Cours L2 Métabolisme Énergétique (2024) PDF

Métabolisme énergétique en biochimie (Notions de bioénergique) Pr Eric YAYO UFR Pharmacie , Univ. Félix Houphouet-Boigny, Abidjan 1 04/11/2024  Objectifs 1. Citer 3 compo...

Métabolisme énergétique en biochimie (Notions de bioénergique) Pr Eric YAYO UFR Pharmacie , Univ. Félix Houphouet-Boigny, Abidjan 1 04/11/2024  Objectifs 1. Citer 3 composés riche en énergie 2. Décrire une réaction d’oxydo-réduction 3. Décrire le flux de transfert d’énergie dans l’organisme humain 2 04/11/2024  Plan  Introduction  I – Concept d’énergie libre  II - Concept de Composés riches ou pauvre en énergie  III –Réactions d’oxydo-réduction  IV – Flux d’énergie dans l’organisme  Conclusion 3 04/11/2024  Introduction Tout organisme vivant pour assurer les processus nécessaires à son fonctionnement et sa survie, doit effectuer du travail (mécanique, osmotique, chimique +++) Ce travail requiert de l’énergie La cellule doit donc produire constamment de l’énergie La bioénergétique est une branche de la biochimie qui analyse le flux d'énergie dans les systèmes vivants. Toute cellule est le siège de milliers de réactions biochimiques qui mettent en jeu des transferts de matière et d'énergie. Cet ensemble de réactions s'appelle le métabolisme 4 (anabolisme + catabolisme) 04/11/2024  Introduction Chez l’homme cette énergie provient essentiellement des aliments qui, après digestion produisent les nutriments (glucides, lipides, protéines) L’énergie chimique contenue dans les nutriments va être libérée lors de réactions avec mise en réserve de cette énergie sous forme de composés « composés riches en énergie » notamment l’ATP (Adénosine -TriPhosphate) Ces « composés riches en énergie » vont : o permettre la réalisation d’autres réactions chimiques par libération de l’énergie mise en réserve dans leur molécule o être l’objet d’un turn-over (régénération) permanent 5 04/11/2024 I-concept d’énergie libre  I-concept d’énergie libre  Les transferts d’énergie dans les systèmes biologiques (organismes) obéissent à certains principes notamment : o Au cours d’une réaction chimique , l’entropie (désordre) augmente jusqu’à atteindre un équilibre o L’énergie totale d’un système et de son environnement reste constante 7 04/11/2024  I-concept d’énergie libre  Tout composé chimique possède une énergie interne appelée Enthalpie, à pression constante (H)  Elle n’est pas utilisable en totalité  La fraction utilisable = énergie libre (G) avec G 0 : réaction endergonique/ consomme de l’énergie (anabolisme +++) 10 Évolution dans le sens A  B nécessite apport d’énergie 04/11/2024  I-concept d’énergie libre   une réaction endergonique ne peut avoir lieu que si elle est couplée à une réaction exergonique qui lui apporte de l’énergie  C’est le rôle des « composés riches en énergie » 11 04/11/2024 II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie  ∆G0 permet de classer (arbitrairement) les composés : o « composés riches en énergie » : ∆G0 -25 KJ/mol = composés à bas potentiel Ex: glucose-6-phosphate; glycérol-3-phosphate …) 13 04/11/2024 ATP (-30,5 Kj/mol) =position intermédiaire Rôle de « monnaie d’échange » « Thermomètre 14 bioénergétique » 04/11/2024  II.1- L’ ATP : (Adénosine triphosphate) Structure Adénine + Ribose + 3 Phosphates 15 04/11/2024 II.2- Autres molécules : 16 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie ATP : Rôle de « monnaie d’échange » énergétique:  L’hydrolyse des liaisons à haut potentiel libère de l’énergie convertie en ATP  L’hydrolyse de l’ATP libère de l’énergie utilisée pour la synthèse de liaison à bas potentiel 17 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie II.1- L’ ATP :  L’ATP est continuellement consommé et regénéré  Le couple ATP/ADP relie les processus qui génèrent de l’énergie et ceux qui l’utilisent 18 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie II.1.1- Les réactions de synthèse de l’ ATP : Réaction de phosphorylation de l’ADP ADP + Pi  ATP + H2O A- Phosphorylation liée au substrat B- Oxydation phosphorylante et photophosphorylation 19 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie A- Phosphorylation liée au substrat Ex: Dernière étape de la glycolyse = transfère d’un groupement phosphoryl sur l’ADP 20 phosphoénol pyruvate 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie B- Oxydation phosphorylante - Uniquement en aérobie (mitochondrie) - Représente 90% de l’ATP cellulaire - Couplage entre oxydation et phosphorylation en utilisant l’énergie créée par un gradian de protons (chaine repiratoire) 21 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie II.1.2- Les réactions utilisant l’ATP : A- Phosphorylation d’un substrat EX: 1ere réaction de la glycolyse Glucose + ATP  Glucose-6-phosphate + ADP Hexokinase/glucokinase 22 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie II.1.2- Les réactions utilisant l’ATP : B- Activation d’un substrat avant sa condensation à un autre substrat EX: Voie des pentoses phosphates Ribose-5-phosphate + ATP  5-P-ribosyl-1- pyrophosphate (PRPP)+ AMP 23 PRPP synthetase 04/11/2024  II -Concept de Composés riches ou pauvres en énergie II.1.2- Les réactions utilisant l’ATP : C- simple transfert d’énergie EX: synthèse des acides gras :activation de l’acétyl-coA en malonyl-CoA Acétyl-CoA + ATP+ CO2+H2O  Malonyl-CoA +ADP + Pi Acétyl-CoA carboxylase 24 04/11/2024 III- Réaction d’oxydo-réduction  III- Réaction d’oxydo-réduction Une réaction d’oxydo-réduction est une réaction de transfert d’électrons Au cours de la réaction d'oxydo-réduction, des électrons sont transférés, d'un couple à l'autre, du réducteur le plus fort, qui sera oxydé, à l'oxydant le plus fort, qui sera réduit 26 04/11/2024 Chaque couple redox d'une molécule est composé: -d'un réducteur (red), forme la plus riche en électrons: c'est un donneur d'électrons, -et d'un oxydant (ox), forme la plus pauvre en électrons : c'est un accepteur d'électrons. Dans un couple redox, plus le réducteur est fort, c'est-à-dire a une forte tendance à donner un (des) électron(s), plus l'oxydant est faible, c'est-à-dire a une faible tendance à accepter un (des) électron(s). Chaque couple redox est défini par un potentiel Rédox 29 ECHELLE DE POTENTIELS REDOX 04/11/2024 NADH : Nicotinamide Adénine nucléotide 30 04/11/2024  IV- Flux d’énergie dans l’organisme  Le catabolisme énergétique approvisionne l'organisme en énergie  Il produit l'ATP qui est le principal donneur d’énergie libre.  L'ATP est constamment disponible et régénéré immédiatement. Son turn-over est considérable  La plus grande partie de l’ATP est produite dans la mitochondrie 31 04/11/2024  IV- Flux d’énergie dans l’organisme  Glucides  Glycolyse  Production d’ATP et autres molécules riches en énergie  glycogénolyse  Néoglucogénèse  Production de coenzymes  Voie des pentoses phosphates transporteurs de protons  Lipides  Lipolyse (catabolisme des TG)  Bêta oxydation des acides gras  Cycle de KREBS  Protéines  CHAINE RESPIRATOIRE  Protéolyse (catabolisme des Acides (mitochondrie) 32 Aminés) 04/11/2024  IV- Flux d’énergie dans l’organisme  La mitochondrie dispose d’enzymes permettant : o Catabolisme de l’acétyl-CoA (composé riche en énergie commun aux glucides, lipides et proteines) o et le transfert d’énergie sur les coenzymes NAD+ et FAD :  rôle du cycle de Krebs o Récupération de cette énergie par oxydo-réduction conduisant à la synthèse d’ATP  rôle de la chaine respiratoire 33 04/11/2024 : 34 04/11/2024  IV- Flux d’énergie dans l’organisme : 35 04/11/2024 PRINCIPES DE REGULATION CONCLUSION  Conclusion Les systèmes biologiques utilisent l’énergie chimique pour faire fonctionner ses processus Le métabolisme énergétique est un ensemble de processus complexes et permanents caractérisés par des transferts d’énergie à travers de réactions chimiques ayant pour finalité d’apporter à chaque tissus , les substrats énergétiques dont il a besoin L’ATP agit comme monnaie énergétique de la cellule 38 04/11/2024