Extrait du cours généralités sur le métabolisme
C\ Equilibre dynamique.
Dans une cellule, le catabolisme et l’anabolisme vont créer deux flux opposés de matériaux et d’énergie. On obtient toutefois un équilibre qui n’est qu’apparent. Ce pseudo-équilibre est obtenu grâce au renouvellement permanent de la majorité des composants : c’est le phénomène de turn-over. Ce turn-over ne touche pas les constituants dont les éléments structuraux ont un turn-over presque nul.
Dans ce cas, on parle d’équilibre dynamique ; la cellule se comporte comme un milieu réactionnel. Les réactions ont lieu dans le cytoplasme et dans toutes les inclusions cellulaires.
D\ Milieu réactionnel.
Particularité : les réactions biochimiques se réalisent essentiellement dans les milieux riches en eau. Dans les cellules, les structures membranaires ont des fonctions aqueuses. Les réactions se font dans le cytoplasme. Le milieu cytoplasmique est riche en eau et certaines réactions vont être possibles grâce à la présence d’enzymes dans les zones polaires ou dans les non polaires.
Dans la cellule, température et pression sont toujours à peu près constantes. L’énergie utilisée pour réaliser les réactions est toujours d’origine chimique. Dans les cellules, les concentrations en réactifs varient peu, tout comme le pH et les catalyseurs sont remplacés par les enzymes. Dans une cellule, on trouve de très nombreuses espèces moléculaires. Cette grande diversité permet l’accomplissement d’une multitude de réaction tout en conservant la possibilité de contrôle et d’assimilation par de multiples réactions. A l’état d’équilibre, une cellule a un métabolisme interne très actif.
E\ Etude métabolique.
On va établir des séquences métaboliques pour étudier les réactions, puis, pour les situer, on va localiser les voies métaboliques dans les différents compartiments cellulaires. On verra enfin quels sont les mécanismes de régulation entre les différents compartiments.
II\ Les énergies dans les réactions biochimiques.
A\ Rappels de thermodynamique.
1\ Premier principe.
L’énergie d’un système et de son milieu est constante. L’enthalpie (DH) est la chaleur de réaction à pression constante.
2\ Second principe.
L’état d’ordre d’un système est égal à l’entropie (DS). L’état d’énergie prend en compte l’enthalpie, l’entropie et la chaleur. On a donc la formule : DG=DH-TDS.
3\ Exemples.
Mesure de variation : si on travail à V = constante, on obtient l’énergie. L’enthalpie libre donne la réaction qui se fait spontanément : c’est un critère de spontanéité des réactions chimiques.
Quand DG < 0, il est possible que la réaction soit exergonique. Il y aura perte d’énergie.
DG=DG°+RTLogK.
Dans la matière vivante, la température, le pH et les concentrations sont très variables (DG’° est l’enthalpie libre standard à pH = 7).
Beaucoup de réactions sont des oxydoréductions. On utilisera alors des paramètres électrochimiques : E = E° + (RT)/(nF) ´ Log(Ox/Red), donc, DG’°=-nFDE’°.
En général, on a deux couples rédox : les électrons seront transférés du couple le plus électronégatif au couple le plus réducteur. DG=G1-G2=nF(E1-E2).
0 ³ DG’° ó 0 ³ -nF(E’1-E’2).
B\ Le couplage.
1\ L’ATP.
La plupart des réactions sont endergoniques et demandent donc de l’énergie qui viendra du catabolisme è c’est un couplage énergétique.
Le transfert énergétique se fait grâce à des composés riches en énergie. Ces composés assurent le stockage et le transport de cette énergie. L’ATP est alors renouvelé. L’ATP est un ester triphosphate d’adénosine. On trouve dans cette molécule trois liaisons phosphates différentes. La première liaison a une énergie de –12,5 KJ/mol alors que les deuxièmes et troisièmes liaisons ont une énergie de –29 KJ/mol.
ATP à ß ADP + Pi Parfois, on a ATP à ß AMP + 2Pi (DG=-36 KJ/mol).
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