énergie

L’énergie et l’ATP
Chapitre 2.6
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Travail et Énergie: Définitions
Énergie:
Capacité à produire un travail
Énergie cinétique:
Énergie contenue dans un objet en mouvement
Énergie potentielle:
Énergie Stockée
Métabolisme:
Somme de tous les processus anaboliques et
cataboliques dans un cellule ou un organisme
Travail:
Transfert d’énergie d’un endroit à un autre
Énergie chimique:
En biologie, énergie potentielle qui peut être
libérée au cours d’une réaction chimique
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Travail et Énergie:
Afin de se maintenir en vie, une cellule doit
continuellement travailler :
•
•
La cellule doit faire fonctionner des pompes de toutes sortes (transport
actif).
La cellule doit assembler des molécules complexes. La synthèse de
nombreuses substances nécessite un apport d'énergie.
Lors de la synthèse d'une protéine, par exemple, l'ajout de chaque acide
aminé à la chaîne en construction nécessite de l'énergie.
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Travail et Énergie:
Afin de se maintenir en vie, une cellule doit
continuellement travailler :
•
Les mouvements observés dans certaines cellules sont dus à des
déformations de protéines. Ces déformations nécessitent de l'énergie. La
cellule musculaire est un cas extrême de cellule présentant des
mouvements
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Travail et Énergie:
Qui dit travail, dit besoin d'énergie.
L'énergie est surtout produite par respiration, un ensemble de réactions
chimiques qui se déroulent, pour la plupart, dans des structures spécialisées,
les mitochondries.
Par contre, l'énergie est consommée partout dans la cellule où on en a
besoin, sur les membranes (transport actif), dans le noyau, dans le
cytoplasme, etc
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Lois de thermodynamique:
1ère loi: L’énergie peut être transformée, transférée mais ne
peut PAS être détruite ou crée.
2ème loi: À chaque transfert, une partie de l’énergie devient
inutilisable.
Donc aucun processus énergétique est efficace à 100%.
La perte est souvent sous forme de chaleur
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Réactions exothermiques
Certaines réactions chimiques dégagent plus d'énergie qu'elles
n'en consomment, ce sont des réactions exergoniques (on dit
aussi exothermiques puisque souvent l'énergie excédentaire se
dégage sous forme de chaleur).
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Réactions exothermiques
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Réactions endothermiques
D'autres réactions nécessitent plus d'énergie qu'elles n'en
dégagent. On les dit endergoniques (ou endothermiques
puisque souvent l'énergie nécessaire au déroulement de la
réaction est fournie sous forme de chaleur).
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Réactions endothermiques
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Réactions endo et exo thermiques
Une réaction exergonique peut fournir l'énergie qu'elle dégage à
une réaction endergonique (l'exergonique fournit l'énergie
nécessaire à l'endergonique).
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Réactions endo et exo thermiques
Exemple : dans la cellule, la respiration du glucose (réaction
exergonique) dégage de l'énergie qui est absorbée par d'autres
réactions qui sont endergoniques. Ce qu'on appelle le travail de
la cellule, ce sont ces réactions endergoniques qui tirent leur
énergie de l'énergie dégagée par la respiration.
Le transfert de l'énergie provenant de la respiration aux sites où se
déroulent les réactions endergoniques se fait par l'intermédiaire d'un
transporteur d'énergie, l'adénosine triphosphate ou ATP
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L’ATP
(Adénosine triphosphate)
La molécule d'ATP est formée de l'union de
trois types de sous-unités
 Une base azotée appelée adénine
 Un sucre à 5 carbones, le ribose
 Trois groupements phosphates (H3PO4)
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Une base azotée appelée adénine
• L’ADÉNINE
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Un sucre à 5 côtés
• Le ribose
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Trois groupements phosphates
H 3 PO4
3
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La partie dite ADÉNOSINE
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ATP-ADP-AMP
• ATP = 3 phosphates(triphosphate)
• ADP = 2 phosphates(diphosphate)
• AMP = 1 phosphate(monophospahte)
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Libération de l’énergie
Prendre celui-ci
en note
seulement
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Si on fournit de l'énergie.,
• Inversement, on peut refaire la liaison, rattacher à nouveau le
phosphate aux deux autres
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Réaction couplée
• L'énergie libérée par la transformation de l'ATP en
ADP + P peut servir à activer une réaction
endothermique.
• On représente ce type de réaction où l'une fournit
l'énergie nécessaire à l'autre par une double flèche.
C'est ce qu'on appelle une réaction couplée
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Analogie
• L'ATP correspond à une pile chargée et
l'ADP à une pile à plat.
L'ATP contient de l'énergie qu'elle peut
céder, comme une pile chargée. L'ADP
n'en contient plus.
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• De même, une réaction exothermique peut
fournir l'énergie nécessaire pour reformer
de l'ATP à partir d'ADP et de P.
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Question:
Est-ce que la transformation de l'acide
phosphoénolpyruvique en acide pyruvique dégage ou
absorbe de l'énergie?.
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Réponse:
Est-ce que la transformation de l'acide
phosphoénolpyruvique en acide pyruvique dégage ou
absorbe de l'énergie?.
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La respiration cellulaire
L'énergie dégagée par la respiration d'une molécule de glucose
peut servir à former de l'ATP à partir d'ADP et de P .Il s’agit là d’un
exemple de réaction couplée.
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Efficace à 100% ???
La respiration cellulaire fournit théoriquement assez d’énergie pour
assembler 36 ATP
• Cependant dans le cas de la conversion de l'énergie du glucose en
énergie accumulée dans l'ATP, le rendement est d'environ 40%,
c'est à dire que près de 40% de l'énergie du glucose s'accumule
dans l'ATP alors que le reste se perd en chaleur.
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Tout est là
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Tout est là
• Regardez bien ce schéma de concept. Tout y est.
• Dans la mitochondrie, le glucose réagit avec l'oxygène pour former
du gaz carbonique et de l'eau. L'énergie dégagée par la réaction
permet d'assembler des ATP à partir d'ADP et de P. Ces ATP
quittent la mitochondrie et se répandent dans le reste de la cellule
où ils pourront céder leur énergie aux réactions endergoniques qui
en nécessitent.
• Les ADP et P produits retournent dans la mitochondrie pour être
rechargés en ATP. Et le cycle recommence
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Les 3 grands rôles de l’ATP
• Travail chimique
Exemple le catabolisme du lactose
pour la formation de 2 glucose
http://www.fmed.ulaval.ca/bcx/bio_anim/cat_anab.html
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• Travail mécanique
http://www.acrennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/terminale_s/metabolisme/actinemyosine/actine-myosine.htm
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• Transport actif
Exemple la pompe sodium-potassium
http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/biospip/spip.php?article206
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Les avantages de l’utilisation de
l’ATP
• L’ATP est LA source pour toute cellule
• L’ATP est recyclable. Il se décompose en ADP
et Pi
• Lorsqu’il est en réaction
couplée endo- et exo-, il
i
y aura une très petite perte d’énergie
.
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ATP et l’Industrie
• Médecine
– Contrôle de poids,
– Arrêt de croissance des tumeurs
• Industrie Alimentaire
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La créatinine
• Dans une cellule au repos, il y a environ 10 ATP pour chaque ADP
(rapport ATP/ADP ~ 10). Lorsque la cellule est en activité, les ATP
se transforment rapidement en ADP + P. Le rapport ATP/ADP peut
rapidement s'inverser (10 ADP pour chaque ATP) si les
mitochondries n'arrivent pas à renouveler assez vite l'ATP.
• Les réserves d'ATP dans les cellules sont assez faibles, il n'y a
environ qu'un seul gramme d'ATP dans tout le corps. Pourtant,
i
l'organisme consomme chaque
jour près de 50 Kg d'ATP.
.
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La créatinine
• Donc, pour poursuivre une activité physique, il faut recycler l'ADP en
ATP. Normalement, ce recyclage se fait par respiration dans les
mitochondries. Il peut se faire encore plus rapidement si la cellule a
des réserves de créatine-phosphate.
i
.
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La créatinine
La créatine est une substance fabriquée par les cellules à partir de
certains acides aminés. Nos cellules en fabriquent et on en trouve
aussi dans presque tous nos aliments, particulièrement dans les
viandes et le poisson. On en vend aussi comme supplément
alimentaire.
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La créatinine
• Dans une bactérie, les réserves d'ATP s'épuisent en moins d'une
seconde.
• Dans un muscle en activité, l'ATP s'épuise en moins de 5 secondes
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La créatinine
• La créatine peut accumuler de l'énergie en prenant un groupement
phosphate à l'ATP:
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La créatinine
• La créatine-phosphate peut rapidement céder son groupement
phosphate à l'ADP pour ainsi reformer de l'ATP:
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La créatinine
• Au repos, la cellule se fait des réserves de créatine-phosphate. Ces
réserves sont cependant assez limitées, la cellule ne peut pas
accumuler beaucoup de créatine-phosphate.
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La créatinine
•
•
Lors d'une activité physique, la cellule peut rapidement convertir les ADP
produits en ATP à partir de ses réserves de créatine-phosphate. Le
processus est limité puisque les réserves de créatine-phosphate sont
limitées, mais bien plus rapide que la respiration cellulaire.
Des suppléments alimentaires de créatine permettraient aux muscles
d'augmenter leurs réserves de créatine-phosphate et donc de prolonger un
peu un effort important (exercices intenses et de très courte durée). La
créatine ne serait efficace que pour ce type d'exercice, elle n'améliore en
rien les performances dans les sports d'endurance puisque les réserves de
créatines-P sont limitées (elles s'épuisent dans les premières minutes de
l'activité). Dans un sport d'endurance, le recyclage de l'ADP en ATP se fait
surtout par respiration cellulaire.
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Bibliographie
• CEGEP de Ste- Foy, Prof Gilles Bourbonnais
• Campbell, Neil, Biologie, 2011.
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