Fiche de révision : Enzymologie et métabolisme

📋 Plan du Cours

1. Vocabulaire et voies métaboliques
2. Énergie libre et équilibre
3. ATP et transferts énergétiques
4. Nucléotides et cofacteurs redox
5. Couplage oxydo-réducteur
6. Questions du biochimiste
7. Techniques d’étude métabolique

📖 1. Vocabulaire et voies métaboliques

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Wikipédia — Ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans les cellules et permettent notamment le maintien en vie, la reproduction, le développement et la réponse aux stimuli environnementaux.

★ À maîtriser

• Les quatre grandes classes de biomolécules étudiées sont:
  • les glucides
  • les lipides
  • les acides nucléiques
  • les protéines

📌 L’anabolisme regroupe les voies de synthèse, tandis que le catabolisme regroupe les voies de dégradation.

• L’acétyl-CoA constitue un carrefour métabolique entre plusieurs voies.

Compléments

• Selon leur fonction, les voies sont anaboliques, cataboliques ou amphiboliques, et selon leur organisation, elles sont:
  • linéaires
  • ramifiées
  • cycliques

💡 Astuce mémo

Anabolisme construit, catabolisme dégrade

📖 2. Énergie libre et équilibre

🔑 Notions clés & Définitions

• Enthalpie libre : Quantité de travail qu’un système thermodynamique peut effectuer.

★ À maîtriser

📌 Une réaction exergonique présente un ΔG négatif, tandis qu’une réaction endergonique présente un ΔG positif.

📐 Formule — Dans les conditions cellulaires, la variation d’énergie libre vérifie $\Delta G = \Delta G^{\circ\prime} + RT\ln Q$, où Q est le rapport des concentrations effectives des produits et des réactifs.

📌 Une réaction proche de l’équilibre est généralement réversible, tandis qu’une réaction éloignée de l’équilibre est généralement non réversible.

Compléments

• Dans la cellule, environ 90 % des réactions sont proches de l’équilibre et environ 10 % en sont éloignées.

💡 Astuce mémo

ΔG<0 favorise, ΔG>0 défavorise

📖 3. ATP et transferts énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : Nucléotide composé d’adénine, de ribose et de trois phosphates nommés α, β et γ.

★ À maîtriser

• L’hydrolyse ATP + H₂O → ADP + Pᵢ + H⁺ possède un ΔG°′ de $-30{,}5\ \text{kJ·mol}^{-1}$, tandis que l’hydrolyse ATP + H₂O → AMP + PPᵢ + H⁺ possède un ΔG°′ de $-45\ \text{kJ·mol}^{-1}$.

• La concentration intracellulaire d’ATP est de l’ordre de 2 à 5 mM, avec une moyenne d’environ 2,5 mM.

Compléments

• Le bilan cumulé de l’hydrolyse de l’ATP jusqu’à l’adénosine et de l’hydrolyse du PPi vaut $-74\ \text{kJ·mol}^{-1}$.

• Un adulte contient environ 75 mmol et 38 g d’ATP dans son eau intracellulaire, mais l’ATP n’est pas stocké et circule grâce à son renouvellement permanent.

💡 Astuce mémo

L’ATP porte trois phosphates α, β et γ comme trois wagons

📖 4. Nucléotides et cofacteurs redox

★ À maîtriser

• Les principaux NTP et leurs spécialisations sont:
  • GTP : synthèse protéique, signalisation et cycle de Krebs
  • UTP : métabolisme des sucres
  • CTP : synthèse des lipides
  • dNTP : réplication

📌 Le NAD⁺/NADH est principalement associé au catabolisme et aux oxydations, tandis que le NADP⁺/NADPH est principalement associé à l’anabolisme et aux réductions.

📌 Le NAD⁺/NADH est un cosubstrat libre diffusible issu de la niacine (B3), tandis que le FAD/FADH₂ est un groupement prosthétique lié issu de la riboflavine (B2).

Compléments

• Dans le cytosol, les rapports sont approximativement NAD⁺/NADH = 700 et NADPH/NADP⁺ = 75.

• Le NAD⁺/NADH intervient notamment dans les transformations alcool ⇌ aldéhyde ou cétone et aldéhyde ⇌ acide carboxylique, tandis que le FAD/FADH₂ intervient notamment dans la création d’une double liaison C=C.

💡 Astuce mémo

NAD fournit des électrons au catabolisme, NADPH les fournit à l’anabolisme

📖 5. Couplage oxydo-réducteur

📝 Points essentiels

📐 Formule — La relation entre l’énergie libre standard et le potentiel standard d’oxydoréduction est $\Delta G^{\circ\prime} = -nF\Delta E^{\circ\prime}$, avec n le nombre d’électrons échangés et F la constante de Faraday.

• Le couplage de l’oxydation du NADH,H⁺ avec la réduction du dioxygène s’écrit NADH,H⁺ + ½ O₂ → NAD⁺ + H₂O.

• Pour la réaction NADH,H⁺ + ½ O₂ → NAD⁺ + H₂O, ΔE°′ = 0,815 − (−0,315) = 1,130 V et ΔG°′ = −218 kJ·mol⁻¹.

📌 Une réaction défavorable peut devenir possible si un ΔG°′ faiblement positif est compensé par les concentrations cellulaires ou si elle est couplée à une réaction très favorable, généralement l’hydrolyse de l’ATP.

💡 Astuce mémo

ΔE positif → ΔG négatif → réaction spontanée

📖 6. Questions du biochimiste

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolite : Molécule produite, transformée ou utilisée dans les réactions du métabolisme.

📝 Points essentiels

• Les quatre questions principales portent sur:
  • le devenir des atomes
  • le rôle des enzymes
  • la nécessité et l’organisation des étapes
  • la présence et la quantité des métabolites

💡 Astuce mémo

D-R-N-P : Devenir, Rôle, Nécessité, Présence

📖 7. Techniques d’étude métabolique

★ À maîtriser

📌 L’analyse de flux mesure le débit d’une voie métabolique, tandis que la concentration mesure la quantité d’un métabolite présente à un instant donné.

• Le marquage isotopique permet de suivre le devenir d’un atome sans perturber la voie étudiée, car l’isotope conserve le même comportement chimique tout en étant détectable par sa masse différente.

📌 Les inhibiteurs et les mutants provoquent une accumulation en amont et une diminution en aval, mais l’inhibiteur peut manquer de spécificité alors que le mutant cible spécifiquement un gène et bloque durablement la voie.

Compléments

• Les approches in vitro permettent de mesurer l’activité enzymatique en fonction du substrat, du pH, de la température, de la concentration en enzyme ou d’un inhibiteur, mais l’enzyme isolée n’est plus dans son contexte cellulaire.

📌 Les dosages mesurent les constituants après destruction de la cellule, ce qui constitue leur principale limite et empêche longtemps l’observation continue du métabolisme.

💡 Astuce mémo

Flux = débit, concentration = quantité présente

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des cofacteurs redox