chapitre 8 Introduction au métabolisme 179
RévIsIon du chapItRe 8
rÉsUMÉ Des concepts cLÉs
ConCept
8.1
le métabolisme d’un organisme transforme
la matière et l’énergie selon les principes
de la thermodynamique (p. 159 à 163)
• On appelle métabolisme l’ensemble des réactions chimiques qui se
produisent dans un organisme. Les enzymes catalysent les réactions
en suivant des voies métaboliques qui se croisent ; cellesci peuvent
être cataboliques (dégradation de molécules, dégagement d’énergie)
ou anaboliques (construction de molécules, consommation d’énergie).
• L’énergie est la capacité d’engendrer un changement ; certaines formes
d’énergie agissent en mettant la matière en mouvement. L’énergie
cinétique est associée au mouvement et inclut l’énergie thermique
(la chaleur) associée au déplacement aléatoire des atomes ou des
molécules. L’énergie potentielle est reliée à la position ou à la structure de la matière ; elle comprend l’énergie chimique emmagasinée
dans la structure moléculaire.
• Selon le premier principe de la thermodynamique, l’énergie
ne peut être ni créée ni détruite ; elle peut uniquement être transférée
ou transformée. Le deuxième principe de la thermodynamique
stipule que les changements spontanés, c’estàdire ceux qui
ne nécessitent aucune énergie extérieure, augmentent l’entropie
(le désordre) de l’Univers.
Expliquez pourquoi la structure très ordonnée d’une cellule
ne contredit pas le deuxième principe de la thermodynamique.
ConCept
8.2
les variations de l’énergie libre
dans une réaction indiquent si la réaction
a lieu spontanément (p. 163 à 166)
• L’énergie libre d’un système vivant est l’énergie qui peut produire
un travail au sein de la cellule. La variation de l’énergie libre (DG) au
cours d’un processus biologique est directement reliée à la variation
de l’énergie totale, ou enthalpie (DH), et à la variation de l’entropie
(DS) : DG 5 DH 2 TDS. Les organismes vivants fonctionnent aux dépens
de l’énergie libre. Durant un changement spontané, l’énergie libre
diminue et la stabilité d’un système augmente. Au point de stabilité
maximale, le système est en équilibre et ne peut faire aucun travail.
• Dans une réaction chimique exergonique (spontanée), les produits
possèdent moins d’énergie libre que les réactifs (2DG). Les réactions
endergoniques (non spontanées), elles, requièrent un apport d’énergie (1DG). L’apport des substances de départ et le retrait des produits
finaux empêchent le métabolisme d’atteindre l’état d’équilibre.
Expliquez la signification de chaque composant de l’équation
du changement de l’énergie libre dans une réaction chimique
spontanée. Pourquoi les réactions spontanées sont-elles importantes
dans le métabolisme d’une cellule ?
ConCept
8.3
l’atp permet le travail cellulaire en couplant
les réactions exergoniques aux réactions
endergoniques (p. 166 à 169)
• L’ATP est le transporteur d’énergie dans les cellules. L’hydrolyse de
son groupement phosphate terminal produit de l’ADP et un phosphate
inorganique ; il dégage aussi de l’énergie libre.
?
?
• Grâce au couplage d’énergie, le processus exergonique de l’hydrolyse de l’ATP active les réactions endergoniques par phosphorylation,
c’estàdire par le transfert d’un groupement phosphate à des réactifs
spécifiques, formant ainsi un intermédiaire phosphorylé plus
réactif. L’hydrolyse de l’ATP (parfois avec phosphorylation protéinique)
entraîne aussi des changements de forme et des affinités de liaison
dans les protéines de transport et les protéines motrices.
• Les voies cataboliques assurent la régénération de l’ATP à partir
de l’ADP et du phosphate.
Décrivez le cycle de l’ATP. Comment l’ATP est-elle utilisée
et régénérée dans une cellule ?
ConCept
8.4
les enzymes accélèrent les réactions métaboliques
en abaissant les barrières énergétiques
(p. 169 à 175)
• Dans une réaction chimique, l’énergie nécessaire à la rupture
des liaisons des réactifs est l’énergie d’activation (E A ).
• Les enzymes abaissent la barrière E A :
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
• Chaque type d’enzyme possède un site actif unique qui se combine
exclusivement avec son substrat, une molécule de réactif sur lequel
elle agit. L’enzyme change légèrement de forme quand elle se lie
au substrat (ajustement induit).
• Le site actif peut abaisser l’énergie d’activation d’une réaction en
orientant correctement les substrats, en déformant leurs liaisons,
en fournissant un microenvironnement propice à la réaction et
même en se liant temporairement par covalence au substrat.
• Chaque enzyme a des conditions optimales de température et de pH
qui lui sont propres. Les inhibiteurs réduisent l’activité de l’enzyme.
Un inhibiteur compétitif se lie au site actif de l’enzyme, alors
qu’un inhibiteur non compétitif se lie à un site différent, situé
sur l’enzyme.
• La sélection naturelle, qui agit sur les organismes possédant des gènes
mutés codant pour des enzymes modifiées, est le principal facteur
de l’évolution pouvant expliquer la multiplicité des enzymes présentes
dans les organismes.
Comment les barrières énergétiques d’activation et les enzymes
contribuent-t-elles au maintien de l’ordre métabolique et structurel
de la vie ?
?
?
RévIsIon du chapItRe 8
rÉsUMÉ Des concepts cLÉs
ConCept
8.1
le métabolisme d’un organisme transforme
la matière et l’énergie selon les principes
de la thermodynamique (p. 159 à 163)
• On appelle métabolisme l’ensemble des réactions chimiques qui se
produisent dans un organisme. Les enzymes catalysent les réactions
en suivant des voies métaboliques qui se croisent ; cellesci peuvent
être cataboliques (dégradation de molécules, dégagement d’énergie)
ou anaboliques (construction de molécules, consommation d’énergie).
• L’énergie est la capacité d’engendrer un changement ; certaines formes
d’énergie agissent en mettant la matière en mouvement. L’énergie
cinétique est associée au mouvement et inclut l’énergie thermique
(la chaleur) associée au déplacement aléatoire des atomes ou des
molécules. L’énergie potentielle est reliée à la position ou à la structure de la matière ; elle comprend l’énergie chimique emmagasinée
dans la structure moléculaire.
• Selon le premier principe de la thermodynamique, l’énergie
ne peut être ni créée ni détruite ; elle peut uniquement être transférée
ou transformée. Le deuxième principe de la thermodynamique
stipule que les changements spontanés, c’estàdire ceux qui
ne nécessitent aucune énergie extérieure, augmentent l’entropie
(le désordre) de l’Univers.
Expliquez pourquoi la structure très ordonnée d’une cellule
ne contredit pas le deuxième principe de la thermodynamique.
ConCept
8.2
les variations de l’énergie libre
dans une réaction indiquent si la réaction
a lieu spontanément (p. 163 à 166)
• L’énergie libre d’un système vivant est l’énergie qui peut produire
un travail au sein de la cellule. La variation de l’énergie libre (DG) au
cours d’un processus biologique est directement reliée à la variation
de l’énergie totale, ou enthalpie (DH), et à la variation de l’entropie
(DS) : DG 5 DH 2 TDS. Les organismes vivants fonctionnent aux dépens
de l’énergie libre. Durant un changement spontané, l’énergie libre
diminue et la stabilité d’un système augmente. Au point de stabilité
maximale, le système est en équilibre et ne peut faire aucun travail.
• Dans une réaction chimique exergonique (spontanée), les produits
possèdent moins d’énergie libre que les réactifs (2DG). Les réactions
endergoniques (non spontanées), elles, requièrent un apport d’énergie (1DG). L’apport des substances de départ et le retrait des produits
finaux empêchent le métabolisme d’atteindre l’état d’équilibre.
Expliquez la signification de chaque composant de l’équation
du changement de l’énergie libre dans une réaction chimique
spontanée. Pourquoi les réactions spontanées sont-elles importantes
dans le métabolisme d’une cellule ?
ConCept
8.3
l’atp permet le travail cellulaire en couplant
les réactions exergoniques aux réactions
endergoniques (p. 166 à 169)
• L’ATP est le transporteur d’énergie dans les cellules. L’hydrolyse de
son groupement phosphate terminal produit de l’ADP et un phosphate
inorganique ; il dégage aussi de l’énergie libre.
?
?
• Grâce au couplage d’énergie, le processus exergonique de l’hydrolyse de l’ATP active les réactions endergoniques par phosphorylation,
c’estàdire par le transfert d’un groupement phosphate à des réactifs
spécifiques, formant ainsi un intermédiaire phosphorylé plus
réactif. L’hydrolyse de l’ATP (parfois avec phosphorylation protéinique)
entraîne aussi des changements de forme et des affinités de liaison
dans les protéines de transport et les protéines motrices.
• Les voies cataboliques assurent la régénération de l’ATP à partir
de l’ADP et du phosphate.
Décrivez le cycle de l’ATP. Comment l’ATP est-elle utilisée
et régénérée dans une cellule ?
ConCept
8.4
les enzymes accélèrent les réactions métaboliques
en abaissant les barrières énergétiques
(p. 169 à 175)
• Dans une réaction chimique, l’énergie nécessaire à la rupture
des liaisons des réactifs est l’énergie d’activation (E A ).
• Les enzymes abaissent la barrière E A :
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
• Chaque type d’enzyme possède un site actif unique qui se combine
exclusivement avec son substrat, une molécule de réactif sur lequel
elle agit. L’enzyme change légèrement de forme quand elle se lie
au substrat (ajustement induit).
• Le site actif peut abaisser l’énergie d’activation d’une réaction en
orientant correctement les substrats, en déformant leurs liaisons,
en fournissant un microenvironnement propice à la réaction et
même en se liant temporairement par covalence au substrat.
• Chaque enzyme a des conditions optimales de température et de pH
qui lui sont propres. Les inhibiteurs réduisent l’activité de l’enzyme.
Un inhibiteur compétitif se lie au site actif de l’enzyme, alors
qu’un inhibiteur non compétitif se lie à un site différent, situé
sur l’enzyme.
• La sélection naturelle, qui agit sur les organismes possédant des gènes
mutés codant pour des enzymes modifiées, est le principal facteur
de l’évolution pouvant expliquer la multiplicité des enzymes présentes
dans les organismes.
Comment les barrières énergétiques d’activation et les enzymes
contribuent-t-elles au maintien de l’ordre métabolique et structurel
de la vie ?
?
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