Fiche de révision : Bases du métabolisme cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Nutriments et digestion
2. Glucides, protéines et lipides
3. Métabolisme et métabolites
4. Catabolisme et anabolisme
5. Types trophiques et oxydo-réduction
6. Coenzymes et respiration
7. Voies métaboliques et enzymes
8. Réactivité chimique cellulaire
9. Bioénergétique et couplages
10. Régulation métabolique

📖 1. Nutriments et digestion

🔑 Notions clés & Définitions

• Nutriment : Molécule provenant de l’alimentation et assimilable par l’organisme pour assurer les dépenses et le renouvellement cellulaires.

📝 Points essentiels

• La digestion transforme les macromolécules en monomères grâce aux enzymes digestives et aux sucs, puis les monomères traversent les entérocytes et passent dans le sang.

• Le microbiote intestinal exerce plusieurs fonctions:

  • Protection contre les pathogènes
  • Synthèse de vitamines
  • Développement du système immunitaire
  • Angiogenèse intestinale
  • Stockage de graisse
  • Fermentation des fibres alimentaires en AGCC
  • Modulation du système nerveux central

📌 Les macronutriments comprennent les protéines, les glucides simples et complexes et les lipides, tandis que les micronutriments comprennent les vitamines et les sels minéraux.

💡 Astuce mémo

Polymères → dimères → monomères → sang

📖 2. Glucides, protéines et lipides

🔑 Notions clés & Définitions

• Triglycéride : Forme de réserve des acides gras chez les animaux, hydrolysée par les lipases en acides gras et glycérol.

★ À maîtriser

📌 L’amidon est une réserve de glucose chez les végétaux, tandis que le glycogène est une réserve de glucose chez les animaux.

• La maltase hydrolyse le maltose en deux molécules de D-glucose, l’invertase hydrolyse le saccharose en D-glucose et D-fructose, et la lactase hydrolyse le lactose en D-galactose et D-glucose.

• La dégradation des protéines mobilise:

  • Pepsine gastrique
  • Trypsine pancréatique
  • Chymotrypsine pancréatique
  • Carboxypeptidase
  • Aminopeptidase

Compléments

• L’amidon contient une amylose linéaire formée de glucoses liés en α(1,4) et une amylopectine ramifiée comportant des liaisons α(1,6).

💡 Astuce mémo

Amidon végétal, glycogène animal

📖 3. Métabolisme et métabolites

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Ensemble des réactions biochimiques par lesquelles un organisme transforme des biomolécules selon ses besoins et ses circonstances.
• Métabolite : Petite molécule organique constituée de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, produite par le métabolisme et de masse inférieure à 1 kDa.
• Métabolome : Ensemble des métabolites d’un système biologique et système dynamique qui évolue au cours du temps.

📝 Points essentiels

📌 Les métabolites primaires participent directement aux processus vitaux, les métabolites secondaires n’y participent pas directement et les métabolites intermédiaires sont retrouvés dans d’autres voies métaboliques.

💡 Astuce mémo

Transformation des biomolécules → production de métabolites

📖 4. Catabolisme et anabolisme

📝 Points essentiels

📌 Le catabolisme dégrade des biomolécules pour produire de l’énergie, tandis que l’anabolisme synthétise les biomolécules cellulaires en consommant de l’énergie et des précurseurs.

• Le métabolisme cellulaire fournit l’énergie nécessaire aux travaux chimiques, osmotiques et mécaniques de la cellule.

💡 Astuce mémo

Catabolisme : dégrader et produire ; anabolisme : synthétiser et consommer

📖 5. Types trophiques et oxydo-réduction

📝 Points essentiels

📌 Les organismes autotrophes utilisent le CO2 pour produire leur matière organique, tandis que les organismes hétérotrophes utilisent des composés organiques.

📌 Les organismes phototrophes utilisent l’énergie lumineuse, tandis que les organismes chimiotrophes utilisent l’énergie produite par des réactions chimiques.

• L’Homme est un organisme chimioorganohétérotrophe, car il utilise l’énergie chimique, des composés organiques comme donneurs d’électrons et des composés organiques comme source de carbone.

💡 Astuce mémo

CHO : chimio-organohétérotrophe

📖 6. Coenzymes et respiration

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : Nucléotide constitué d’adénine, de ribose et de trois phosphates ajoutés par phosphorylation, qui sert de monnaie d’échange énergétique.
• Couple redox : Association d’une espèce capable de donner des électrons et des hydrogènes à une autre espèce capable de les accepter.

📝 Points essentiels

• Les principaux couples de coenzymes sont:
  • NAD+/NADH,H+ — vitamine B3
  • NADP+/NADPH,H+ — vitamine B3
  • FAD/FADH2 — vitamine B2

📌 La respiration utilise un composé inorganique comme accepteur final des électrons, tandis que la fermentation régénère le coenzyme oxydé grâce à un accepteur final cytosolique et ne permet pas de former autant d’ATP.

💡 Astuce mémo

Oxydation → coenzymes réduits → respiration ou fermentation

📖 7. Voies métaboliques et enzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Voie métabolique : Succession de réactions biochimiques en cascade dans laquelle chaque réaction est catalysée par une enzyme spécifique.
• Enzyme : Protéine dotée de propriétés catalytiques qui accélère et rend possibles des réactions biochimiques.
• Holoenzyme : Complexe fonctionnel formé par une apoenzyme inactive associée à un coenzyme ou à un cofacteur.

📝 Points essentiels

• La nomenclature enzymatique officielle utilise quatre chiffres selon le format EC X1.X2.X3.X4, décrivant le type de réaction, le donneur, l’accepteur et le numéro de série.

💡 Astuce mémo

Enzyme spécifique → réaction catalysée → voie métabolique

📖 8. Réactivité chimique cellulaire

📝 Points essentiels

📌 Un nucléophile est riche en électrons et attaque un centre électrophile déficient en électrons, tandis qu’un électrophile accepte cette attaque.

• Dans une réaction impliquant un acide carboxylique, un nucléophile attaque le carbone électrophile, forme un intermédiaire tétraédrique puis permet la libération d’eau et la formation d’un ester ou d’une amide.

• La cyclisation du glucose résulte d’une réaction d’hémiacétalisation dans laquelle le carbone 5 attaque le carbone de la fonction aldéhyde.

📌 La catalyse basique favorise le départ d’un proton, tandis que la catalyse acide apporte un proton pour stabiliser des charges négatives.

💡 Astuce mémo

Nucléophile riche en électrons, électrophile déficient

📖 9. Bioénergétique et couplages

📝 Points essentiels

📐 Formule — La variation de l’énergie interne d’un système vérifie $\Delta U = W + q$, où W est le travail et q la chaleur échangée.

📌 Une transformation avec $\Delta G < 0$ est spontanée et exergonique, tandis qu’une transformation avec $\Delta G > 0$ est non spontanée et endergonique.

📐 Formule — Pour une réaction d’oxydoréduction, $\Delta G = -nF\Delta E$ et $\Delta E = E_{accepteur} - E_{donneur}$.

• Le couplage énergétique associe une réaction défavorable à une réaction favorable afin que la somme des variations d’énergie libre devienne négative.

💡 Astuce mémo

ΔG positif → couplage énergétique → transformation possible

📖 10. Régulation métabolique

★ À maîtriser

📌 Le contrôle allostérique agit en quelques secondes ou millisecondes selon les concentrations cellulaires, tandis que le contrôle transcriptionnel agit en quelques heures ou quelques jours.

• Un effecteur allostérique se fixe sur un site distinct du site de fixation du substrat et peut activer ou inhiber l’enzyme.

Compléments

• La régulation hormonale adapte l’activité enzymatique aux conditions générales de l’organisme grâce à des modifications covalentes telles que la phosphorylation et la déphosphorylation de résidus de tyrosine ou de sérine.

• Le contrôle transcriptionnel augmente ou diminue la quantité d’enzymes en adaptant la traduction des protéines sur une période de plusieurs heures à plusieurs jours.

💡 Astuce mémo

Allostérie → hormones → transcription

📊 Tableaux de synthèse

Catabolisme et anabolisme

Modes de régulation enzymatique