166 DeUXiÈMe partie La cellule
libère l’énergie libre selon une suite de réactions. Prenons par
exemple la respiration cellulaire, que le système de la figure 8.7c
illustre par analogie. Certaines de ses réactions réversibles
doivent s’effectuer dans un seul sens : elles ne peuvent donc
jamais atteindre le point d’équilibre. Pour prolonger cette
absence d’équilibre, la cellule doit faire en sorte que les produits d’une réaction ne s’accumulent pas ; alors, elle fait d’eux
les réactifs de la réaction suivante. Au terme du processus, les
déchets sont expulsés de la cellule. Le processus global de la
respiration cellulaire a lieu grâce à l’énorme différence d’énergie libre entre le glucose, au sommet de la pente énergétique,
et le dioxyde de carbone et l’eau, au terme du processus. Tant
qu’elle reçoit un apport constant de glucose ou d’autres sources
d’énergie et qu’elle peut rejeter les déchets dans son environnement, la cellule n’atteint jamais l’équilibre métabolique et
elle continue à accomplir son travail, essentiel à la vie.
Nous constatons encore une fois à quel point il est important de considérer l’être vivant comme un système ouvert. La
lumière du Soleil assure un apport quotidien d’énergie libre
aux Végétaux et aux autres organismes photosynthétiques
d’un écosystème. Les Animaux et les autres organismes non
photosynthétiques de cet écosystème doivent disposer d’une
source d’énergie libre, en l’occurrence les produits organiques
de la photosynthèse. Ayant appliqué le concept d’énergie libre
au métabolisme, nous pouvons à présent examiner de quelle
manière une cellule effectue le travail essentiel à la vie.
retour sur le ConCept 8.2
1. La respiration cellulaire consomme du glucose,
riche en énergie libre, et libère du CO 2 et de l’eau,
pauvres en énergie libre. La respiration cellulaire
estelle un processus spontané ou non ? Estelle
exergonique ou endergaonique ? Qu’arrivetil à
l’énergie libérée par le glucose ?
2. FaItes des lIens Nous l’avons vu à la figure 7.20
(p. 152), l’un des principaux processus du métabolisme est le transport des ions hydrogène (H
1
)
à travers une membrane afin d’établir un gradient
de concentration. D’autres processus peuvent mener
à des concentrations d’ions hydrogène égales de
chaque côté. Quelles situations permettent aux ions
hydrogène de réaliser du travail dans le système ?
En quoi cette réponse estelle cohérente avec ce que
la figure 7.20 révèle quant à l’énergie ?
2.
et sI ?
C’est la nuit de la SaintJean et
des fêtards portent des colliers phosphorescents.
Ces colliers s’illuminent une fois qu’on les a activés,
ce qui se fait généralement en attachant les extrémités du collier de manière à mettre deux produits
chimiques en contact, et produire ainsi une réaction
et une émission de chimiluminescence. Un ami
vous demande si cette réaction chimique est exergonique ou endergonique ; que lui répondezvous ?
Expliquez votre réponse.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
8.3
L’atp permet le travail cellulaire
en couplant les réactions exergoniques
aux réactions endergoniques
Une cellule produit principalement trois types de travail :
• un travail chimique, soit le déclenchement de réactions endergoniques qui ne se produiraient pas spontanément, comme
la synthèse de polymères à partir de monomères (sujet du
présent chapitre ainsi que des chapitres 9 et 10) ;
• un travail de transport, comme le passage transmembranaire de substances dans le sens inverse du mouvement
spontané (voir le chapitre 7) ;
• un travail mécanique, comme le changement de forme
d’une cellule, le battement des cils (voir le chapitre 6), la
contraction des cellules musculaires ou le mouvement des
chromosomes au cours de la reproduction cellulaire.
Le couplage d’énergie est un processus clé de la bioénergétique. Il consiste à employer l’énergie dégagée par une réaction exergonique pour déclencher une réaction endergonique,
en grande partie grâce à l’ATP. Dans la majorité des cas, l’ATP
est la source d’énergie directe qui permet à la cellule de produire du travail.
La structure et l’hydrolyse de l’atp
Nous avons déjà parlé de l’ATP (adénosine triphosphate)
au chapitre 4, lorsque nous avons expliqué que le groupement
phosphate était un groupement fonctionnel. Examinons de
plus près la structure de la molécule d’ATP. Celleci se compose
du ribose, auquel sont liées la base azotée adénine et une
chaîne de trois groupements phosphate (figure 8.8a). En
plus de son rôle dans le couplage d’énergie, l’ATP est l’un des
nucléosides triphosphates utilisés pour produire l’ARN (voir
la figure 5.26, p. 96).
Les liaisons entre les groupements phosphate de l’ATP
peuvent être rompues par une réaction d’hydrolyse. Lorsque
l’ajout d’une molécule d’eau brise la liaison du phosphate
terminal, il y a libération d’une molécule de phosphate inorganique (HOPO 3
22
, que nous exprimerons dorénavant par le
symbole P i ). L’ATP devient alors l’adénosine diphosphate, ou
ADP (figure 8.8b). Il s’agit d’une réaction exergonique ; dans
des conditions normales, elle dégage 30,5 kJ d’énergie par
mole d’ATP hydrolysée :
ATP 1 H 2 O → ADP 1 P i
DG 5 230,5 kJ/mol (conditions normales)
Il s’agit là de la variation d’énergie libre mesurée en laboratoire dans des conditions normales. Cependant, dans la cellule,
les conditions ne sont pas normales, principalement parce que
la concentration du produit et du réactif diffère de 1 mole.
Par exemple, quand l’hydrolyse de l’ATP se déroule dans les
conditions du milieu cellulaire, la valeur réelle de DG est
d’environ 254,4 kJ/mol, soit 78 % de plus que l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP dans des conditions normales.
libère l’énergie libre selon une suite de réactions. Prenons par
exemple la respiration cellulaire, que le système de la figure 8.7c
illustre par analogie. Certaines de ses réactions réversibles
doivent s’effectuer dans un seul sens : elles ne peuvent donc
jamais atteindre le point d’équilibre. Pour prolonger cette
absence d’équilibre, la cellule doit faire en sorte que les produits d’une réaction ne s’accumulent pas ; alors, elle fait d’eux
les réactifs de la réaction suivante. Au terme du processus, les
déchets sont expulsés de la cellule. Le processus global de la
respiration cellulaire a lieu grâce à l’énorme différence d’énergie libre entre le glucose, au sommet de la pente énergétique,
et le dioxyde de carbone et l’eau, au terme du processus. Tant
qu’elle reçoit un apport constant de glucose ou d’autres sources
d’énergie et qu’elle peut rejeter les déchets dans son environnement, la cellule n’atteint jamais l’équilibre métabolique et
elle continue à accomplir son travail, essentiel à la vie.
Nous constatons encore une fois à quel point il est important de considérer l’être vivant comme un système ouvert. La
lumière du Soleil assure un apport quotidien d’énergie libre
aux Végétaux et aux autres organismes photosynthétiques
d’un écosystème. Les Animaux et les autres organismes non
photosynthétiques de cet écosystème doivent disposer d’une
source d’énergie libre, en l’occurrence les produits organiques
de la photosynthèse. Ayant appliqué le concept d’énergie libre
au métabolisme, nous pouvons à présent examiner de quelle
manière une cellule effectue le travail essentiel à la vie.
retour sur le ConCept 8.2
1. La respiration cellulaire consomme du glucose,
riche en énergie libre, et libère du CO 2 et de l’eau,
pauvres en énergie libre. La respiration cellulaire
estelle un processus spontané ou non ? Estelle
exergonique ou endergaonique ? Qu’arrivetil à
l’énergie libérée par le glucose ?
2. FaItes des lIens Nous l’avons vu à la figure 7.20
(p. 152), l’un des principaux processus du métabolisme est le transport des ions hydrogène (H
1
)
à travers une membrane afin d’établir un gradient
de concentration. D’autres processus peuvent mener
à des concentrations d’ions hydrogène égales de
chaque côté. Quelles situations permettent aux ions
hydrogène de réaliser du travail dans le système ?
En quoi cette réponse estelle cohérente avec ce que
la figure 7.20 révèle quant à l’énergie ?
2.
et sI ?
C’est la nuit de la SaintJean et
des fêtards portent des colliers phosphorescents.
Ces colliers s’illuminent une fois qu’on les a activés,
ce qui se fait généralement en attachant les extrémités du collier de manière à mettre deux produits
chimiques en contact, et produire ainsi une réaction
et une émission de chimiluminescence. Un ami
vous demande si cette réaction chimique est exergonique ou endergonique ; que lui répondezvous ?
Expliquez votre réponse.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
8.3
L’atp permet le travail cellulaire
en couplant les réactions exergoniques
aux réactions endergoniques
Une cellule produit principalement trois types de travail :
• un travail chimique, soit le déclenchement de réactions endergoniques qui ne se produiraient pas spontanément, comme
la synthèse de polymères à partir de monomères (sujet du
présent chapitre ainsi que des chapitres 9 et 10) ;
• un travail de transport, comme le passage transmembranaire de substances dans le sens inverse du mouvement
spontané (voir le chapitre 7) ;
• un travail mécanique, comme le changement de forme
d’une cellule, le battement des cils (voir le chapitre 6), la
contraction des cellules musculaires ou le mouvement des
chromosomes au cours de la reproduction cellulaire.
Le couplage d’énergie est un processus clé de la bioénergétique. Il consiste à employer l’énergie dégagée par une réaction exergonique pour déclencher une réaction endergonique,
en grande partie grâce à l’ATP. Dans la majorité des cas, l’ATP
est la source d’énergie directe qui permet à la cellule de produire du travail.
La structure et l’hydrolyse de l’atp
Nous avons déjà parlé de l’ATP (adénosine triphosphate)
au chapitre 4, lorsque nous avons expliqué que le groupement
phosphate était un groupement fonctionnel. Examinons de
plus près la structure de la molécule d’ATP. Celleci se compose
du ribose, auquel sont liées la base azotée adénine et une
chaîne de trois groupements phosphate (figure 8.8a). En
plus de son rôle dans le couplage d’énergie, l’ATP est l’un des
nucléosides triphosphates utilisés pour produire l’ARN (voir
la figure 5.26, p. 96).
Les liaisons entre les groupements phosphate de l’ATP
peuvent être rompues par une réaction d’hydrolyse. Lorsque
l’ajout d’une molécule d’eau brise la liaison du phosphate
terminal, il y a libération d’une molécule de phosphate inorganique (HOPO 3
22
, que nous exprimerons dorénavant par le
symbole P i ). L’ATP devient alors l’adénosine diphosphate, ou
ADP (figure 8.8b). Il s’agit d’une réaction exergonique ; dans
des conditions normales, elle dégage 30,5 kJ d’énergie par
mole d’ATP hydrolysée :
ATP 1 H 2 O → ADP 1 P i
DG 5 230,5 kJ/mol (conditions normales)
Il s’agit là de la variation d’énergie libre mesurée en laboratoire dans des conditions normales. Cependant, dans la cellule,
les conditions ne sont pas normales, principalement parce que
la concentration du produit et du réactif diffère de 1 mole.
Par exemple, quand l’hydrolyse de l’ATP se déroule dans les
conditions du milieu cellulaire, la valeur réelle de DG est
d’environ 254,4 kJ/mol, soit 78 % de plus que l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP dans des conditions normales.