chapitre 8 Introduction au métabolisme 181
Réponses du chapItRe 8
Questions des figures
Figure 8.12
Figure 8.16
Vitesse
de la réaction
pH d’une enzyme lysosomale
pH
G > 0
Énergie libre
Sens de la réaction
Réactifs
EA
Produits
Figure 8.20 L’affinité de la caspase avec l’inhibiteur est très faible
(comme on peut s’y attendre d’une enzyme inhibée par allostérie),
de sorte que l’inhibiteur diffuserait probablement loin du site de liaison.
Comme il n’existe aucune autre source du composé inhibiteur et que
sa concentration est faible, il est peu probable que l’inhibiteur se lierait
de nouveau au site de liaison allostérique, une fois la liaison covalente
brisée. Par conséquent, l’activité de l’enzyme serait très probablement
normale. (Dans les faits, c’est exactement ce que les chercheurs ont
observé quand ils ont brisé le pont disulfure.)
retour sur le concept 8.1
1. Le deuxième principe de la thermodynamique stipule que le désordre
tend à augmenter. Par exemple, si les concentrations d’une substance
sont égales de part et d’autre d’une membrane, la distribution est plus
désordonnée que lorsque les concentrations sont inégales. La diffusion
d’une substance vers une zone où la substance est moins concentrée
augmente l’entropie, ce qui en fait un processus thermodynamiquement
favorisé sur le plan énergétique (spontané), conformément au deuxième
principe de la thermodynamique. Cela explique le processus illustré à
la figure 7.13. 2. Dans l’arbre, la pomme possède de l’énergie potentielle ;
les sucres et les autres nutriments qu’elle contient possèdent de l’énergie
chimique. Lorsqu’elle tombe de l’arbre, elle a de l’énergie cinétique. Enfin,
une fois que la pomme est digérée et que ses molécules ont été dégradées,
une partie de l’énergie chimique est utilisée et le reste se perd sous forme
de chaleur (énergie thermique). 3. Les cristaux de sucre deviennent moins
ordonnés (l’entropie augmente) à mesure qu’ils se dissolvent et se distribuent de manière aléatoire dans l’eau. Avec le temps, l’eau s’évapore et les
cristaux se reforment, car le volume d’eau est insuffisant pour les garder
en solution. La réapparition des cristaux de sucre peut représenter une
augmentation « spontanée » de l’ordre (diminution de l’entropie), mais
elle est compensée par la diminution de l’ordre (augmentation de l’entropie) des molécules d’eau. En effet, ces molécules passent de la disposition
relativement compacte et ordonnée qu’elles avaient dans l’eau liquide
à celle, beaucoup plus dispersée et désordonnée, qu’elles ont dans
la vapeur d’eau.
retour sur le concept 8.2
1. La respiration cellulaire est un processus spontané et exergonique.
L’énergie libérée par le glucose sert à effectuer du travail dans la cellule ou
se perd sous forme de chaleur. 2. Lorsque les concentrations d’ions H
1
sont les mêmes, le système est en équilibre et ne peut produire aucun
travail. Les ions H
1 ne peuvent effectuer du travail que si leurs concentrations diffèrent de chaque côté de la membrane, autrement dit s’il y a
un gradient de concentration. Cela est cohérent avec la figure 7.20,
p. 152, qui montre qu’un apport énergétique (fourni par l’hydrolyse
de l’ATP) est nécessaire pour établir le gradient de concentration (le
gradient H
1 ) qui pourra à son tour produire du travail. 3. La réaction est
exergonique parce qu’elle dégage de l’énergie, ici sous forme de lumière.
(Il s’agit de la version non biologique de la bioluminescence illustrée à la
figure 8.1.)
retour sur le concept 8.3
1. L’ATP transfère l’énergie aux processus endergoniques par la phosphorylation (ajout de groupements phosphate) d’autres molécules. (Les
processus exergoniques permettent la phosphorylation de l’ADP pour
régénérer l’ATP.) 2. En une série de réactions couplées, le premier groupe
(réactifs) peut se transformer et devenir le deuxième (produits). Comme
il s’agit, dans l’ensemble, d’un processus exergonique, la valeur de DG
est négative et le premier groupe a davantage d’énergie libre (voir la
figure 8.9). 3. Un transport actif. Le soluté est transporté à l’encontre
de son gradient de concentration, ce qui exige de l’énergie, laquelle
est fournie par l’hydrolyse de l’ATP.
retour sur le concept 8.4
1. Une réaction spontanée est une réaction exergonique. Cependant,
si son énergie d’activation est élevée, donc rarement atteinte, la réaction
sera plutôt lente. 2. Seuls les substrats spécifiques peuvent entrer dans
le site actif d’une enzyme, la partie de l’enzyme qui effectue la catalyse.
3. En présence de malonate, on peut augmenter la concentration du
substrat normal (le succinate) et déterminer si la vitesse de la réaction
augmente. Le cas échéant, le malonate est un inhibiteur compétitif.
4. S’il n’y avait pas de lactose dans l’environnement, comme source
de nourriture, et qu’un disaccharide contenant du fucose était disponible,
les bactéries aptes à digérer ce dernier disaccharide seraient plus à même
de croître et de se multiplier que celles qui en sont incapables.
retour sur le concept 8.5
1. La liaison de l’activateur est telle qu’elle stabilise la forme active d’une
enzyme, tandis que la liaison de l’inhibiteur stabilise sa forme inactive.
2. Un inhibiteur qui se lie au site actif de l’enzyme que vous voulez
inhiber pourrait aussi se lier à des enzymes possédant des structures
similaires et les inhiber, ce qui causerait d’importants effets secondaires.
Il serait donc préférable de chercher des composés chimiques qui se lient
par allostérie à l’enzyme en question, car les sites régulateurs allostériques
sont plus spécifiques, c’estàdire moins susceptibles de présenter
des similitudes avec d’autres enzymes.
Questions du résumé des concepts clés
8.1 Le processus d’organisation de la structure d’une cellule s’accompagne d’une augmentation de l’entropie (désordre) de l’Univers. Ainsi,
une cellule animale utilise des molécules organiques très organisées
comme source de matière et d’énergie pour construire et préserver ses
structures. Cependant, au cours de ce même processus, la cellule libère
dans l’environnement de la chaleur ainsi que des molécules simples de
dioxyde de carbone et d’eau. L’augmentation de l’entropie qui résulte
de ce dernier processus annule la diminution de l’entropie qui résultait
du premier. 8.2 Une réaction spontanée a un DG négatif et est exergonique. Pour qu’une réaction chimique se déroule en produisant une
libération nette d’énergie libre (2DG), l’enthalpie (énergie totale) du
système doit diminuer (2DH) et/ou son entropie (désordre) doit augmenter (ce qui donnera un terme 2TDS encore plus négatif). Les réactions
11.
éCrIvez un teXte
les transfert d’énergie La vie exige de l’énergie. Rédigez un court texte (de 100 à 150 mots)
décrivant les principes fondamentaux de la bioénergétique dans une cellule animale. En quoi
le flux et la transformation de l’énergie diffèrentils dans une cellule photosynthétique ?
Incluez le rôle de l’ATP et des enzymes dans votre explication.
Réponses du chapItRe 8
Questions des figures
Figure 8.12
Figure 8.16
Vitesse
de la réaction
pH d’une enzyme lysosomale
pH
G > 0
Énergie libre
Sens de la réaction
Réactifs
EA
Produits
Figure 8.20 L’affinité de la caspase avec l’inhibiteur est très faible
(comme on peut s’y attendre d’une enzyme inhibée par allostérie),
de sorte que l’inhibiteur diffuserait probablement loin du site de liaison.
Comme il n’existe aucune autre source du composé inhibiteur et que
sa concentration est faible, il est peu probable que l’inhibiteur se lierait
de nouveau au site de liaison allostérique, une fois la liaison covalente
brisée. Par conséquent, l’activité de l’enzyme serait très probablement
normale. (Dans les faits, c’est exactement ce que les chercheurs ont
observé quand ils ont brisé le pont disulfure.)
retour sur le concept 8.1
1. Le deuxième principe de la thermodynamique stipule que le désordre
tend à augmenter. Par exemple, si les concentrations d’une substance
sont égales de part et d’autre d’une membrane, la distribution est plus
désordonnée que lorsque les concentrations sont inégales. La diffusion
d’une substance vers une zone où la substance est moins concentrée
augmente l’entropie, ce qui en fait un processus thermodynamiquement
favorisé sur le plan énergétique (spontané), conformément au deuxième
principe de la thermodynamique. Cela explique le processus illustré à
la figure 7.13. 2. Dans l’arbre, la pomme possède de l’énergie potentielle ;
les sucres et les autres nutriments qu’elle contient possèdent de l’énergie
chimique. Lorsqu’elle tombe de l’arbre, elle a de l’énergie cinétique. Enfin,
une fois que la pomme est digérée et que ses molécules ont été dégradées,
une partie de l’énergie chimique est utilisée et le reste se perd sous forme
de chaleur (énergie thermique). 3. Les cristaux de sucre deviennent moins
ordonnés (l’entropie augmente) à mesure qu’ils se dissolvent et se distribuent de manière aléatoire dans l’eau. Avec le temps, l’eau s’évapore et les
cristaux se reforment, car le volume d’eau est insuffisant pour les garder
en solution. La réapparition des cristaux de sucre peut représenter une
augmentation « spontanée » de l’ordre (diminution de l’entropie), mais
elle est compensée par la diminution de l’ordre (augmentation de l’entropie) des molécules d’eau. En effet, ces molécules passent de la disposition
relativement compacte et ordonnée qu’elles avaient dans l’eau liquide
à celle, beaucoup plus dispersée et désordonnée, qu’elles ont dans
la vapeur d’eau.
retour sur le concept 8.2
1. La respiration cellulaire est un processus spontané et exergonique.
L’énergie libérée par le glucose sert à effectuer du travail dans la cellule ou
se perd sous forme de chaleur. 2. Lorsque les concentrations d’ions H
1
sont les mêmes, le système est en équilibre et ne peut produire aucun
travail. Les ions H
1 ne peuvent effectuer du travail que si leurs concentrations diffèrent de chaque côté de la membrane, autrement dit s’il y a
un gradient de concentration. Cela est cohérent avec la figure 7.20,
p. 152, qui montre qu’un apport énergétique (fourni par l’hydrolyse
de l’ATP) est nécessaire pour établir le gradient de concentration (le
gradient H
1 ) qui pourra à son tour produire du travail. 3. La réaction est
exergonique parce qu’elle dégage de l’énergie, ici sous forme de lumière.
(Il s’agit de la version non biologique de la bioluminescence illustrée à la
figure 8.1.)
retour sur le concept 8.3
1. L’ATP transfère l’énergie aux processus endergoniques par la phosphorylation (ajout de groupements phosphate) d’autres molécules. (Les
processus exergoniques permettent la phosphorylation de l’ADP pour
régénérer l’ATP.) 2. En une série de réactions couplées, le premier groupe
(réactifs) peut se transformer et devenir le deuxième (produits). Comme
il s’agit, dans l’ensemble, d’un processus exergonique, la valeur de DG
est négative et le premier groupe a davantage d’énergie libre (voir la
figure 8.9). 3. Un transport actif. Le soluté est transporté à l’encontre
de son gradient de concentration, ce qui exige de l’énergie, laquelle
est fournie par l’hydrolyse de l’ATP.
retour sur le concept 8.4
1. Une réaction spontanée est une réaction exergonique. Cependant,
si son énergie d’activation est élevée, donc rarement atteinte, la réaction
sera plutôt lente. 2. Seuls les substrats spécifiques peuvent entrer dans
le site actif d’une enzyme, la partie de l’enzyme qui effectue la catalyse.
3. En présence de malonate, on peut augmenter la concentration du
substrat normal (le succinate) et déterminer si la vitesse de la réaction
augmente. Le cas échéant, le malonate est un inhibiteur compétitif.
4. S’il n’y avait pas de lactose dans l’environnement, comme source
de nourriture, et qu’un disaccharide contenant du fucose était disponible,
les bactéries aptes à digérer ce dernier disaccharide seraient plus à même
de croître et de se multiplier que celles qui en sont incapables.
retour sur le concept 8.5
1. La liaison de l’activateur est telle qu’elle stabilise la forme active d’une
enzyme, tandis que la liaison de l’inhibiteur stabilise sa forme inactive.
2. Un inhibiteur qui se lie au site actif de l’enzyme que vous voulez
inhiber pourrait aussi se lier à des enzymes possédant des structures
similaires et les inhiber, ce qui causerait d’importants effets secondaires.
Il serait donc préférable de chercher des composés chimiques qui se lient
par allostérie à l’enzyme en question, car les sites régulateurs allostériques
sont plus spécifiques, c’estàdire moins susceptibles de présenter
des similitudes avec d’autres enzymes.
Questions du résumé des concepts clés
8.1 Le processus d’organisation de la structure d’une cellule s’accompagne d’une augmentation de l’entropie (désordre) de l’Univers. Ainsi,
une cellule animale utilise des molécules organiques très organisées
comme source de matière et d’énergie pour construire et préserver ses
structures. Cependant, au cours de ce même processus, la cellule libère
dans l’environnement de la chaleur ainsi que des molécules simples de
dioxyde de carbone et d’eau. L’augmentation de l’entropie qui résulte
de ce dernier processus annule la diminution de l’entropie qui résultait
du premier. 8.2 Une réaction spontanée a un DG négatif et est exergonique. Pour qu’une réaction chimique se déroule en produisant une
libération nette d’énergie libre (2DG), l’enthalpie (énergie totale) du
système doit diminuer (2DH) et/ou son entropie (désordre) doit augmenter (ce qui donnera un terme 2TDS encore plus négatif). Les réactions
11.
éCrIvez un teXte
les transfert d’énergie La vie exige de l’énergie. Rédigez un court texte (de 100 à 150 mots)
décrivant les principes fondamentaux de la bioénergétique dans une cellule animale. En quoi
le flux et la transformation de l’énergie diffèrentils dans une cellule photosynthétique ?
Incluez le rôle de l’ATP et des enzymes dans votre explication.