Bioénergétique et Chaine respiratoire

BIOENERGETIQUE

Généralités

L'énergie chimique est essentielle à la survie des organismes, cette énergie provient de formation de liaison.

Energie essentiellement de liaison : en clivant des liaisons covalentes on récupère de l’énergie (lipides, glucides et AA secondairement).

1. Les différents types d'organismes :

1. Organismes phototrophes (plantes et algues) :

Transforment l’énergie des photons, dépend de la fréquence des photons, convertit cette énergie sous forme chimique de liaisons (liaison C-C).

C’est l’ADP qui capte l’énergie et qui permet la formation d’ATP. Dans les chloroplastes.

Les plantes ont une absorbance maximale entre 400 et 500nm. Les deux principales formes moléculaires sont les chlorophylles A et B, sont capables d’absorber 1% de l’énergie solaire : donc quantité relativement faible.

Convertissent l'énergie solaire en énergie chimique :

n : nombre de photons [pic 1]

h : constante de Planck

ν : fréquences des photons

[pic 2]

L'énergie des photons est convertie en

• Énergie de liaison (ATP)
• Source de molécules réduites (NADPH)

1. Organismes chimiotrophes (Homme) :[pic 3]

Utilisent l'énergie des liaisons des molécules organiques (pas de conversion de l’énergie solaire). L'énergie contenue dans ces molécules est utilisée directement ou par conversion grâce à la phosphorylation oxydative. Ces molécules sont essentiellement les oses, les protéines et les AG. Les 3 donnent de l’Acétyl-CoA ?[pic 4]

Les coenzymes réduites peuvent-être le FADH2 ou le NADH+H+. Ils entrent dans la chaine respiratoire pour produire de l’ATP.

Le glucose passe dans la cellule (via 4 transporteurs différentes avec différentes disponibilités), cette molécule est activée par l’ATP, activation de coenzyme, le pyruvate va passer avec le glucose dans la mitochondrie ce qui créer des coenzymes réduits qui entreront dans la chaîne respiratoire (Pyruvate sert de

Transporteur de glucose = transport facilité).

1. Relation entre le ΔG° et la constante d'équilibre :

Dépendant des concentrations molaires dans le milieu réactionnel. Établis selon les conditions standard biologiques. Dépend de l’équilibre chimique.[pic 5]

• Si Keq> 1 ; ΔG° < 0 donc la réaction se produit spontanément

• Si Keq< 1 ; ΔG° > 0 la réaction est spontané dans le sens inverse, reformation des substrats à partir des produits.

1. Spécificité de la biochimie :

La Keq est une constante déterminée dans des conditions expérimentales (équilibre ≠ concentrations égales). Elle est théorique et peut varier. Dans les milieux biologiques on rompt cet équilibre et il n’y a pas vraiment d’équilibre en biochimie du vivant : le produit est actif. Ce déséquilibre permanent peut participer à orienter les réactions et à augmenter l’énergie chimique

• Système en permanence en réaction

[pic 6]

• Les concentrations de chacun des partenaires influent sur l'évolution des réactions

• Les réactions sont couplées :

[pic 7]

• Réaction endergonique : ΔG>0 (non-spontanée → « a besoin de travail »)

• Réaction exergonique : ΔG<0 (libère de l’énergie, spontanée)

[pic 8]

La réaction d’hydrolyse de l’ATP est hautement exergonique.  [pic 9]

CSQ : Si on couple ces deux réactions on peut avoir un ΔG<0 donc cette réaction sera spontanée.

Réaction endergonique (= qui nécessite de l’énergie) couplée à une réaction exergonique

• Obtention d’un ΔG dit efficace et qui sera donc négatif.

L’orientation de la réaction dépend aussi de la disponibilité des produits et des substrats

• Permet le fait que cette réaction est spontanée dans les conditions biologiques.

Energie chimique

1. Liaisons chimiques et stockage de l’énergie :

1. Degré d’oxydation :

Les triglycérides (83% de l’énergie), glycogène, glucose et dérivés.

1. β-oxydation des lipides :

Les triglycérides représentent 83% de l’énergie potentielle de notre organisme. Les 2 sources mobilisées sont : glycogène et triglycérides. Glycogène consommé très rapidement, puis une fois épuisé, on consomme les réserves en triglycérides.[pic 10]

Les AG sont activés par la fixation d’un CoA. En présence de FAD et d’eau, on génère un alcool de l’AG avec libération de 2 protons et 2 électrons.

NB : Changement de l’état d’oxydation du carbone béta (de -2 à 0).

1. Glycolyse :

[pic 11]

1. Activation = phosphorylation du glycose (par hexokinase) : ose biphosphorylés
2. Obtention du 3-glycéraldéhyde phosphate + DHAP (Dihydroxyacétolphosphate) : nombre d’oxydation +1.
3. Oxydation (+1) grâce à aldolase (ΔG>0) en 1,3-biphosphoglycérate : nombre d’oxydation +3

[pic 12]

La réaction se fait plutôt dans l’autre sens. ΔG°’ = + 23,8 kJ.mole-1.

Pour favoriser le sens du clivage, il faut consommer les produits.

• Il faut consommer rapidement les produits pour orienter le sens de la direction car déshydrogénase très réactive sinon.

1. Liaisons riches : ATP, GTP…

Elles ont un ΔG° très négatif. Les liaisons C-C sont les formes majoritaires de stockage de l’énergie (pas très riches). Les mêmes molécules sont également impliquées dans la structure des composés cellulaires.

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