NT UE1 -

Bioénergétique

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15/10/2024

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Camille DESCHAMPS, L2 SF

Arthur Baudin, D1

Noor Tassoumt, P2

Milia POYET, P2

PHYSIOLOGIE

ÉNERGÉTIQUE

Petit QCM de début

Dans quel cas les protéines sont-elles mobilisées comme source d'énergie chez l'humain ?

A) Après 24 heures de jeûne.

�B) Lors d'une activité physique modérée.

�C) Lors d'un jeûne prolongé ou en cas de dénutrition.

�D) Après une prise alimentaire riche en glucides.

�E) Lors d'une hypoglycémie.

Petit QCM de début

Dans quel cas les protéines sont-elles mobilisées comme source d'énergie chez l'humain ?

A) Après 24 heures de jeûne. Faux : Ce sont les lipides.

�B) Lors d'une activité physique modérée. Faux : Ce sont les glucides.

�C) Lors d'un jeûne prolongé ou en cas de dénutrition. Vrai

D) Après une prise alimentaire riche en glucides. Faux

E) Lors d'une hypoglycémie. Faux :Ça serait en priorité les glucides.

Les fluxs thermiques, qu’est-ce que c’est ?

Correction:

Quelles sont les différentes formes d'énergie qu’on retrouve chez l’homme?

Les réserves énergétiques de l’organisme?

Quelles sont les différentes formes de stockage énergétique (3) ?

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1. Glucides (Glucose, glycogène) 2) Protéines 3) Lipides

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Quelles sont les différentes zones de stockages et d’utilisation de l'énergie?

Les muscles (tous).

3 Zones de stockage préférentielle : Le foie (Glycogène et lipides).

Le tissu adipeux (lipides).

Les ressources seront transportées via la :

Circulation sanguine

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Jusqu’au zones d’utilisations: Les cellules.

Les réserves énergétiques de l’organisme?

Quelles sont les différentes formes de stockage énergétique (3) ?

​

• Glucides (Glucose, glycogène) 2) Protéines 3) Lipides

​

Quelles sont les différentes zones de stockages et d’utilisation de l'énergie?

Les muscles (tous).

3 Zones de stockage préférentielle : Le foie (Glycogène et lipides).

Le tissu adipeux (lipides).

Les ressources seront transportées via la :

Circulation sanguine

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​

Jusqu’au zones d’utilisations: Les cellules.

Ordre de mobilisation des ressources énergétiques

1. Les réserves glucidiques = jeune de moins de 24 h ou en cas d'exercices modérés.

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• Les réserves lipidiques = jeun de plus de 24h ou en cas d'exercice de plus de 20 min où nous utilisons plus de 60 % de nos capacités (en bref de l’exercice intense ou endurant).

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• Les réserves protidiques = en cas de dénutrition sévère ou en certains cas physiopathologiques avec forte consommation d'énergie (exemple: les cancers).

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ATTENTION: Il ne faut pas confondre l’ordre de mobilisation avec la taille des réserves énergétiques qui sont dans l’ordre croissant :

Glucide < Protéine < Lipide.

Les filières énergétiques ?

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1. L'anaérobie (anaérobiose) : C’est la filière énergétique qui se déroule en ………………….. d'oxygène. C’est la filière énergétique ……………… qui est aussi la ……………..rentable.

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• L'aérobie (aérobiose) : C’est la filière énergétique qui se déroule en ………………….. d'oxygène. C’est la filière énergétique de ………………. qui est aussi la …………… rentable.�

Les filières énergétiques?

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• L'anaérobie (anaérobiose) : C’est la filière énergétique qui se déroule en absence d'oxygène. C’est la filière énergétique de secours qui est aussi la moins rentable.

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• L'aérobie (aérobiose) : C’est la filière énergétique qui se déroule en présence d'oxygène. C’est la filière énergétique de prédilection qui est aussi la plus rentable.�

Dépenses énergétiques Minimales vs Contingentes

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Vie végétative de repos (60%).

Dépenses énergétiques minimales Transports ioniques (20%).

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(Elles sont OBLIGATOIRES pour vivre)

Renouvellement des structures (20%).

VS

Thermorégulation.

Digestion.

Dépenses énergétiques contingentes Croissance.

(Elles sont FACULTATIVES) L’exercice.

Quelques définitions clés :

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………………………. : Ensemble des transformations chimiques et biologiques qui s'accomplissent dans l'organisme.

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……………………….. : Ensemble des processus de dégradation des composés organiques, avec dégagement d'énergie et élimination des déchets. Ceci permet de produire de l'énergie utilisable par l’organisme avec une perte d'énergie sous forme de chaleur.

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……………………. : Ensemble des processus de synthèse des composés organiques, avec consommation d'énergie et consommation de substrats. Ceci permet de reconstituer les réserves énergétiques.

Quelques définitions clés:

Le métabolisme : Ensemble des transformations chimiques et biologiques qui s'accomplissent dans l'organisme.

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Le catabolisme : Ensemble des processus de dégradation des composés organiques, avec dégagement d'énergie et élimination des déchets. Ceci permet de produire de l'énergie utilisable par l’organisme avec une perte d'énergie sous forme de chaleur.

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L’anabolisme : Ensemble des processus de synthèse des composés organiques, avec consommation d'énergie et consommation de substrats. Ceci permet de reconstituer les réserves énergétiques.

Petit moyen mémo: ABCD, Anabolisme = Bâtir, Catabolisme = Détruire

La mitochondrie…

Mais tout d’abord une grande question, c’est quoi la mitochondrie?

La mitochondrie : caractéristiques générales :

• Organite intracellulaire.
• Avec 2 membranes : une externe, et une interne avec des invaginations => permet la phosphorylation oxydative.
• Espace intermembranaire entre les membranes.
• Une matrice centrale qui contient toutes les enzymes nécessaires pour le cycle de Krebs.
• Site de la respiration cellulaire en aérobie.

Aperçu du rôle de la mitochondrie dans la respiration cellulaire :

Glucose (C6)

2 Pyruvates(C3) + 2 ATP

Glycolyse en anaérobie dans le cytoplasme.

CO2 + H2O + ATP + NADH +FADH2

Cycle de Krebs (aérobie/anaérobie) dans la matrice mitochondriale.

Phosphorylation oxydative dans la membrane interne de la mitochondrie (aérobie strict).

Transforme ton ADP en ATP avec un super QCM

1. La phosphorylation oxydative se déroule sur la membrane interne de la mitochondrie.

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• La chaîne de transporteurs d'électrons, oxyde les formes réduites de l’ATP.

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• De l’espace membranaire vers la matrice mitochondriale les ions H+ s’accumulent et créent un gradient de protons dans ce sens.

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• C’est grâce au transfert d’ion H+ au travers du complexe ATP synthase, que l’ADP va être phosphorylé en ATP.

Réponse QCM

• VRAI : La phosphorylation oxydative se déroule sur la membrane interne de la mitochondrie.

​

• VRAI : La chaîne de transporteurs d'électrons, oxyde les formes réduites de ATP.

​

• VRAI : De l’espace membranaire vers la matrice mitochondriale les ions H+ s’accumulent et créent un gradient de protons dans ce sens.

​

• VRAI : C’est grâce au transfert d’ion H+ au travers du complexe ATP synthase, que l’ADP va être phosphorylé en ATP.

La mitochondrie

Un p’tit rappel la mitochondrie :

• Deux membranes : une externe et une interne avec des invaginations.
• Lieu du cycle de Krebs.
• Lieu de production aérobie de l’ATP.
• Lieu de la respiration cellulaire.

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La phosphorylation se déroule sur la membranes interne grâce à quatre complexes (= chaîne de transporteurs d’électrons) et le co-transporteur (= ATP-synthase).

Chaîne respiratoire

La chaîne de transporteurs d'électrons :

(complexes 1, 2, 3, 4), va utiliser les équivalents réduits de l’ATP comme substrats.

C’est-a-direeeee ????

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Elle va utiliser du NADH réduit, dans le complexe 1, pour donner du NAD+ oxydé.

Rappel oxydoréduction !

Réduit = capte 1 ou plusieurs électrons.

Oxydé = donne 1 ou plusieurs électrons .

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Le complexe 2 fait pareil avec le FADH² qui devient du FADH+.

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Gradient de proton

Le sens du gradient est : de l’espace membranaire VERS la matrice mitochondriale

= il va y avoir une concentration en H+ beaucoup plus importante dans l’espace inter-membranaire comparé à la matrice mitochondriale.

J’ai un bac+3 en paint

ATP synthase

• Grâce au gradient de proton, le 5e complexe (= complexe ATP synthase) utilise les ions H+ de l’espace membranaire pour transformer l’ADP en ATP.

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• !! ADP (adénosine diphosphate) a aussi besoin de PO4²^- pour créer une liaison phosphate et donc être phosphorylé en ATP (Adénosine triphosphate).

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Régulation de la respiration mitochondriale

???

???

???

???

???

???

???

Régulation de la respiration mitochondriale

!! La ce sont les 2 états extrêmes, mais il existe plein d’états intermediaries !!

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Bilan de la respiration mitochondriale

• Il y a 2 états :
• État de couplage : qui favorise la production d’ATP => diminution de la respiration mitochondriale.
• État de découplage : passage d’ion H+ => diminution de la production ATP => augmentation de la respiration mitochondriale.
• Plus il y a d'ATP dans la matrice mitochondriale, moins la respiration mitochondriale va être active.
• La respiration mitochondriale est modifiée par la différence entre la forme phosphorylée et la forme déphosphorylée.

Concernant les agents découplants :

1. Ils ont pour unique rôle de dissocier le gradient de concentration.

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• Ils permettent d’augmenter la production d’ATP.

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• Ils permettent de stimuler la respiration cellulaire.

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• Les protéines découplantes directes sont les UCP1, UCP2 et UCP3.

Réponse QCM

• FAUX : Ils ont pour unique rôle de dissocier le gradient de concentration.

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• FAUX : Permettent d’augmenter la production d’ATP.

​

• VRAI : Permettent de stimuler la respiration cellulaire.

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• VRAI : Les protéines découplantes directes sont les UCP1, UCP2 et UCP3.

Les agents découplants

Les agents découplants servent à dissocier, désolidariser, décorréler le gradient de concentration grâce à la synthèse d’une molécule d’ATP.

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Pour cela l’agent découplant augmente la conductance de la membrane interne de la mitochondrie aux ions H+ = il fait passer des ions H+ à l'intérieur.

Les agents découplants

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=> Les agents découplants permettent aux ions H+ de rentrer dans la matrice mitochondriale, sans passé par le complexe ATP synthase.

​

=> Il contourne le système de création de l’ATP en important des ions = diminution de la production ATP.

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Les agents découplants

Les agents découplants ont besoin d’ions H+ importés par la respiration cellulaire. Ainsi cela va la stimuler fortement, car les ions libérés par la respiration ne vont pas être transformés en ATP, pourtant c’est elle qui fait le rétrocontrôle de la respiration.

Protéine UCP

Petit point UCP :

UCP = uncoupling proteins

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UCP 1 = graisse brune (trouvée surtout chez le nouveau né).

UCP 2 = cerveau et hypothalamus (contrôle le métabolisme basal).

UCP 3 = muscles squelettiques.

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La production de ses protéines est stimulée par :

• Les hormones thyroïdiennes (TSH, T3, T4).
• Adrénaline (Ad).
• Noradrénaline (NA).
• Leptine.

2 exemples de ROS

…………………: peut être transformé en radical …………………………….(= très réactif).

Quand il va réagir avec d’autres molécules il peut former du …………………… …………………….(= substance active de l’eau oxygénée).

Ce n’est alors plus un radical, mais il possède une conformation électronique qui lui confère une réactivité biologique spécifique.

​

………………..: les dérivés de l’azote peuvent réagir avec l’oxygène pour former des ions …. …………………….(très oxydants).

​

=> C’est environ ….% de l'oxygène consommé qui est transformé en ROS

( ↗ avec la consommation en O2).

=> !!! ROS peuvent endommager les glucides, les protéines, les lipides et même l’ADN = ……………………………………… cellulaire ou …………. cellulaire.

2 exemples de ROS

OXYGÈNE : peut être transformé en radical superoxyde (= très réactif).

Quand il va réagir avec d’autres molécules, il peut former du peroxyde d'hydrogène (= substance active de l’eau oxygénée).

Ce n’est alors plus un radical, mais il possède une conformation électronique qui lui confère une réactivité biologique spécifique.

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………………..: les dérivés de l’azote peuvent réagir avec l’oxygène pour former des ions …. …………………….(très oxydants).

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=> c’est environ ….% de l'oxygène consommé qui est transformé en ROS ( ↗ avec la consommation en O2).

=> !!! ROS peuvent endommager les glucides, les prot, les lipides et même l’ADN = ……………………………………… cellulaire ou …………. cellulaire.

2 exemples de ROS

OXYGÈNE : peut être transformé en radical superoxyde (= très réactif).

Quand il va réagir avec d’autres molécules il peut former du peroxyde d'hydrogène (= substance active de l’eau oxygénée).

Ce n’est alors plus un radical, mais il possède une conformation électronique qui lui confère une réactivité biologique spécifique.

​

AZOTE : les dérivés de l’azote peuvent réagir avec l’oxygène pour former des ions de peroxynitrite (très oxydants).

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=> C’est environ ….% de l'oxygène consommé qui est transformé en ROS ( ↗ avec la consommation en O2).

=> !!! ROS peuvent endommager les glucides, les prot, les lipides et même l’ADN = ……………………………………… cellulaire ou …………. cellulaire.

2 exemples de ROS

OXYGÈNE : peut être transformé en radical superoxyde (= très réactif).

Quand il va réagir avec d’autre molécule il peut former du peroxyde d'hydrogène (= substance active de l’eau oxygénée).

Ce n’est alors plus un radical, mais il possède une conformation électronique qui lui confère une réactivité biologique spécifique.

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AZOTE : les dérivées de l’azote peuvent réagir avec l’oxygène pour former des ions de peroxynitrite (très oxydant).

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=> C’est environ 3% de l'oxygène consommé qui est transformé en ROS ( ↗ avec la consommation en O2).

=> !!! ROS peuvent endommager les glucides, les prot, les lipides et même l’ADN = dysfonctionnement cellulaire ou mort cellulaire.

L’équilibre est ESSENTIEL entre les pro et les anti-oxydants.

=> hypERproduction de ROS ou hypOproduction d’antioxydant = stress oxydant.

​

=> hypOproduction de ROS ou hypERproduction d’antioxydant = stress réducteur.

THERMORÉGULATION (important +++ cette année)

1. Les mammifères sont homéothermes, ils ont une température constante.

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• L’organisme peut être présenté comme un noyau thermique central, et une enveloppe thermique qui produit la chaleur.

​

• Les échanges thermiques dépendent du gradient thermique entre le noyau et l'extérieur.

​

• L'hypothalamus joue un rôle central dans ce processus en régulant l'équilibre entre la production et la dissipation de chaleur.

Réponse QCM

1. VRAI : Les mammifères sont homéothermes, ils ont une température constante.

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Homéothermes = êtres vivants à sang chaud.

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=> Au niveau du noyau thermique (=centre du corps) la température va être plus ou moins constante (de 37°C pour l’Homme).

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=> Possible grâce à un phénomène d'homéostasie = la THERMORÉGULATION

Réponse QCM

B. FAUX : L’organisme peut être présenté comme un noyau thermique central, et une enveloppe thermique qui produit la chaleur.

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C’est l’inverse !!

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Le noyau thermique est producteur de chaleur => grâce aux muscles squelettiques, aux viscères et au système nerveux central.

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Et la peau et les graisses, forme l’enveloppe thermique, elle est la pour retenir au maximum la chaleur à l'intérieur du noyau thermique. Ils ont un pouvoir isolant variable.

Réponse QCM

C. VRAI : Les échanges thermiques dépendent du gradient thermique entre le noyau et l'extérieur.

​

​

Les échanges de température entre le corps et son environnement dépendent de la différence de température entre les 2.

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Cad : S'il fait 10°C, et que notre corps est à sa température de 37°C, il va y avoir un gradient thermique vers l'extérieur du corps = une perte de chaleur dans le noyau thermique.

​

Les échanges dépendent aussi du pouvoir isolant de la peau

(son état, sa localisation, …).

Réponse QCM

D. VRAI : L'hypothalamus joue un rôle central dans ce processus en régulant l'équilibre entre la production et la dissipation de chaleur.

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L’hypothalamus c’est le centre de contrôle de la thermorégulation.

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PRODUCTION de chaleur = thermogenèse (avec des sources externes et interne)

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PERTE de chaleur = thermolyse =obligatoire ou adaptative .

Ligne bleu = consommation en O²

Ligne rouge = température centrale

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De 22 à 28°C = zone de neutralité thermique.

Comment lutter contre le froid ?

2 options

Limiter les pertes

Augmenter la production

Limiter la THERMOLYSE

Diminuer le volume du noyau

= diminuer les échanges thermiques

Vasoconstriction réflexe périphérique

Plus grand noyau central :

↘ débit sanguin

Frissons

Production de 5 fois plus d’énergie que le métabolisme basal.

↗ du tonus sympathique

Réflexe = piloérection et vaso-constriction

différée = UCP et thermogenèse sans frisson .

Rappel (ou découverte) système nerveux végétatif

Le système nerveux végétatif a 2 branches :

=> Système nerveux végétatif ……………………………….. ou ………………………………

=> Système nerveux ………………………………..

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Les 2 ont des actions ……………………………………. sur les organes.

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Le système nerveux vegetatif va être responsable des actions ……………………….réflexes de la thermorégulation. Il régit la ……………………et la…………………………………. .

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Il est aussi responsable des actions …………… ………… (plusieurs h après), avec la synthèse de ………………………………………… qui donnent la thermogenèse sans frisson.

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Rappel (ou découverte) système nerveux végétatif

Le système nerveux végétatif a 2 branches :

=> Système nerveux végétatif orthosympathique ou sympathique.

=> Système nerveux parasympathique.

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Les 2 ont des actions antagonistes sur les organes.

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Le système nerveux vegetatif va etre responsable des actions ……………………….réflexes de la thermorégulation. Il régit la ……………………et la………………………………….

​

Il est aussi responsable des actions …………… ………… (plusieurs h après), avec la synthèse de ………………………………………… qui donnent la thermogenèse sans frisson.

​

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Rappel (ou découverte) système nerveux végétatif

Le système nerveux végétatif a 2 branches :

=> Système nerveux végétatif orthosympathique ou sympathique.

=> Système nerveux parasympathique.

​

Les 2 ont des actions antagonistes sur les organes.

​

Le système nerveux vegetatif va etre responsable des actions immédiates réflexes de la thermorégulation. Il régit la piloérection et la vasoconstriction.

​

Il est aussi responsable des actions différées adaptatives (plusieurs h après), avec la synthèse de protéines découplantes qui donnent la thermogenèse sans frisson.

Bioénergétique

Les généralités :

NOTIONS DE :

Métabolisme

?

?

Les généralités :

NOTIONS DE :

Métabolisme

Catabolisme

Anabolisme

Ensemble des transformations ayant lieu dans un système biologique.

Dégradation enzymatique des nutriments riches en énergie

= libération de l'énergie afin de la conserver en ATP par exemple.

Création de molécules complexes à partir de précurseurs simples

= utilisation de l’énergie chimique .

Les généralités :

Et au milieu de tout ça :

Les substrats énergétiques alternent entre catabolisme et anabolisme.

En parlant de l’ATP

Liaison phosphoester

Liaisons anhydrides d’acides phosphoriques

En parlant de l’ATP

ΔG = -31 KJ/mol pour :

ATP => ADP

ADP => AMP

Pourquoi ?

ΔG = -31 KJ/mol pour :

ATP => ADP

ADP => AMP

3 raisons :

​

• Équilibrer les forces de répulsions des groupements phosphates.

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• Le Pi libéré est stabilisé autre part pour le rendre plus stable énergétiquement.

​

• L’ADP2- créé équilibre ses charges en libérant des H+ dans un milieu pauvre en H+.

Autres substrats énergétiques :

Les composés phosphorylés dits riches en énergie ont un ΔG plus négatif que -25 KJ/mol soit 7,3 Kcal/mol.

Mais alors la formation de l’ATP ?

On utilise donc la catalyse d’un composé PLUS ÉNERGÉTIQUE, ici la créatine-phosphate.

La respiration cellulaire

La respiration cellulaire :

3 étapes :

1- Production de l’acétyl-CoA dans le cytosol.

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2- Oxydation de l’acétyl-CoA dans la mitochondrie.

​

3- Phosphorylation oxydative.

Le cycle de krebs

Questionnaire de positionnement :

1. Afin de pouvoir commencer le cycle il doit y avoir intervention de la pyruvate déshydrogénase.

​

• Le cycle de krebs peut être appelé cycle de l’acide citrique.

​

• La deuxième réaction du cycle est une déshydratation.

​

• C’est lors de la 3e réaction du cycle que la première molécule de CO2 est évacuée.

​

• Lors de la 4e réaction du cycle, le coenzyme-A est à nouveau ajouté.

Réponse QCM

• Afin de pouvoir commencer le cycle il doit y avoir intervention de la pyruvate déshydrogénase.

VRAI : Il faut tout d’abord former de l’acétyl-CoA.

Explication

Petit point ✨explications✨

Réponse QCM

B. Le cycle de krebs peut être appelé cycle de l’acide citrique.

VRAI : C’est ici une référence au premier intermédiaire obtenu par le cycle : le citrate (ou acide citrique donc).

Explication

Petit point ✨explications✨

ΔG = -32 KJ/mol

IRRÉVERSIBLE

Réponse QCM

C. La deuxième réaction du cycle est une déshydratation.

FAUX : Il s’agit d’une isomérisation.

Explication

Petit point ✨explications✨

Petit point important

L’aconitase :

Première étape à laquelle on peut bloquer le cycle, avec :

Le fluoroacétate

Fluorocitrate

= bloque l’aconitase

ATTENTION :

Citrate synthase

Réponse QCM

D. C’est lors de la 3e réaction du cycle que la première molécule de CO2 est évacuée.

VRAI : Exactement.

Explication

Petit point ✨explications✨

3/ Décarboxylation oxydative

Réponse QCM

E. Lors de la 4e réaction du cycle, le coenzyme-A est à nouveau ajouté.

VRAI : Cf le petit point explication.

4e réaction : décarboxylation oxydative

Petit point ✨explications✨

α-cétoglutarate déshydrogénase

pyruvate déshydrogénase

≃

Enzymes analogues répétés le long de la chaîne :

• E1
• E2
• E3

​

Coenzymes :

• Le pyrophosphate de thiamine ou TPP
• Le coenzyme A
• Le NAD
• L'acide lipoïque
• La FAD

Explication

• elle est très exergonique

2e positionnement

1. Le passage du Succinate en Succinyl-CoA libère une molécule riche en énergie.

​

• La 6e réaction du cycle est une réaction stéréospécifique.

​

• La réaction catalysée par la fumarase produira du fumarate.

​

• La 8e réaction du cycle implique un transporteur NADH.

​

• Il existe 4 réactions irréversibles dans le cycle.

Réponse QCM

• Le passage du Succinate en Succinyl-CoA libère une molécule riche en énergie.

FAUX : C’est le passage du succinyl-CoA en succinate qui libère une molécule riche en énergie.

Explication

Petit point ✨explications✨

Explication

IMPORTANT :

⚠️Seule réaction du cycle qui peut produire de l’ATP ⚠️

ΔG = 0, donc aucune dépense énergétique pour aller vers l’un ou l’autre.

Nucléoside di-phosphate kinase

Réponse QCM

B. La 6e réaction du cycle est une réaction stéréospécifique.

VRAI : Cela veut dire que le produit créé sera toujours dans la même configuration, ici toujours en position trans.

Explication

Petit point ✨explications✨

Petite particularité, cette enzyme est la seule à être fixée à la membrane interne de la mitochondrie

Réponse QCM

C. La réaction catalysée par la fumarase produira du fumarate.

FAUX : Cette réaction part du fumarate pour aller vers le L-malate.

Explication

Petit point ✨explications✨

Activité à nouveau stéréospécifique, production uniquement de L-Malate

Réponse QCM

D. La 8e réaction du cycle implique un transporteur NADH.

VRAI : C’est le dernier du cycle qui en comptabilise 3 au total.

Explication

Petit point ✨explications✨

ΔG>0

Réponse QCM

E. Il existe 4 réactions irréversibles dans le cycle.

FAUX : Il n’en existe que 3, la première réaction et les deux décarboxylations oxydatives.

Explication

3/ Décarboxylation oxydative

BILAN :

Tout d’abord : Ne pas oublier qu’une molécule de glucose donnera 2 molécules de pyruvate, alors pour le bilan il faut compter deux fois le cycle.

On a donc :

• 1 ATP formé directement
• 3 NADH qui induiront chacun 3 ATP, donc 9 ATP
• 1 FADH2 qui induit 2 ATP

​

Total de 12 ATP par tour = 24 ATP par molécule de glucose.

​

Les 4 réactions d’O.R = Énergie

PETIT PLUS :

Pensez à faire votre propre cycle en ajoutant et en vous aidant de ce diapo, SURTOUT à votre manière.

Si grosses difficultés, il paraît que certaines musiques restent en tête :

Chaîne respiratoire et

phosphorylation oxydative

​

QCM

Question 32 - A propos de la phosphorylation oxydative, quelle est, ou quelles sont, la ou les propositions exactes : Annale-2019.

​

1. La production d’ATP dans la mitochondrie a lieu au travers d’une étape de conversion électro-osmotique suivie d’une étape osmo-chimique.

​

• Chaque molécule de NADH transporte un ion hydrure.

​

• Le transfert de deux protons à travers le canal F0 de l’ATP-synthase permet la synthèse d’une molécule d’ATP au niveau de F1.

​

• Les flavoprotéines sont des transporteurs directs d'électrons, souvent sur le fer.

​

QCM

Question 32 - A propos de la phosphorylation oxydative, quelle est, ou quelles sont, la ou les propositions exactes : Annale-2019.

​

• La production d’ATP dans la mitochondrie a lieu au travers d’une étape de conversion électro-osmotique suivie d’une étape osmo-chimique.

​

• Chaque molécule de NADH transporte un ion hydrure.

​

• Le transfert de deux protons à travers le canal F0 de l’ATP-synthase permet la synthèse d’une molécule d’ATP au niveau de F1.

​

• Les flavoprotéines sont des transporteurs directs d'électrons, souvent sur le fer.

​

La phosphorylation oxydative

-> Les électrons provenant des intermédiaires du cycle de krebs NADH et FADH2 vont s’écouler le long d’une chaîne d’enzymes.

​

​

-> Pendant ce transport la majeure partie de l’énergie des électrons est conservée sous forme de liaisons riches en énergie (le fameux ATP) : PHOSPHORYLATION OXYDATIVE

​

​

La phosphorylation oxydative

La génération de l’ATP par cette phosphorylation oxydative dépend d’un processus chimio-osmotique et peut-être divisée en deux étapes :

​

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-> Conversion…

​

​

-> Etape…

La phosphorylation oxydative

1. Conversion électro-osmotique :

​

Les électrons à haute énergie du NADH et FADH2 parcourent la chaîne respiratoire dans la membrane INTERNE de la mitochondrie.

-> Une partie de cette énergie libérée va être récupérée : gradient de protons.

​

• Étape osmo-chimique :

​

C’est la dissipation du gradient de protons : l’énergie récupérée va servir à créer de l’ATP à partir d’ADP et de phosphate inorganique (Pi).

La phosphorylation oxydative

Les électrons peuvent être transférés par trois mécanismes :

​

• Le transport hydrogène : (H+) + (e-).
• Le transport d’ion hydrure : (H+) + 2(e-).
• Le transport d’électrons

​

Et il existe 5 types de transporteurs d’électrons (dont 4 insérés dans la membrane interne de la mitochondrie) :

​

• Les Flavoprotéines (coenzymes : FAD/FMN).
• Les NAD(P)H déshydrogénases
• Les cytochromes
• Les protéines fer/soufre
• L’Ubiquinone (ou coenzyme Q).

​

QCM

A propos des transporteurs d’électrons, choisissez la ou les affirmations exactes :

​

1. Les flavoprotéines peuvent accepter les électrons par liaison avec de l’hydrogène.

​

• Il existe deux types de cytochromes ayant chacun leurs propriétés.

​

• L’ubiquinone est fixe (immobile).

​

• Chaque molécule de NADH transporte deux protons et deux électrons.

​

• Les cytochromes ne pouvant pas réaliser un transfert direct d’électrons, ils utilisent le transport hydrogène.

QCM

A propos des transporteurs d’électrons, choisissez la ou les affirmations exactes :

​

• Les flavoprotéines peuvent accepter les électrons par liaison avec de l’hydrogène.

​

• Il existe deux types de cytochromes ayant chacun leurs propriétés.

​

• L’ubiquinone est fixe (immobile).

​

• Chaque molécule de NADH transporte deux protons et deux électrons.

​

• Les cytochromes ne pouvant pas réaliser un transfert direct d’électrons, ils utilisent le transport hydrogène.

COMPLEXE 1

NADH déshydrogénase :

​

• Plus gros complexe enzymatique de la chaîne respiratoire.

​

• Passage des électrons vers l’ubiquinone.

​

• L’ubiquinone accepte un ion hydrure du NADH, un proton et 2 électrons de l’eau.

​

COMPLEXE 2

Succinate Déshydrogénase :

​

• Seule enzyme du cycle de l’acide citrique liée à la membrane mitochondriale interne.

​

• Les électrons passent du succinate au groupement prosthétique FAD et par deux centres fer-soufre pour ensuite atteindre l’ubiquinone qui sera réduit.

COMPLEXE 3

Ubiquinone cytochrome c réductase :

​

• Il contient des cytochromes B, C1 et une protéine fer soufre, et au moins 6 autres unités protéiques.

​

• Les électrons passent de l’ubiquinone au cytochrome par une série de réactions appelée cycle Q (réaction cyclique).

​

• Le résultat est l’oxydation de l’ubiquinone et la réduction du cytochrome C.

COMPLEXE 4

Cytochrome oxydase :

​

• Il contient les cytochromes a et a3 et deux ions cuivre essentiel à la réduction de l’O2 (puisqu’il va gagner des électrons).

​

• La cytochrome oxydase maintient l’oxygène au niveau d’un site spécifique bimétallique où il reste fixé jusqu’à ce qu’il aille prélever 4 électrons et soit relargué sous forme de deux molécules d’eau dans la matrice.

​

• L’oxygène, ayant une forte affinité pour les électrons, libère une grande quantité d’énergie lors de sa réduction en eau.

Ordre des transporteurs d’électrons

• Les électrons circulent du potentiel le plus négatif au plus positif : celui de l’oxygène donc l’accepteur final.

​

• On a pu le remarquer en utilisant des inhibiteurs spécifiques des différentes étapes de ce transport.

​

QCM

Parmi les propositions suivantes, choisissez celles qui sont exactes :

​

1. Les 4 complexes de la chaînes respiratoires permettent le transport de protons et la création d’un gradient de protons.

​

• Le pH est plus bas de 1,4 unité dans la matrice que dans l’espace inter-membranaire.

​

• L’ATP synthase est composée de deux sites : F0 qui est la protéine/ site catalytique, F1 qui est transmembranaire.

​

• L’ATP synthase peut pomper les protons dans la matrice de deux manières : hydrolyse de l’ATP en ADP pour récupérer de l’énergie ou en captant le flux descendant de protons.

​

• Le rôle du gradient est directement de former de l’ATP.

​

QCM

Parmi les propositions suivantes, choisissez celles qui sont exactes :

​

• Les 4 complexes de la chaînes respiratoires permettent le transport de protons et la création d’un gradient de protons.

​

• Le pH est plus bas de 1,4 unité dans la matrice que dans l’espace inter-membranaire.

​

• L’ATP synthase est composée de deux sites: F0 qui est la protéine/ site catalytique, F1 qui est transmembranaire.

​

• L’ATP synthase peut pomper les protons dans la matrice de deux manières: hydrolyse de l’ATP en ADP pour récupérer de l’énergie ou en captant le flux descendant de protons.

​

• Le rôle du gradient est directement de former de l’ATP.

​

GRADIENT DE PROTONS

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• La membrane mitochondriale interne est imperméable aux protons donc la génération du gradient nécessite des transporteurs de protons.

​

• Pour rappel l’espace intermembranaire possède plus de protons H+ que la matrice. Avec un pH plus bas de 1,4 unités dans cette espace que dans la matrice.

​

• 3 des 4 complexes jouent le rôle de transporteur: le complexe NADH déshydrogénase (I), le complexe ubiquinone cytochrome c réductase (III) qui est asymétrique et le complexe cytochrome oxydase (IV).

​

• La succinate déshydrogénase (II) a malgré tout son rôle à jouer : elle donne les électrons à l’ubiquinone qui les apporte près de la surface interne de la membrane et les donner au complexe III près de la surface externe.

ATP SYNTHASE

• L’ATP synthase est la structure la plus complexe de la membrane mitochondriale interne. Elle est composée de deux unités majeures :

​

• L’unité F0 transmembranaire (insoluble dans l’eau) est composée de plusieurs protéines et d’un canal pour la translocation.

​

• L’unité F1 située sur la face interne de la membrane interne de la mitochondrie. Elle est composé de 5 sous unités protéiques : α3, β3, δ, γ et ε.

ATP SYNTHASE

L’ATP synthase a deux fonctions grâce à l’action de pomper les protons dans la matrice :

​

• Hydrolyse de l’ATP en ADP pour récupérer de l’énergie.

​

• Capter le flux descendant de protons.

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L’ATP synthase peut soit utiliser l’énergie de l’hydrolyse d’ATP en ADP et phosphate pour pomper les protons à travers la membrane mitochondriale interne dans l’espace intramembranaire.

​

Soit capter le flux de protons descendant, le gradient électrochimique de protons, pour synthétiser de l’ATP.

ATP SYNTHASE

Remarque : La variation d’énergie libre pour former de l’ATP par l’ATP synthase est proche de 0.

​

Ainsi, la formation de l’ATP est facilement réversible et la liaison de l’ATP avec l’enzyme est étroite mais non covalente !

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Donc le gradient de protons n’a pas le rôle de former directement de l’ATP ! Elle permet d’induire des changements de conformation de F1 permettant la libération d’ATP.

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C’est le passage de 3 protons H+ à travers F0 qui va permettre la libération de la molécule.

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SITES CATALYTIQUES

- Le premier site est dans une conformation ouverte en O qui présente une faible affinité pour les substrats et pour l’ATP qui peut se détacher.

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- Le second site est dans une conformation L qui lie ces substrats (ADP + Pi) mais n’induit pas la catalyse.

​

- Le troisième site est en conformation T et catalyse la synthèse d’ATP et le lie très fortement.

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La force proton motrice permet le changement de conformation de :

T en O

de L en T

et de O en L

ATP SYNTHASE

Merci pour votre attention