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La chimie de la vie est organisée en voies métaboliques

La cellule = une industrie chimique où se produisent des milliers deréactions.

Le métabolisme = ensemble des réactions biochimiques d’unorganisme

La chimie de la vie est organisée en voies métaboliques.Une voie métabolique = une séquence d’étapes au cours desquelles unemême molécule est modifiée jusqu’à l’obtention d’un produit donné..Chaque étape est catalysée par une enzyme spécifique.

Anabolisme : réactions de synthèse (consomme de l’énergie ex lasynthèse d’une protéine)Catabolisme : réactions de dégradation (produit de l’énergie ex larespiration)

une voie métbolique

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Les organismes transforment l’énergie

L’énergie = capacité de causer un changement, de produire un travail

Energie potentielle = capacité de produire un travail en raison de saposition et/ou de sa structure ex énergie chimique

Energie cinétique = énergie associée au mouvementex énergie lumineuse, thermique

L’énergie passe d’une forme à l’autre = transformation

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Les deux principes de la thermodynamique ou l’étude des principesde la transformation d’énergie

La thermodynamique est l’étude des transformations d’énergie qui seproduisent dans une portion de matière.

Cette portion de matière = un système (fermé ou ouvert = qui permetdes échanges d’énergie et/ou de matière)

1er principe = la quantité d’énergie dans l’Univers est constante (=conservation de l’énergie)

L’énergie peut-être transformée et transférée mais ne peut pasêtre ni détruite ni créée

2ème principe = tout transfert ou transformation d’énergie augmente ledésordre (entropie) de l’Univers

Passe souvent par une augmentation de la chaleur : énergiedésordonnée résultant du mouvement aléatoire de molécules quientrent en collision

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Les organismes vivent grâce à l’énergie librePourquoi certains processus se produisent-ils spontanément?

Spontané : changement qui se réalise sans influence extérieure et quiaugmente la stabilité d’un systèmeNon spontané : un changement qui se produit grâce à l’apport d’unesource d’énergie extérieure

Énergie libre (G) = la portion de l’énergie d’un système qui peutproduire du travail à une température et à une pression constantes (exdans une cellule)

H = G + TSH : énergie totale (enthalpie)G : énergie libre ou utilisableS : énergie non utilisable (entropie)T : température absolue (Kelvin : K = °C + 273)

Dans une réaction chimique :∆G = ∆H - T∆Ssi ∆G est négatif, la réaction est spontanée

∆G = G produits - G réactifs

Tous les systèmes évoluent vers une diminution de l’énergie libre etdonc une augmentation de la stabilité, ils tendent vers l’équilibre.

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Réactions exergoniques et endergoniques

Les molécules complexes sont hautement ordonnées et riches enénergie…donc instables

réaction exergonique : ∆G négatif = système instable etréaction spontanée

ex respiration

réaction endergonique : ∆G positif = système plus stable etréaction non spontanée demandant un supplément d’énergie

ex photosynthèse

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L’ATP permet le travail cellulaire en couplant les réactionsexergoniques aux réactions endergoniques

ATP = adénosine triphosphate

L’hydrolyse des liaisons phosphate de l’AP libère de l’énergie.C’est une réaction exergonique.

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L’ATP permet le travail cellulaire en couplant les réactionsexergoniques aux réactions endergoniques

L’énergie libérée lors de l’hydrolyse de l’ATP est couplée à uneréaction endergonique : elle est utilisée pour faire l’autre réaction.

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L’ATP permet le travail cellulaire en couplant les réactionsexergoniques aux réactions endergoniques

Le couplage se fait via des enzymes, appelées kinases, qui transfèrentle groupement phosphate de l’ATP à une autre molécule, qui est alorsphosphorylé. Cette molécule phosphorylée subit un changement quiproduit du travail tout en perdant le groupement phosphate.

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Figure 8.12

La régénération de l’ATP

Un organisme utilise continuellement de l’ATP. Il faut donc en régénéreren continu. Ces sont les réactions exergoniques du catabolisme quifournissent l’énergie nécessaire à la re-phosphorylation de l’ATP (ex larespiration chez les animaux).

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Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques

Les enzymes sont des catalyseurs qui accélèrent la vitesse des réactionschimiques, sans être eux-mêmes modifiés.

Pour déclencher une réaction, une énergie d’activation est nécessaire, parexemple pour rapprocher des atomes ou briser des liaisons = une barrièreà la réaction spontanée, qui détermine la vitesse de réaction.

Une enzyme catalyse une réaction en abaissant l’énergie d’activation etdonc l’accélère (attention le ΔG ne change pas).

Figure 8.14

Figure 8.15

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La spécificité des enzymes

Le substrat est le réactif sur lequel l’enzyme agit.Le substrat se lie à l’enzyme pour forme le complexe enzyme-substrat etpuis l’enzyme catalyse la réaction pour transformer le substrat en produit.

Les enzymes sont des protéines et sont très spécifiques de leur substrat.Cette spécificité est dictée par la conformation de la protéine : une partiede la protéine forme une crevasse (= le site actif) dans laquelle vient seloger le substrat---> complémentarité de forme + complémentarité d’interactions physico-chimiques + adaptation de l’enzyme (ajustement de l’enzyme au substrat)

Figure 8.16

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Le cycle catalytique

L’enzyme abaisse l’énergie d’activation en- rapprochant les deux substrats et en les positionnant de manièreadéquate- étirant le substrat au niveau de la ou des liaisons à rompre, serapprochant ainsi de l’état de transition (au moment de l’ajustement)- en fournissant un microenvironnement propice à la réaction (ex pHacide)- en fournissant, via certains acides aminés, des liaisons covalentesintermédiaires

---> la vitesse de réaction est augmentée de 103 à parfois plus de 106 fois

14Figure 8.18

L’environnement local influence l’activité enzymatique

La température : la vitesse de réaction augmente avec la température,jusqu’à la température optimale. Au delà, l’enzyme se dénature et perdson activité.

Le pH optimal de la plupart des enzymes se situe entre 6 et 8 sauf casparticuliers (ex enzymes de l’estomac, enzymes du lysosome).

Les cofacteurs sont des molécules non protéiques, nécessaires à l’activitéenzymatique, souvent présentes dans le site actif (ex : ion fer, zinc,cuivre).

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Les inhibiteurs enzymatiques

Les inhibiteurs enzymatiques sont des molécules qui inhibent l’actiond’enzymes, de manière spécifique.Les inhibiteurs irréversibles se lient au site actif de manière covalente.Les inhibiteurs réversibles interagissent avec l’enzyme via desinteractions faibles.

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La régulation de l’activité enzymatique contribue à la régulation dumétabolisme

Les voies métaboliques sont régulées en fonction de la demande ou de ladisponibilité en substrat par des processus de rétro-inhibition ou de rétro-activation.

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La régulation de l’activité enzymatique se fait souvent au niveaud’enzymes allostérique

La régulation allostérique : la conformation de l’enzyme est modifiéepar liaison d’un régulateur allostérique dans un autre site que le site actif.Les enzymes régulées de façon allostérique sont des enzymesmultimériques.