Biologie Cellulaire 101-SN1-RE Cours 11 Introduction au métabolisme PDF

Biologie Cellulaire 101-SN1-RE Cours 11 Chapitre 8 Introduction au métabolisme Automne 2024 INTRODUCTION AU MÉTABOLISME Métabolisme: ensemble des réactions bio...

Biologie Cellulaire 101-SN1-RE Cours 11 Chapitre 8 Introduction au métabolisme Automne 2024 INTRODUCTION AU MÉTABOLISME Métabolisme: ensemble des réactions biochimiques du grec metabolê = « changement » Fig 6.1 2 édition 2004  CONSTRUCTION DESTRUCTION Anabolisme + Catabolisme MÉTABOLISME = Synthèse + Dégradation Condensation + Hydrolyse Besoin Libération d’énergie d’énergie 3 8.1 Analogies Métabolisme carte routière complexe (ensemble des réactions (plein de chemins qui biochimiques, des voies s’entrecroisent) métaboliques) Voie métabolique une route en particulier (Séquence d’étapes au cours (un chemin pour passer d’une de laquelle une même molécule à une autre) molécule est modifiée jusqu’à l’obtention d’un produit donné) Molécule A Enzyme 1 B Enzyme 2 C Enzyme 3 D de départ Produit Réaction 1 Réaction 2 Réaction 3 Enzymes Feu de circulation (régulateur) (fait avancer ou arrête une réaction) 4  8.1 Les formes d’énergie Énergie : – Capacité de causer un changement, de produire un travail Ex : vous avez besoin d’énergie pour lire votre livre préféré (campbell bien sûr !) L’énergie existe sous différentes formes – La vie dépend de la capacité des cellules à la transformer d’un type en un autre 5  8.1 Les formes d’énergie 2 formes d’énergie : – Énergie cinétique mouvement Ex : – Barrage  l’eau actionne les turbines – Contraction musculaire  permet de faire tourner un pédalier – Photosynthèse  photons de la lumière  photosynthèse – Énergie thermique  mouvement des molécules 6 8.1 Les formes d’énergie 2 formes d’énergie : – Énergie potentielle emmagasinée (par la position ou la structure) Différents types: – Chimique (potentiellement libérée dans une réaction chimique) » Ex: essence dans voiture – Électrique (dans une batterie) – De la force gravitationnelle (en haut d’une glissoire) Il y a de l’énergie potentielle chimique 7 dans une molécule de glucose 8.1 Les 2 principes de la thermodynamique 1er principe: Conservation de l’énergie – Ni création ni destruction d’énergie – Peut être transférée ou transformée EXEMPLE Énergie initiale Énergie finale Guépard Chimique Cinétique Plantes vertes Lumineuse Chimique (glucose) Ampoule électrique Électrique Lumineuse (photons) Essence de l’auto Potentielle Cinétique chimique * Transformation énergétique: partie de l’énergie convertie en chaleur 10  8.1 Les 2 principes de la thermodynamique 2e principe: L’entropie augmente – Entropie (S) : Tendance spontanée vers le désordre – Tout échange dans un système ouvert augmente cette tendance – Un processus sera spontané s’il  le désordre  Spontané = sans aide extérieure (pas nécessairement instantané) Exemple : Votre chambre! Votre cuisine après une recette complexe !  11 8.2 La variation du niveau d’énergie libre, DG Pour savoir si une réaction se produira de manière spontanée, on se fie à un certain critère… L’énergie libre (G) – Portion de l’énergie d’un système qui peut produire un travail (à T° et pression constantes) 13 8.2 La variation du niveau d’énergie libre: DG Les systèmes instables (riches en énergie) ont tendance à se stabiliser (diminuer leur énergie libre) En libérant spontanément leur énergie pour atteindre un état plus stable G↑ Stabilité ↓ G↓ Stabilité ↑ 15 8.2 La variation du niveau d’énergie libre: DG Les systèmes instables (riches en énergie) ont tendance à se stabiliser (diminuer leur énergie libre) En libérant spontanément leur énergie pour atteindre un état plus stable G DG = Gproduits – Gréactifs Pour que la réaction se produise de manière spontanée, le DG doit Réactifs Produits être négatif 16 (instable) (stable) Énergie libre et métabolisme 2 types de réactions dans le métabolisme cellulaire selon les variations d’énergie libre que les réactions chimiques entraînent: Exergonique (ou exothermiques) Endergoniques (ou endothermiques)  8.2 Énergie libre et métabolisme Réaction exergonique – Énergie dirigée vers l’extérieur – Libération nette d’énergie libre – Réaction spontanée – DG négatif – Exemple : Respiration cellulaire (C6H12O6 + 6O2  6 CO2 + 6H2O) 18  8.2 Énergie libre et métabolisme Réaction endergonique – Énergie dirigée vers l’intérieur – Absorption d’énergie libre à partir de l’environnement – Réaction non spontanée – DG positif – Exemple : Photosynthèse (C6H12O6 + 6O2  6 CO2 + 6H2O) 19  Structure et hydrolyse de l’ATP 8.3 ATP et travail cellulaire La cellule produit 3 types de travail : 1) Mécanique Ex: protéines motrices 2) De transport Ex: Pompe Na+/K+ 3) Chimique Ex: conversion acide glutamique en glutamine 22 8.3 Comment l’ATP produit du travail? Dans l’ensemble, le processus est dit exergonique car le DG est négatif 25  8.3 Comment l’ATP produit du travail? – Dans la cellule, il y a transfert de l’énergie dégagée par l’ATP hydrolysée (Réaction exergonique) pour déclencher une réaction endergoniques. Grâce à des enzymes particulières (kinases), un groupement phosphate est transféré à une molécule intermédiaire (qui est alors phosphorylée) L’intermédiaire phosphorylé est moins stable, donc plus réactif que la molécule originale – C’est la clé du couplage des réactions exergoniques et endergoniques! 26  Les enzymes Même si une réaction est spontanée, elle peut se faire lentement…si elle est à T° de la pièce, sans catalyseur Ex: hydrolyse du saccharose en glucose et fructose dans de l’eau stérile : des années! 29 8.4 Que peut-on ajouter au système pour que la réaction se fasse en quelques secondes? De la saccharase 30 8.4 Les Enzymes Catalyseur – Agent chimique qui modifie la vitesse d’une réaction tout en restant inchangé Enzyme – Protéine globulaire catalytique Sans enzymes, les voies métaboliques seraient « désespérément congestionnées » et prendraient des années à se faire !!! 31  8.4 Énergie d’activation Énergie d’activation (EA): – Énergie requise pour déclencher une réaction – Un peu comme la « poussée » qu’il faut donner aux réactifs pour qu’ils franchissent une barrière (colline) et que la réaction puisse s’activée – Ex : Petit coup de hanche pour pousser votre ami dans la piscine. Les molécules d’une cellule ne se décomposent pas spontanément : grâce à la barrière produite par l’EA dans les cellules (sinon tous exploseraient en 1 sec) Pourquoi les réactions métaboliques doivent-elles se faire à la T° du corps? – Pour ne pas dénaturer les protéines et tuer les cellules! 33  Les enzymes sont spécifiques à leur(s) substrat(s) Site de reconnaissance moléculaire du substrat Ajustement induit comme une grosse accolade entre un enfant et sa mère (enfant étant le substrat et la mère l’enzyme)  8.4 Site actif d’une enzyme : centre catalytique Liaison entre l’enzyme et le substrat: – Interactions faibles (dans la majorité des cas) Liaisons hydrogène Liaisons ioniques (Interactions hydrophobes) – Ce sont les chaînes latérales (R) des acides aminés qui composent le site actif de l’enzyme qui favorisent la réaction de catalyse Une fois la réaction terminée, dans quel état se trouve l’enzyme? – Comme avant 36  Facteurs influençant sur l’activité enzymatique La température – Pourquoi T° ↑vréaction ? Substrats se heurtent plus souvent au site actif – Qu’est-ce qui se passe si la T° est trop élevée pour une enzyme donnée? Dénaturation de l’enzyme Les inhibiteurs enzymatiques - Bloquent l’action des enzymes En se liant à eux, soit de façon: - Irréversible (liaisons covalentes) - réversible (liaisons faibles) 2 sortes: Inhibition compétitive ou Inhibition non compétitive 8.4 Facteurs influant sur l’activité enzymatique Exemples de poisons agissant comme inhibiteurs enzymatiques irréversibles – Sarin (Gaz neurotoxique)  Tokyo 1995 – DDT, parathion (insecticides de synthèse) Antibiotique qui bloque le site actif de l’enzyme impliquée dans la fabrication de la paroi bactérienne : – PÉNICILLINE Quelle molécule n’est plus synthétisée? 39 La régulation allostérique Pour ne pas que le chaos s’installe dans la cellule par l’ouverture simultanée de toutes les voies métaboliques, la cellule exerce un contrôle rigoureux sur l’activité des différentes enzymes, décidant où et quand elles seront actives 40 8.5 Introduction Régulation allostérique : – Allos  autre – Donc régulation via un autre site de liaison que le site actif La cellule : – Utilise le principe des inhibiteurs non compétitifs réversibles pour activer ou inhiber des enzymes qui possèdent un site allostérique situé loin de leur site actif 41  Enzyme allostérique : Constituée de 2 ou plusieurs (Site allostérique) chaînes polypeptidiques 2 types de molécules régulatrices Activateurs Inhibiteurs Fluctuations de [régulateur] font varier l’activité d’une enzyme allostérique  Rétro-inhibition Fermeture d’une voie métabolique, grâce au produit final qui vient inactiver une enzyme au début de cette voie Pourquoi? Pour éviter le gaspillage d’énergie et de ressources chimiques  Révision Décrivez comment une réaction endergonique peut se produire dans la cellule. Décrivez en détail le cycle catalytique d’une enzyme. Décrivez les différentes manières que la cellule utilise pour réguler l’activité de ses enzymes. Décrivez qu’est-ce qu’une réaction de couplage. (diapo 24- 25)