Fiche de révision : De la cellule à la bioénergétique

📋 Plan du Cours

1. Bioéléments et composition corporelle
2. Eau, minéraux et oligoéléments
3. Grandes familles de biomolécules
4. Organisation générale du métabolisme
5. Catabolisme et anabolisme
6. Régulation et adaptation métaboliques
7. Thermodynamique du vivant
8. ATP et couplage énergétique
9. Enzymes et catalyse biologique
10. Cinétique et régulation enzymatiques
11. Isoenzymes et coenzymes

📖 1. Bioéléments et composition corporelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Bioéléments : Éléments chimiques qui constituent la matière vivante et comprennent les éléments majeurs, les éléments secondaires et les oligoéléments.

📝 Points essentiels

• Les quatre éléments majeurs C, H, O et N représentent environ 96 à 97 % de la matière vivante.

• L’oxygène représente environ 65 %, le carbone 18 %, l’hydrogène 10 % et l’azote 3 % de la matière vivante.

💡 Astuce mémo

C-H-O-N : le squelette du vivant

📖 2. Eau, minéraux et oligoéléments

★ À maîtriser

• L’eau représente environ 62 % de la masse corporelle et sert de solvant, de moyen de transport et de régulateur thermique.

• Les éléments secondaires représentent environ 3 à 4 % et comprennent notamment Ca, P, K, S, Na, Cl et Mg.

• L’hydroxyapatite, constituant principal du squelette et des dents, a pour formule $(PO_4)_6Ca_{10}(OH)_2$ et peut être déminéralisée par les acides organiques.

Compléments

• Le calcium intervient dans les os, les dents, la coagulation et la contraction musculaire, tandis que le fer intervient dans le transport de l’oxygène.

💡 Astuce mémo

Eau insuffisante → conscience, vigilance et tension altérées

📖 3. Grandes familles de biomolécules

★ À maîtriser

• Les glucides fournissent ou stockent de l’énergie, les lipides constituent les membranes et les réserves, les protéines assurent la structure et les fonctions biologiques, et l’ADN et l’ARN portent l’information génétique.

Compléments

• La composition corporelle indiquée est (Biochimie de Harper):
  • 61,6 % d’eau
  • 17 % de protéines
  • 13,8 % de lipides
  • 6,1 % de minéraux
  • 1,5 % de sucres

💡 Astuce mémo

Glucides rapides, lipides réserves, protéines fonctions, acides nucléiques information

📖 4. Organisation générale du métabolisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans une cellule ou un organisme vivant afin d’assurer sa survie, sa croissance et son adaptation.

📝 Points essentiels

• Dans une voie métabolique, le produit d’une réaction devient le substrat de la réaction suivante au sein d’un réseau de séquences ou de cycles interconnectés.

• Les lipides sous forme de triglycérides et les glucides sous forme de glycogène sont les principales formes de stockage des substrats métaboliques, tandis que les protéines ne sont pas des réserves dédiées.

💡 Astuce mémo

Décomposer → réarranger → stocker → libérer → métaboliser

📖 5. Catabolisme et anabolisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Catabolisme : Ensemble des réactions qui dégradent les molécules complexes en molécules simples et libèrent de l’énergie utilisable.
• Anabolisme : Ensemble des réactions qui synthétisent des molécules complexes à partir de précurseurs simples en consommant de l’énergie.

📝 Points essentiels

• 🔄 Les quatre étapes du catabolisme énergétique sont:
  1. l’hydrolyse des molécules complexes
  2. la conversion des monomères en acétyl-CoA
  3. l’oxydation de l’acétyl-CoA
  4. l’oxydation des cofacteurs réduits

💡 Astuce mémo

Catabolisme descend et libère, anabolisme monte et consomme

📖 6. Régulation et adaptation métaboliques

📝 Points essentiels

📌 La régulation intrinsèque dépend des concentrations de substrats et de produits dans la voie, tandis que la régulation extrinsèque dépend des hormones et du système nerveux.

• La concentration physiologique des métabolites influence la variation d’énergie libre, la spontanéité et le sens des réactions métaboliques.

• L’insuline est sécrétée quand la glycémie augmente, se lie à ses récepteurs, active une cascade de kinases et favorise l’absorption puis le stockage du glucose sous forme de glycogène ou d’acides gras.

• L’adrénaline et le glucagon stimulent la dégradation du glycogène, l’adrénaline agissant notamment dans le muscle pour fournir de l’ATP et le glucagon surtout dans le foie pour libérer du glucose.

💡 Astuce mémo

Insuline stocke, glucagon et adrénaline mobilisent

📖 7. Thermodynamique du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Bioénergétique : Branche de la biochimie qui analyse la production, la transformation et l’utilisation de l’énergie dans les systèmes vivants.

📝 Points essentiels

📌 La première loi de la thermodynamique affirme que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais seulement transformée d’une forme à une autre.

📌 La deuxième loi implique que le maintien de l’ordre et de l’organisation du vivant nécessite un apport énergétique constant, car l’entropie tend à augmenter.

📐 Formule — La variation d’énergie libre est donnée par $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$, où ΔH est l’enthalpie, T la température absolue et ΔS la variation d’entropie.

📌 Une réaction avec ΔG < 0 est exergonique et spontanée, une réaction avec ΔG > 0 est endergonique et non spontanée, et ΔG = 0 correspond à l’équilibre.

📖 8. ATP et couplage énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : Monnaie énergétique universelle de la cellule, qui stocke temporairement l’énergie des réactions exergoniques et la distribue aux réactions nécessitant de l’énergie.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’hydrolyse de l’ATP suit la réaction $ATP\rightarrow ADP+P_i$ et libère de l’énergie dans une réaction exergonique.

• 🔄 La chaîne de production de l’ATP suit:

  1. la glycolyse
  2. la formation d’acétyl-CoA
  3. le cycle de Krebs
  4. la chaîne respiratoire

• L’oxydation d’un NADH,H⁺ produit environ 3 ATP, tandis que l’oxydation d’un FADH₂ produit environ 2 ATP.

Compléments

• L’hydrolyse standard de l’ATP vers ADP et phosphate inorganique libère environ −30,5 kJ/mol.

• Le couplage de la synthèse de glutamine avec l’hydrolyse de l’ATP rend la réaction globale spontanée avec ΔG° = −16,3 kJ/mol.

💡 Astuce mémo

Nutriments → glycolyse → acétyl-CoA → Krebs → chaîne respiratoire → ATP

📖 9. Enzymes et catalyse biologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Protéine biologique thermolabile qui accélère une réaction sans modifier son équilibre ni être consommée.
• Site actif : Région de l’enzyme qui lie le substrat et dont la forme et la composition chimique déterminent la spécificité catalytique.

📝 Points essentiels

• Les six classes enzymatiques sont:

  • oxydoréductases
  • transférases
  • hydrolases
  • lyases
  • isomérases
  • ligases

• Lors de la catalyse, l’enzyme forme un complexe enzyme-substrat par des liaisons non covalentes, stabilise l’état de transition et abaisse l’énergie d’activation.

💡 Astuce mémo

Le substrat entre dans le site actif comme une clé dans une serrure

📖 10. Cinétique et régulation enzymatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Vmax : Vitesse maximale atteinte lorsque l’enzyme est saturée en substrat.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le mécanisme michaélien s’écrit $S+E\rightleftharpoons ES\rightarrow P+E$, avec formation transitoire du complexe enzyme-substrat.

📐 Formule — Km est la concentration en substrat pour laquelle la vitesse vaut $v=V_{max}/2$ et un Km faible traduit une forte affinité apparente.

📌 Les enzymes michaéliennes ont une courbe hyperbolique, sans coopérativité, tandis que les enzymes allostériques ont une courbe sigmoïde avec coopérativité.

• Les enzymes allostériques possèdent un site actif et un ou plusieurs sites allostériques qui lient des effecteurs activateurs ou inhibiteurs.

💡 Astuce mémo

Michaélienne hyperbolique sans coopération, allostérique sigmoïde et coopérative

📖 11. Isoenzymes et coenzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Isoenzyme : Enzyme qui possède la même propriété catalytique qu’une autre enzyme mais qui en diffère par ses propriétés physico-chimiques et sa séquence en acides aminés.
• Coenzyme : Structure non protéique, libre ou associée à une apoenzyme, qui est nécessaire à l’activité catalytique.

★ À maîtriser

• La LDH est un tétramère formé de sous-unités H et M, avec LDH-1 composée de 4H et principalement associée au cœur, tandis que LDH-5 composée de 4M est associée au foie et aux muscles squelettiques.

• Les coenzymes assurent le transfert de groupes, les réactions d’oxydoréduction, l’activation des substrats et leur propre régénération après la réaction.

• Le NAD⁺ et le FAD sont des coenzymes d’oxydoréduction, tandis que le PLP, la biotine, la cobalamine, le CoA et le tétrahydrofolate transfèrent des groupes chimiques.

Compléments

• La CPK est une enzyme dimérique composée de sous-unités B et M, dont CK-BB est associée au cerveau, CK-MB au muscle cardiaque et CK-MM au muscle strié squelettique.

• Les coenzymes sont souvent dérivées des vitamines hydrosolubles du groupe B, mais l’acide lipoïque n’est pas vitaminique et les vitamines A et D n’ont pas d’activité coenzymatique connue.

• Une carence en vitamine B1, précurseur du TPP, peut provoquer une accumulation de pyruvate, une acidose et une fatigue.

💡 Astuce mémo

Carence vitaminique → déficit en coenzyme → perturbation énergétique

📊 Tableaux de synthèse

Catabolisme et anabolisme

Enzymes michaéliennes et allostériques