’ATP.
VRAI
VRAI OU FAUX : la forme énol du pyruvate est plus stable que la forme céto du pyruvate. C’est cette conversion qui donne l’impulsion thermodynamique nécesaire pour phosphoryler l’ADP en ATP.
Faux, forme ceto est plus stable que la forme énol.
L’énergie contenue dans un lien thioester est utilisée pour produire….? Elle peut aussi servir à ….?
- De l’ATP
- Servir au transfert des groupements acyle à des molécules réceptrices.
Quelle enzyme permet de produire de l’ATP à partir de 2 molécules d’ADP?
Adénylate kinase.
La transphosphorylation entre nucléotides se produit entre…?
Entre les différentes formes d’adénosine phosphate. L’adénylate kinase permet cette réaction.
La réversibilité des réactions catalysées par la créatine kinase et l’adénylate kinase permet à la cellule de maintenir les concentrations d’ATP, d’ADP et d’AMP constante. Pourquoi cela est-il important?
Puisqu’une variation importante de ces concentrations a un impact important sur le ∆G d’hydrolyse de l’ATP (et donc sur toutes les réactions couplées à cette hydrolyse).
VRAI OU FAUX : l’interconversion des NTPs peut également ajustée la concentration d’ATP.
Vrai
VRAI OU FAUX : tous les NTPs sont synthétisés à partir de l’ADP et du nucléoside diphosphate correspondant (NDP).
Faux, à partir de l’ATP et du nucléoside….
- Qu’est-ce que l’oxydation?
- Qu’est-ce que la réduction?
- Réaction provoquant la perte d’un électron
- Réaction provoquant le gain d’un électron
- Qu’est-ce qu’un agent oxydant?
- Qu’est-ce qu’un agent réducteur?
- Agent accepteur d’électron et réduit suite à la réaction
- Agent donneur d’électron et oxydé suite à la réaction.
Les réactions d’oxydation sont….?
2 demis-réactions couplées. L’agent réducteur fournit les électrons et s’oxyde, tandis que l’agent oxydant capte les électrons et se réduit.
VRAI ou FAUX : une réaction d’oxydation n’est pas toujours accompagnée d’une réaction de réduction.
Faux, TOUJOURS!
Le catabolisme est une réaction _____, tandis que l’anabolisme est une réaction _________.
D’oxydation, de réduction.
La phosphorylation oxydative convertit l’énergie associée au transfert des électrons en…?
En énergie chimique emmagasinée dans les liens phosphoanhydride de l’ATP.
VRAI OU FAUX : on peut voir les cofacteurs réduits comme des transporteurs d’électrons.
Vrai, ils ont une forte propension à s’oxyder et donc à transférer les électrons à d’autres espèces chimiques.
Beaucoup de réactions d’oxydoréduction des voies métaboliques se traduisent par la rupture d’une liaison _______. Cela entraîne souvent la perte d’un atome _____.
- C-H, avec la perte en dernier ressort des deux électrons de liaison par l’atome de carbone.
- Atome d’hydrogène.
Comment sont formés le NAD+ et le NADP+? Comment diffèrent-ils?
- Sont formés par la liaison d’un AMP à un nucléotide contenant le groupement nicotinamide.
- Ils diffèren.t au niveau de la position 2’ de l’AMP
Une réaction d’oxydation impliquant le NAD+/NADP+ ou de réduction NADH/NADPH implique toujours le transfert de ……?
2 électrons à la fois.
Que permettent la solubilité et la stabilité du NADH et du NADPH?
De transporter leur pouvoir réducteur d’une enzyme à une autre.
- Le NADH est utilisé pour…?
- Le NADPH est utilisé pour …?
- Utilisé pour la synthèse d’ATP via la phosphorylation oxydative.
- Utilisé comme agent réducteur lors des réactions anaboliques.
L’ubiquinone est un transporteur ________ qui assure le transport et le transfert des _______ entre certains complexes enzymatiques contenus dans les membranes.
- Liposoluble
- électrons
Qu’assure le caractère hydrophobe de la queue de la CoQ, une quinone hydrophobe?
Assure sa localisation dans la bicouche lipidique des membranes.
VRAI OU FAUX : La CoQ est un oxydant moins puissant que le NAP+/NADP+ et le FMN/FAD et par conséquent, elle peut être réduire par ces derniers.
Faux, plus puissant.
Qu’est-ce que le potentiel de réduction (E)?
La mesure de la tendance des espèces chimiques à être réduites ou oxydés. → mesure d’affinité pour les électrons, mesuré en volts
Plus E est petit, plus son affinité pour attirer les électrons est….? Plus E est grand, plus son affinité pour attirer les électrons est….?
- Faible (donneur), Agent réducteur
- Grande (accepteur), agent oxydant
Que permet le E’ d’une espèce chimique (potentiel standard de réaction)?
Permet de comparer le potentiel de réduction dans des conditions biochimiques standards (demi-réaction de référence : réduction de H+ en H2 gazeux).
E’ faible = …..
E’ élevé = …..
- Agent réducteur
- Agent oxydant
VRAI OU FAUX : les potentiels de réduction sont sensibles à leur environnement moléculaire.
Vrai
E’ positif = …..
E’ négatif = …..
Réaction vers la droite
Réaction vers la gauche
*Contraire de ∆G’
Réaction de la créatine kinase? fonction?
ATP + créatine = ADP + phosphocréatine
maintient de la concentration d’ATP
Réservoir en énergie libre chez les vertebrés ?
Phosphocréatine quand ATP est épuisée
3 mécanismes de synthèse d’atp ?
- Créatine kinase (maintient de la concentration d’ATP)
- Adenylate kinase (régénération de l’ATP)
- Nucléotide diphosphate kinase (synthèse des autres ntp)
