170 DeUXiÈMe partie La cellule
état de transition : ils sont activés, et leurs liaisons peuvent
se rompre. Puis, pendant que les atomes s’installent dans leur
nouvel état plus stable, de l’énergie se dégage dans leur environnement. Ce dégagement correspond à la partie inférieure
de la courbe, qui illustre la perte d’énergie libre des molécules.
La diminution totale de l’énergie libre signifie que E A est remboursée avec intérêt, puisque la formation de nouvelles liaisons
dégage plus d’énergie que ce qui a été investi dans la rupture
des anciennes liaisons.
La réaction illustrée à la figure 8.12 est exergonique et se
produit spontanément. Cependant, l’énergie d’activation crée
une barrière qui détermine la vitesse de la réaction. Les réactifs doivent absorber suffisamment d’énergie pour franchir
cette barrière d’activation avant que la réaction ne démarre.
Dans certaines réactions, E A est si peu élevée (la barrière est si
basse) que l’énergie thermique qui existe à la température
ambiante suffit à mener les réactifs à l’état de transition. Cependant, dans la plupart des cas, la barrière de E A est tellement
élevée, et l’état de transition si rarement atteint, que la réaction ne peut s’amorcer. Les réactifs ont besoin de chaleur pour
que la réaction se produise à une vitesse perceptible. Ainsi, la
réaction de l’essence et de l’oxygène est exergonique et se
produit spontanément, mais il faut fournir de l’énergie aux
molécules pour qu’elles atteignent l’état de transition requis
et réagissent. C’est seulement lorsque les bougies d’allumage
produisent une étincelle dans le moteur d’une automobile
que se déclenche la réaction explosive libérant l’énergie qui
pousse les pistons. Sans étincelle, le mélange composé des
hydrocarbures de l’essence et d’oxygène ne réagit pas parce
que la barrière de E A est trop élevée.
Les enzymes
et l’énergie d’activation
Sans la barrière créée par l’énergie d’activation, les protéines,
l’ADN et les autres molécules complexes d’une cellule, qui
sont riches en énergie libre, pourraient se décomposer spontanément. En effet, les principes de la thermodynamique
favorisent leur dégradation. Heureusement, la plupart de ces
molécules sont incapables de franchir l’état de transition aux
températures habituelles des cellules. Il faut toutefois que certaines réactions puissent avoir lieu pour que la cellule assure
le bon fonctionnemenr de ses processus vitaux. La chaleur
accélère une réaction en permettant aux réactifs d’atteindre
l’état de transition plus souvent, mais cette solution n’est pas
appropriée aux systèmes biologiques. Tout d’abord, les températures élevées dénaturent les protéines et tuent les cellules.
Deuxièmement, la chaleur accélère toutes les réactions, même
celles qui ne sont pas nécessaires. L’organisme doit donc faire
appel à une solution de rechange : un catalyseur.
Une enzyme catalyse une réaction en abaissant l’énergie
d’activation (figure 8.13). Ce faisant, les molécules de réactifs peuvent absorber suffisamment d’énergie pour atteindre
l’état de transition, même aux températures habituelles. Une
enzyme ne change pas le DG d’une réaction ; elle ne peut rendre
exergonique une réaction endergonique. Elle ne fait qu’accélérer un processus qui, de toute façon, finirait par se produire.
Elle permet seulement à la cellule d’avoir un métabolisme
dynamique, une circulation chimique « fluide ». Et, comme les
enzymes sélectionnent les réactions qu’elles catalysent, elles
déterminent les processus chimiques qui se déroulent en tout
temps dans la cellule.
m Figure 8.12 Le profil énergétique d’une réaction exergonique.
gonique,lavaleurdeDGestnégativeetlaréactionseproduitspontanément.Cependant,l’énergied’activation(E A )représenteunebarrièrequidéterminelavitessedelaréaction.
FaItes un dessIn Représentez graphiquement le progrès d’une réaction endergonique où EF et GH forment les produits EG et FH, en tenant
compte du fait que les réactifs doivent passer par un état de transition.
A
B
C
D
A
B
C
D
A
C
B
D
État de transition
Les réactifs AB et CD doivent
absorber suffisamment d’énergie
de l’environnement pour atteindre
l’état de transition instable où
des liaisons peuvent se rompre.
Des liaisons se rompent,
et d’autres se forment.
Ce processus dégage
de l’énergie dans
l’environnement.
Réactifs
Produits
Sens de la réaction
Énergie libre
6G < O
E A
m Figure 8.13 L’effet d’une enzyme sur l’énergie d’activation.
Uneenzymeaugmentelavitessed’uneréactionenréduisantsonénergied’activation(EA),sansenchangerleDG.
Énergie libre
Sens de la réaction
Réactifs
Produits
La valeur de 6G
n’est pas influencée
par l’enzyme.
E A
sans
enzyme
Cours de
la réaction
sans enzyme
E A
avec enzyme
(plus faible)
Cours de
la réaction
avec enzyme
état de transition : ils sont activés, et leurs liaisons peuvent
se rompre. Puis, pendant que les atomes s’installent dans leur
nouvel état plus stable, de l’énergie se dégage dans leur environnement. Ce dégagement correspond à la partie inférieure
de la courbe, qui illustre la perte d’énergie libre des molécules.
La diminution totale de l’énergie libre signifie que E A est remboursée avec intérêt, puisque la formation de nouvelles liaisons
dégage plus d’énergie que ce qui a été investi dans la rupture
des anciennes liaisons.
La réaction illustrée à la figure 8.12 est exergonique et se
produit spontanément. Cependant, l’énergie d’activation crée
une barrière qui détermine la vitesse de la réaction. Les réactifs doivent absorber suffisamment d’énergie pour franchir
cette barrière d’activation avant que la réaction ne démarre.
Dans certaines réactions, E A est si peu élevée (la barrière est si
basse) que l’énergie thermique qui existe à la température
ambiante suffit à mener les réactifs à l’état de transition. Cependant, dans la plupart des cas, la barrière de E A est tellement
élevée, et l’état de transition si rarement atteint, que la réaction ne peut s’amorcer. Les réactifs ont besoin de chaleur pour
que la réaction se produise à une vitesse perceptible. Ainsi, la
réaction de l’essence et de l’oxygène est exergonique et se
produit spontanément, mais il faut fournir de l’énergie aux
molécules pour qu’elles atteignent l’état de transition requis
et réagissent. C’est seulement lorsque les bougies d’allumage
produisent une étincelle dans le moteur d’une automobile
que se déclenche la réaction explosive libérant l’énergie qui
pousse les pistons. Sans étincelle, le mélange composé des
hydrocarbures de l’essence et d’oxygène ne réagit pas parce
que la barrière de E A est trop élevée.
Les enzymes
et l’énergie d’activation
Sans la barrière créée par l’énergie d’activation, les protéines,
l’ADN et les autres molécules complexes d’une cellule, qui
sont riches en énergie libre, pourraient se décomposer spontanément. En effet, les principes de la thermodynamique
favorisent leur dégradation. Heureusement, la plupart de ces
molécules sont incapables de franchir l’état de transition aux
températures habituelles des cellules. Il faut toutefois que certaines réactions puissent avoir lieu pour que la cellule assure
le bon fonctionnemenr de ses processus vitaux. La chaleur
accélère une réaction en permettant aux réactifs d’atteindre
l’état de transition plus souvent, mais cette solution n’est pas
appropriée aux systèmes biologiques. Tout d’abord, les températures élevées dénaturent les protéines et tuent les cellules.
Deuxièmement, la chaleur accélère toutes les réactions, même
celles qui ne sont pas nécessaires. L’organisme doit donc faire
appel à une solution de rechange : un catalyseur.
Une enzyme catalyse une réaction en abaissant l’énergie
d’activation (figure 8.13). Ce faisant, les molécules de réactifs peuvent absorber suffisamment d’énergie pour atteindre
l’état de transition, même aux températures habituelles. Une
enzyme ne change pas le DG d’une réaction ; elle ne peut rendre
exergonique une réaction endergonique. Elle ne fait qu’accélérer un processus qui, de toute façon, finirait par se produire.
Elle permet seulement à la cellule d’avoir un métabolisme
dynamique, une circulation chimique « fluide ». Et, comme les
enzymes sélectionnent les réactions qu’elles catalysent, elles
déterminent les processus chimiques qui se déroulent en tout
temps dans la cellule.
m Figure 8.12 Le profil énergétique d’une réaction exergonique.
gonique,lavaleurdeDGestnégativeetlaréactionseproduitspontanément.Cependant,l’énergied’activation(E A )représenteunebarrièrequidéterminelavitessedelaréaction.
FaItes un dessIn Représentez graphiquement le progrès d’une réaction endergonique où EF et GH forment les produits EG et FH, en tenant
compte du fait que les réactifs doivent passer par un état de transition.
A
B
C
D
A
B
C
D
A
C
B
D
État de transition
Les réactifs AB et CD doivent
absorber suffisamment d’énergie
de l’environnement pour atteindre
l’état de transition instable où
des liaisons peuvent se rompre.
Des liaisons se rompent,
et d’autres se forment.
Ce processus dégage
de l’énergie dans
l’environnement.
Réactifs
Produits
Sens de la réaction
Énergie libre
6G < O
E A
m Figure 8.13 L’effet d’une enzyme sur l’énergie d’activation.
Uneenzymeaugmentelavitessed’uneréactionenréduisantsonénergied’activation(EA),sansenchangerleDG.
Énergie libre
Sens de la réaction
Réactifs
Produits
La valeur de 6G
n’est pas influencée
par l’enzyme.
E A
sans
enzyme
Cours de
la réaction
sans enzyme
E A
avec enzyme
(plus faible)
Cours de
la réaction
avec enzyme