Transcript Chapitre 2

Chapitre 2 – Les enzymes
et l’énergie
2.1 – La thermodynamique et la biologie
L’énergie et les lois de la thermodynamique
Tous les organismes vivants ont besoin
d’énergie. C’est ce qui leur permet de
travailler.
L’énergie se présente sous différentes
formes :
- Énergie cinétique (mouvement)
- Énergie potentielle (énergie stockée
pouvant être utilisée)
-Énergie chimique (énergie stockée ds les
liaisons d’une mlc de glucose)
Thermodynamique
L’étude de la circulation de l’énergie qui
circule continuellement ds les systèmes
vivants et non vivants.
Système fermé
Système isolé, qui n’est pas en contact avec
son environnement.
Système ouvert
Système qui est en contact avec l’extérieur
où l’énergie peut circuler avec son
environnement
Les lois de la thermodynamique
1e loi :
On ne peut ni créer, ni détruire l’énergie,
mais on peut la transformer d’une forme à
une autre.
2e loi :
On ne peut transformer une énergie en une
autre sans perdre de l’énergie utile.
L’entropie est la mesure qui permet d’évaluer
la tendance d’un système vers le désordre.
Ainsi toute transformation d’énergie
augmente l’entropie de l’univers.
Énergie d’activation est l’énergie nécessaire
pour que la réaction ait lieu.
Les réactions métaboliques exothermiques
et endothermiques
Réactions anaboliques
La condensation des graisses, les glucides
Réactions cataboliques
L’hydrolyse et la décomposition des graisses,
des protéines et des glucides.
Une réaction exothermique est une réaction
accompagnée d’une libération d’énergie.
Ex : respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + Énergie
Glucose + oxygène
Pour chaque mlc de glucose oxydée pendant la
respiration cellulaire, une partie de l’énergie est
utile et disponible pour effectuer un
travail. (les produits ont moins d’énergie
que les réactifs)
Une réaction endothermique est une réaction
qui demande un ajout d’énergie.
Ex : la synthèse du glucose par les plantes
pendant la photosynthèse.
6CO2 + 6H2O + énergie  C6H12O6 + 6O2
lumineuse
La synthèse est la fabrication d’une mlc.
Elle utilise plus d’énergie qu’elle donne.
Les produits ont plus d’énergie que les
réactifs.
Une réaction exothermique
Réactif
L’énergie est
libérée
Produit
Une réaction endothermique
Produit
Réactif
L’énergie est
absorbée
Énergie
absorbée
Énergie
libérée
Réactifs
Produits
Exothermique
Produits
Réactifs
Endothermique
• PAGE 40 #1, 2, 7 et 10
2.2 – Les enzymes sont des catalyseurs
Définitions!!!
http://www.stolaf.edu/people/giannini/flasha
nimat/enzymes/prox-orien.swf
Catalyse
L’accélération d’une réaction chimique par une
substance (enzymes) qui demeure inchangée à
la fin de la réaction (peut être utilisée de
nouveau).
Enzymes oxydatives
Classe d’enzymes (oxydoréductases) qui
catalysent les réactions d’oxydoréduction.
Enzymes hydrolytiques
Classe d’enzymes (hydrolases) qui catalysent
l’addition d’H2O dans les réactions.
Substrat
Le réactif ds une réaction enzymatique (ce qui
est présent au début de la réaction)
(clé  enzyme, cadenas  substrat)
http://www.sinauer.com/cooper/4e/animations0301.html
Peroxydase
Une enzyme qui décompose le peroxyde
d’oxygène en H2O et en oxygène
Voie métabolique
Une série de réaction en chaîne ds laquelle
chaque réaction a besoin de sa propre enzyme
spécifique.
Sites actifs
Sur une enzyme, les lieux de forme
tridimensionnelle unique où s’attachent les
substrats spécifiques et où a lieu la catalyse
Ajustement induit
Le changement de la forme d’un site actif pour
accueillir le substrat
Complexe enzyme-substrat
Le composé formé par la combinaison du
substrat et de l’enzyme
Cycle catalytique
Processus ds lequel un substrat s’attache à une
enzyme pour former un complexe enzymesubstrat; la réaction prend place et un ou
plusieurs produits sont libérés. L’enzyme peut
maintenant accepter un autre substrat et
recommencer le cycle.
Les enzymes interviennent ds presque toutes les
réactions chimiques qui prennent place ds les
organismes. Sans enzymes, les réactions chimiques
seraient beaucoup trop lentes pour la fonction
normale des ¢. Les enzymes accélèrent les
réactions en diminuant la qté d’énergie d’activation
nécessaire. Beaucoup de ces réactions ont besoin
d’une enzyme spécifique pour avoir lieu. Certaines
enzymes catalysent une réaction individuelle.
Les réactions qui se déroulent à l’intérieur
des ¢ font souvent partie d’une voie
métabolique (une série de réactions en
chaîne). Celle-ci commence avec un substrat
et se termine avec un produit. (Ds toute
réaction enzymatique, un réactif est appelé
substrat pour cette enzyme spécifique.)
http://www.ustboniface.mb.ca/cusb/abernier/biologie/Modul
e1/metabolisme1.htm
• Voir figure 2.6 – Page 43
L’activité enzymatique
Les enzymes réduisent l’énergie d’activation
(Ea) nécessaire pour déclencher une réaction
chimique.
Des facteurs environnementales peuvent
influencer l’activité enzymatique : le pH et
la température.
L’activité enzymatique augmente à mesure
que la température augmente, mais jusqu’à
un certain point maximal. Si la T dépasse ce pt,
l’activité enzymatique décline rapidement.
(fig. 2.7 p.44)
Chaque enzyme fonctionne de façon optimale
à un pH spécifique. La plupart des enzymes
fonctionnent mieux ds une étendue de pH de
6 à 8, sauf la pepsine ds l’estomac humain
travaille mieux ds des conditions très acides
(pH de 2)
Les inhibiteurs d’enzymes
Les inhibiteurs d’enzymes sont des
substances qui se lient aux enzymes et
peuvent bloquer les actions des enzymes.
Voir p. 47… lecture…
2 type d’inhibiteurs :
1. Inhibiteurs non compétitives
 Figure 2.10 p. 48
http://www.yteach.co.uk/index.php/resources/covalent_bond_endergonic_transformation_exergonic_transformation_nucleotide_transcription
_vitamin_Oxidoreductases_Transferases_Hydrolases_Lyases_Isomerases_Ligases_proenzymes_transcription_t_page_18.html
2. La rétroinhibition
 Feuille photocopiée...
a. Le substrat établit une liaison avec le site actif de
l’enzyme. Maintenant, la voie est active.
b. Le schéma d’une voie active. La voie reste active
aussi longtemps qu’il n’y a pas suffisamment de
produit final.
c. Le schéma d’une voie inhibée. Lorsqu’il y a
suffisamment de produit final, le produit établie des
liaisons avec l’enzyme, modifiant la forme du site
actif. Cela empêche l’enzyme de se lier à d’autres
substrats et inhibe la voie.
d. Le schéma d’ensemble de la voie. Lorsqu’il y a
suffisamment de produit final, celui-ci se lie au site
allostérique de l’enzyme. La voie n’est plus active et
la production du produit final a cessé.
http://www.kscience.co.uk/animations/model.swf
http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp06/0601s.swf
Les cofacteurs et les coenzymes : des
auxiliaires non protéiques
La dernière façon dont les enzymes sont régulées
se produit sous forme de cofacteurs. Ce sont des
ions inorganiques (Cu, Zn, Fe) et des molécules
non protéiques organiques (appelées coenzymes)
qui aident certaines enzymes à servir de
catalyseurs. Situées ds les sites actifs des
enzymes, les ions attirent les e- des molécules
des substrats.
2.3 – L’ATP et les réactions couplées
Les enzymes sont essentielles aux réactions
métaboliques endo. et exothermique.
L’énergie libérée par une réaction exo. peut
être utilisé pour produire une réaction
endothermique : une telle combinaison de
réaction s’appelle une réaction couplée.
L’ATP (adénosine triphosphate) est la
molécule que toutes les ¢ utilisent comme
source d’énergie.
a. Le cycle de l’ATP
Feuille photocopiée…
b. L’ATP travaille dans les ¢ et à l’extérieur des
¢.
1. Le travail chimique : L’ATP fournit l’énergie
nécessaire à la synthèse des macromolécules qui
compose la ¢
2. Travail mécanique : L’ATP fournit l’énergie
nécessaire pour permettre aux muscles de se
contracter, aux chromosomes de se déplacer,
etc.
3. Transport : L’ATP fournit l’énergie nécessaire
dont les ¢ ont besoin pour faire circuler les
substances à travers la membrane cellulaire.
Page 57  figure 2.18 **SAVOIR**
Transport actif
Le transport actif déplace des particules
contre un gradient de concentration (de
région de faible concentration vers une
région de haute (PAS FAIBLE)
concentration). Ce processus a besoin
d’énergie pour déplacer ces particules sous
telles conditions.
Pompe à sodium-potassium
Structure de transport constituée de protéines
de transport spéciales. Ce mécanisme maintient un
déséquilibre entre le sodium et le potassium à
l’intérieur des ¢, en particulier des ¢ nerveuses et
des fibres musculaires.
La pompe sodium-potassium utilise une protéine de
transport afin de transporter 3 ions (Na+) à
l’extérieur de la ¢ et 2 ions potassium (K+) à
l’intérieur de la ¢. De l’énergie de l’ATP est
nécessaire pour accomplir cette tâche. MEGA IMP
PAGE 57 figure 2.18
• http://www.defl.ca/~debloisj_dev/cellules/contenu/cellule11.ht
ml (BON)
• http://www.geniebio.ac-aixmarseille.fr/biocell/docs/pomp2.html
• http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_re
sources/shared_resources/animations/ion_pump/ionpump.html
• http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation
__how_the_sodium_potassium_pump_works.html
c. Les avantages de l’ATP
1. mlc riche en énergie qu’on trouve ds
toutes les ¢. Utilisé ds de nombreuses
réactions chimiques différentes.
2. Elle est décomposée en ADP + P et une
partie de l’énergie libérée est utilisée pour
fabriquer de l’ATP.
3. La décomposition de l’ATP est couplée à
des réactions endothermiques pour
minimiser la perte d’énergie.
*N.B.*
Enzymes :méthodes
protéines spécialisées
qui aux
rendent
N.B. Plusieurs
permettent
enzymes
possible le travail à l’intérieur de toutes les ¢ en favorisant
de
réduire l’énergie d’activation nécessaire
la réalisation des réactions chimiques.
pour briser les liaisons dans un substrat.
- Les groupements R des acides aminés
présents ds le site actif d’une enzyme
exerce un stress sur les liaisons du substrat.
Les liaisons qui maintiennent ensemble la
molécule du substrat subissent une flexion
et un étirement. L’énergie d’activation est
alors diminuée parce que ces liaisons sont
affaiblies.
- Les groupements R des acides aminés
spéciaux présents ds le site actif facilitent le
transfert des ions d’H du substrat à d’autres
mlc ou vice versa. Ceci diminue l’énergie
d’activation pour ces processus.
- D’autres sites actifs d’enzymes fournissent des
groupes d’acides aminés capable d’accepter des eou qui sont attirés par le noyau atomique du
substrat. Ceci engendre une attraction temporaire
avec le substrat et le rends moins stables alors
moins d’énergie est nécessaire pour la briser.
- Certaines enzymes peuvent faciliter la
bonne réaction en réunissant 2 substrats
différents dans la bonne orientation l’un
par rapport à l’autre.
- Une enzyme oxydative facilite le transfert
d’e- du substrat aux mlc d’oxygène.