Biologie: Catabolisme et Anabolisme

Catabolisme et Anabolisme

• Le catabolisme libère l'énergie potentielle des composés carbonés pour le travail cellulaire, avec des transporteurs comme NADH et ATP.
• L'anabolisme produit des macromolécules à partir de petites molécules en utilisant l'énergie stockée, principalement via l'ATP.

Énergie et Oxydation

• 1 kcal correspond à l'énergie nécessaire pour élever 1°C la température de 1L d'eau.
• L'oxydation dépend de l'état de réduction initial d'une molécule, sa structure et ses groupements fonctionnels.
• L'oxydation correspond à une perte d'électrons, alors que la réduction implique un gain d'électrons.

Métabolisme

• Un métabolite est une petite molécule impliquée en continu dans le métabolisme cellulaire, tandis que le métabolome est l'ensemble des métabolites dans une cellule.
• L'ATP est la monnaie énergétique principale, avec des liaisons phosphoanhydride à haut potentiel énergétique.

Intermédiaires Activés

• NAD+, NADP+ et FAD+ sont des intermédiaires qui acceptent des électrons pour former NADH, NADPH, et FADH2 respectivement.

Régulation Métabolique

• La régulation implique la modulation de la quantité d'enzyme, de leur activité catalytique, et de l'accessibilité des substrats.

Bioénergétique

• La bioénergétique étudie les flux d'énergie et est guidée par les lois de la thermodynamique.
• La première loi de la thermodynamique maintient que la quantité totale d'énergie dans l'univers reste constante.
• La deuxième loi stipule que l'entropie globale augmente continuellement.

Énergie Libre de Gibbs

• G (en joules ou calories) exprime l'énergie disponible pour le travail dans une réaction à température et pression constantes.
• ΔG détermine si une réaction est spontanée. ΔG < 0 indique un processus spontané.

Réactions de Phosphorylation

• L'hydrolyse des composés instables libère de l'énergie pour la synthèse de l'ATP.
• L'acétyl-CoA, via sa liaison thioester, libère également de l'énergie.

Cycle de Krebs

• Le cycle de Krebs se déroule dans la matrice mitochondriale des eucaryotes et dans le cytosol des procaryotes.
• Appelé cycle des acides tricarboxyliques (TCA) à cause des composés comme le citrate et l’isocitrate.

Rôles et Structure du Cycle de Krebs

• Rôle de l'oxydation des composés deux carbones et formation de CO2 tout en participant à la chaine respiratoire pour générer de l'ATP.
• Comprend 8 réactions utilisant des coenzymes comme NAD+, FAD et CoA.

Réactions Clés du Cycle

• Formation de citrate (6C) à partir d'OAA (4C) et acétyl-CoA par la citrate synthase.
• Isomérisation du citrate en isocitrate par l’aconitase.
• Oxydation de l’isocitrate en α-kétoglutarate via l’isocitrate déshydrogénase et libération de CO2.
• Conversion de l'α-kétoglutarate en succinyl-CoA par le complexe α-kétoglutarate déshydrogénase.
• Phosphorylation de GTP à partir de succinyl-CoA par la succinyl-CoA synthétase.

Conclusion du Cycle

• Les réactions finales impliquent l'oxydation du malate en oxaloacétate avec production de NADH.
• Le cycle de Krebs est à la fois catabolique et anabolique, jouant un rôle central dans le métabolisme cellulaire.

Énergie standard de Gibbs

• ΔG° traduit l’énergie libre d’une réaction à des conditions standards (pH 7) et indique si une réaction est spontanée ou non.
• La valeur de ΔG° permet de déterminer si une réaction libère ou requiert de l’énergie, ainsi que la proportion d’intermédiaires (substrats et produits) à l’équilibre.
• La phosphorylation au niveau du substrat utilise l’hydrolyse de composés instables pour générer de l’ATP.

Acétyl CoA et Coenzyme A

• L’acétyl CoA possède une liaison thioester très réactive, essentielle pour de nombreuses réactions métaboliques.
• Le coenzyme A contient un groupe thiol (SH) qui participe à l’activation de substrats.

Potentiel redox

• Le potentiel redox (E°) indique la capacité d’un composé à capter des électrons, une valeur plus élevée signifie une meilleure capacité d'acceptation des électrons.

Cycle de Krebs

• Se déroule dans le cytosol chez les procaryotes et dans la matrice mitochondriale chez les eucaryotes.
• Également appelé cycle des acides tricarboxyliques (TCA) en raison de la présence de citrate et isocitrate.
• Rôles importants : oxydation des acides à deux carbones comme l’acétyl CoA, production d’énergie pour la chaine respiratoire, et formation de précurseurs biosynthétiques.

Réactions du Cycle de Krebs

• Composé de 8 réactions chimiques nécessitant des coenzymes comme NAD+, FAD, et d’autres vitamines.
• L'énergie d’hydrolyse de la liaison thioester est convertie en énergie de liaison phosphoryle (GTP).

Réactions spécifiques

• 6e réaction : Oxydation du succinate en fumarate par succinate déshydrogénase avec formation de FADH2.
• 7e réaction : Transformation du fumarate en malate par l'enzyme fumarase, qui est stéréospécifique.
• 8e réaction : Oxydation du malate en oxaloacétate par la malate déshydrogénase, générant NADH et débit de la réaction vers l’avant.

α-Kétoglutarate et Enzymes Associées

• L’α-kétoglutarate est converti en succinyl CoA ; il s’agit d’une déshydrogénase impliquant des enzymes avec trois domaines (E1, E2, E3) comme la pyruvate déshydrogénase.
• Mécanisme d'action : Le α-kétoacide se lie à TPP d’E1, permettant une réaction enzymatique spécifique.

Catabolisme et Anabolisme

• Catabolisme : Transformations chimiques qui libèrent de l’énergie potentielle des composés pour le travail cellulaire.
• Anabolisme : Processus utilisant de l'énergie pour synthétiser des macromolécules à partir de petites molécules.

Concepts Énergétiques

• 1 kcal équivaut à l’énergie nécessaire pour élever la température de 1 litre d’eau de 1°C.
• La capacité d’oxydation d'une molécule dépend de son état de réduction initial.
• Métabolite : petite molécule produite et consommée dans le métabolisme; Métabolome : ensemble des métabolites d'une cellule.

Monnaie Énergétique et Intermédiaires Activés

• ATP est la principale monnaie énergétique, possédant des liaisons phosphoanhydride instables et à haut potentiel énergétique.
• NAD+, NADP+, FAD sont des intermédiaires activés ayant des fonctions spécifiques dans les réactions redox.

Régulation du Métabolisme

• Différents niveaux de contrôle incluent : modulation de la quantité d’enzyme, de l’activité catalytique et de l’accessibilité des substrats.

Bioénergétique et Thermodynamique

• Bioénergétique : étude des flux d'énergie et de leurs processus associés, basée sur les lois de la thermodynamique.
• 1ère loi : conservation de l'énergie dans l'univers. 2e loi : l'entropie de l'univers augmente en permanence.

Énergie Libre de Gibbs

• G (joules/moles ou calories/moles) représente l’énergie disponible pour le travail pendant une réaction chimique à température et pression constantes.
• Pour que le travail se produise spontanément, ΔG doit être négatif.

Réactions Spécifiques du Cycle de Krebs

• 1ère réaction : formation de citrate à partir d’OAA et acétyl-CoA par citrate synthase, initiant le cycle.
• 2e réaction : conversion de citrate en isocitrate via l’aconitase, une réaction d’isomérisation.
• 3e réaction : oxydation de l’isocitrate en α-kétoglutarate par l’isocitrate déshydrogénase, produisant du NADH et CO2.
• 4e réaction : transformation de l’α-kétoglutarate en succinyl CoA par α-kétoglutarate déshydrogénase.
• 5e réaction : conversion du succinyl CoA en succinate via succinyl CoA synthétase.