Métabolisme et énergétique cellulaire

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ME ET TA AB BO OL LI IS SM ME E E ET T E EN NE ER RG GE ET TI IQ QU UE E
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CE EL LL LU UL LA AI IR RE E
Le métabolisme cellulaire correspond à l’ensemble de toutes les réactions
biochimiques qui se produisent au sein de la cellule. On subdivise le métabolisme en
deux parties : anabolisme et catabolisme. L’anabolisme correspond aux réactions de
synthèse : on utilise des éléments simples (acides gras, glucose, …) pour former des
molécules plus complexes (protéines, glycogène, …). Le catabolisme correspond aux
réactions de dégradation de macromolécules en éléments simples (ex : dégradation du
glycogène en glucose). A ces réactions métaboliques sont associées des transferts
d’énergie. Le catabolisme permet de libérer de l’énergie. Cette énergie pourra être
utilisée dans l’anabolisme ou encore pour d’autres fonctions cellulaires (ex :
contraction du muscle). Il faut respecter un équilibre entre le catabolisme et
l’anabolisme, c’est-à-dire que pour qu’il y ait anabolisme, il faut des éléments de base
(énergie, éléments simples), donc il faut que le catabolisme amène ces éléments.
L’équilibre suppose donc un besoin de réguler la vitesse des réactions biochimiques.
I. ENERGETIQUE
A.ENERGIE CHIMIQUE – ENERGIE LIBRE – ENERGIE D’ACTIVATION
1. L’ENERGIE CHIMIQUE
L’énergie d’un système correspond à sa capacité à produire une variation. On
distingue tout d’abord l’énergie potentielle que possède un système de par sa
position et sa structure interne.
On parle aussi d’énergie cinétique : c’est l’énergie que l’on donne à un système pour
produire un mouvement.
L’énergie chimique est une forme d’énergie potentielle, énergie qui se trouve dans la
structure des molécules et qui dépend du type d’atomes et de liaisons qui la
composent. Cette énergie chimique peut être modifiée lors d’une réaction chimique.
L’énergie chimique s’exprime en calories (cal.) ou encore en joules (J.) (1 cal. =
4,18J). Dans notre organisme, les transferts d’énergie sont importants, on utilise donc

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comme unité le Kcal. ou le KJ.. Une calorie correspond à la quantité d’énergie qu’il
faut amener pour élever la température de un gramme d’eau à 1°C.
2. L’ENERGIE LIBRE
Considérons la réaction suivante : A + B  C + D
état initial état final
E1 E2
L’énergie libre correspond à la variation de l’énergie potentielle E = E2-E1
On peut distinguer deux types de réactions :
- les réactions exergoniques qui libèrent de l’énergie (E<0)
- les réactions endergoniques qui consomment de l’énergie (E>0)
3. L’ENERGIE D’ACTIVATION
Pour que deux substrats A et B puissent réagir entre eux, il faut qu’ils puissent entrer
en contact pour former un composé intermédiaire AB. Pour qu’ils entrent en contact,
il faut amener une certaine quantité d’énergie cinétique, l’énergie d’activation.
Cette énergie d’activation détermine la vitesse de la réaction : plus elle est grande,
plus la réaction se produira lentement. Pour réguler la vitesse de réaction dans une
cellule, on peut agir sur l’énergie d’activation. On peut diminuer l’énergie
d’activation en augmentant la température : la température favorise l’agitation
moléculaire, donc cela augmente la probabilité de collision entre deux substrats. On
peut aussi diminuer la quantité d’énergie d’activation en jouant sur la quantité de
substrat : plus il y aura de molécules de substrat, plus il y aura de chances qu’il y ait
réaction.

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B. TRANSFERTS D’ENERGIE ENTRE LA CELLULE ET SON
ENVIRONNEMENT
L’énergie totale de l’univers est constante. L’énergie ne peut ni être crée, ni être
détruite ; elle se transforme donc d’une forme à une autre. La cellule est donc un
système ouvert qui échange en permanence de l’énergie avec son environnement.
ENVIRONNEMENT CELLULE
Energie chimique Energie chimique
mécanique
électrique
…
+
Energie thermique Energie thermique
La cellule puise surtout de l’énergie chimique dans les aliments. Cette énergie peut
être utilisée en tant que telle, ou peut être transformée en autre type d’énergie
(mécanique, électrique). Toute l’énergie apportée par les aliments n’est pas
complètement utilisée ; il y a des pertes sous forme de chaleur rejetée dans
l’environnement.
II. REGULATION DE LA VITESSE DES REACTIONS
METABOLIQUES
Vitesse d’une réaction = quantité de produit formé
(g/s ou mol/s) temps
Deux facteurs interviennent dans la régulation de la vitesse des réactions :
- la concentration en substrats
- les enzymes
A. LES CONCENTRATIONS MOLECULAIRES
Loi d’action de masse :
Toute augmentation (ou diminution) d’un des substrats d’une réaction chimique
augmente (ou diminue) la vitesse de la réaction à laquelle le substrat participe.

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Réaction : A + B  C + D
substrats produits
Constante d’équilibre de la réaction:
K = [C] . [D]
[A] . [B]
La réaction est régie en fonction de cette constante d’équilibre.
Ex: le tamponnage de l’acide lactique.
H+ + HCO3-  H2CO3  CO2 + H2O
bicarbonate ac. carbonique
B. LES ENZYMES
Les enzymes sont des protéines qui ont pour effet de catalyser les réactions
biochimiques, d’augmenter leur vitesse.
1. LA CATALYSE ENZYMATIQUE
DEFINITION DU CATALYSEUR :
Le catalyseur augmente la vitesse de réaction. Il a trois propriétés :
- il augmente la vitesse d’une réaction mais il ne la fait pas apparaître.
- l’enzyme ne modifie pas l’équilibre de la réaction.
- le catalyseur est retrouvé intact à la fin de la réaction.
PRINCIPE DE LA CATALYSE ENZYMATIQUE :
Les enzymes sont des molécules globulaires avec une configuration tridimensionnelle
qui est très importante pour son activité. On trouve au niveau de cette protéine un site
actif avec un arrangement particulier d’acides aminés qui permettra des interactions
spécifiques. On aura donc une spécificité enzyme – substrat. Si on modifie la forme
du site actif, l’enzyme ne pourra plus agir sur le substrat.
E + S  E – S  P + E
(A+B) (C+D)
Le catalyseur rapproche et oriente les substrats.
Nom de l’enzyme : nom du substrat et/ ou de la réaction catalysée + suffixe « -ase ».
ex : amylase (rupture des liaisons O-glycosidiques de l’amidon)
décarboxylase (retrait d’un –COOH)

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On trouve des enzymes qui, pour qu’elles soient actives, doivent être associées à des
ions métalliques ( cofacteurs) ou à des molécules organiques telles que les
vitamines ( coenzyme).
2. REGULATION DE LA CATALYSE ENZYMATIQUE
a) par la concentration en substrat
b) par la concentration en enzyme
c) par modulation de l'activité enzymatique
 Selon les facteurs physico-chimiques qui modifient l'activité enzymatique.