Informations

7.24 : Résumé - Énergie et métabolisme - Biologie

7.24 : Résumé - Énergie et métabolisme - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Résultats d'apprentissage

  • Identifier différents types de voies métaboliques
  • Distinguer un système ouvert d'un système fermé
  • Énoncer la première loi de la thermodynamique
  • Énoncer la deuxième loi de la thermodynamique
  • Expliquer la différence entre énergie cinétique et énergie potentielle
  • Décrire les réactions endergoniques et exergoniques
  • Discuter du fonctionnement des enzymes en tant que catalyseurs moléculaires

Les cellules remplissent les fonctions de la vie à travers diverses réactions chimiques. Les processus anabolisants construisent des molécules complexes à partir de molécules plus simples et nécessitent de l'énergie.

Dans l'étude de l'énergie, le terme système fait référence à la matière et à l'environnement impliqués dans les transferts d'énergie. L'entropie est une mesure du désordre d'un système. Les lois physiques qui décrivent le transfert d'énergie sont les lois de la thermodynamique. La première loi stipule que la quantité totale d'énergie dans l'univers est constante. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que chaque transfert d'énergie implique une certaine perte d'énergie sous une forme inutilisable, telle que l'énergie thermique. L'énergie se présente sous différentes formes : cinétique, potentielle et libre. La variation d'énergie libre d'une réaction peut être négative (libération d'énergie, exergonique) ou positive (consommation d'énergie, endergonique). Toutes les réactions nécessitent un apport initial d'énergie pour se dérouler, appelée énergie d'activation.

Les enzymes sont des catalyseurs chimiques qui accélèrent les réactions chimiques en abaissant leur énergie d'activation. Les enzymes ont un site actif avec un environnement chimique unique qui s'adapte à des réactifs chimiques particuliers pour cette enzyme, appelés substrats. On pense que les enzymes et les substrats se lient selon un modèle d'ajustement induit. L'action des enzymes est régulée pour conserver les ressources et répondre de manière optimale à l'environnement.

Questions pratiques

  1. Examinez chacun des processus illustrés à la figure 1 et décidez s'il est endergonique ou exergonique.
  • L'exercice physique pour augmenter la masse musculaire implique-t-il des processus anaboliques et/ou cataboliques ? Justifiez votre réponse.
  • Expliquez dans vos propres termes la différence entre une réaction spontanée et une réaction instantanée, et ce qui cause cette différence.
  • Concernant les enzymes, pourquoi les vitamines et minéraux sont-ils nécessaires à une bonne santé ? Donne des exemples.
  • [reveal-answer q="32093″]Afficher les réponses[/reveal-answer]
    [réponse cachée a="32093″]

    1. La décomposition d'un tas de compost est un processus exergonique. Un bébé qui se développe à partir d'un ovule fécondé est un processus endergonique. La dissolution du thé dans l'eau est un processus exergonique. Une balle roulant en descente est un processus exergonique.
    2. L'exercice physique implique à la fois des processus anaboliques et cataboliques. Les cellules du corps décomposent les sucres pour fournir de l'ATP pour effectuer le travail nécessaire à l'exercice, comme les contractions musculaires. C'est le catabolisme. Les cellules musculaires doivent également réparer les tissus musculaires endommagés par l'exercice en construisant de nouveaux muscles. C'est l'anabolisme.
    3. Une réaction spontanée est une réaction qui a un G négatif et libère ainsi de l'énergie. Cependant, une réaction spontanée n'a pas besoin de se produire rapidement ou soudainement comme une réaction instantanée. Il peut se produire sur de longues périodes de temps en raison d'une grande énergie d'activation, ce qui empêche la réaction de se produire rapidement.
    4. La plupart des vitamines et minéraux agissent comme cofacteurs et coenzymes pour l'action enzymatique. De nombreuses enzymes nécessitent la liaison de certains cofacteurs ou coenzymes pour pouvoir catalyser leurs réactions. Étant donné que les enzymes catalysent de nombreuses réactions importantes, il est essentiel d'obtenir suffisamment de vitamines et de minéraux à partir de l'alimentation et des suppléments. La vitamine C (acide ascorbique) est une coenzyme nécessaire à l'action des enzymes qui construisent le collagène.[/hidden-answer]

    Résumé de l'énergie et de la respiration

    1 Les organismes doivent travailler pour rester en vie. L'apport énergétique nécessaire à ce travail est
    soit la lumière, pour la photosynthèse, soit l'énergie potentielle chimique des molécules organiques.
    Le travail comprend les réactions anabolisantes, le transport actif et le mouvement. Certains organismes,
    comme les mammifères et les oiseaux, utilisent l'énergie thermique libérée par les réactions métaboliques pour
    maintenir leur température corporelle.
    2 Les réactions qui libèrent de l'énergie doivent être associées à des réactions nécessitant de l'énergie. Cette
    « harnacher » implique une molécule intermédiaire, l'ATP. Cela peut être synthétisé à partir de
    ADP et phosphate utilisant de l'énergie, et hydrolysés en ADP et phosphate pour libérer
    énergie. L'ATP agit donc comme une monnaie énergétique dans tous les organismes vivants.
    3 La respiration est la séquence d'étapes contrôlées par les enzymes par lesquelles une substance organique
    molécule, généralement le glucose, est décomposée afin que son énergie potentielle chimique puisse être
    utilisé pour fabriquer la monnaie énergétique, l'ATP.
    4 En respiration aérobie, la séquence comporte quatre étapes principales : la glycolyse, le lien
    réaction, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative.
    5 Dans la glycolyse, le glucose est d'abord phosphorylé puis scindé en deux triose phosphate
    molécules. Ceux-ci sont ensuite oxydés en pyruvate, ce qui donne un faible rendement en ATP et
    NAD réduit. La glycolyse se produit dans le cytoplasme cellulaire.
    6 Lorsque l'oxygène est disponible (respiration aérobie), le pyruvate passe dans la matrice d'un
    mitochondrie. Là, dans la réaction de liaison, le pyruvate est décarboxylé et
    déshydrogéné et l'unité acétyle 2C restante combinée avec la coenzyme A pour donner
    acétyl coenzyme A.
    7 L'acétyl coenzyme A entre dans le cycle de Krebs dans la matrice mitochondriale et
    donne l'unité acétyle à l'oxaloacétate (4C) pour fabriquer du citrate (6C).
    8 Le cycle de Krebs décarboxyle et déshydrogéne le citrate en oxaloacétate dans un
    série de petits pas. L'oxaloacétate peut alors réagir avec un autre acétyl coenzyme A
    de la réaction du lien.

    9 La déshydrogénation fournit des atomes d'hydrogène, qui sont acceptés par les transporteurs NAD
    et FAD. Ceux-ci passent à la membrane interne de l'enveloppe mitochondriale, où ils
    sont divisés en protons et électrons.
    10 Dans le processus de phosphorylation oxydative, les électrons sont transmis le long d'une série
    de transporteurs. Une partie de l'énergie libérée dans ce processus est utilisée pour déplacer des protons de
    la matrice mitochondriale à l'espace intermembranaire. Cela met en place un gradient de protons
    à travers la membrane interne de l'enveloppe mitochondriale. Les protons repassent dans
    la matrice, descendant leur gradient de concentration à travers les canaux protéiques dans le
    membrane interne. Une enzyme, l'ATP synthase, est associée à chacun de ces canaux.
    L'ATP synthase utilise l'énergie potentielle électrique du gradient de protons pour
    phosphoryler l'ADP en ATP.
    11 En bout de chaîne porteuse, les électrons et les protons se recombinent et réduisent
    l'oxygène à l'eau.
    12 En l'absence d'oxygène comme accepteur d'hydrogène (en respiration anaérobie), un petit
    le rendement d'ATP est obtenu en déversant de l'hydrogène dans d'autres voies du cytoplasme qui
    produire de l'éthanol ou du lactate. La voie du lactate peut être inversée chez les mammifères lorsque
    l'oxygène devient disponible. L'oxygène nécessaire pour éliminer le lactate produit pendant
    la respiration anaérobie est appelée dette d'oxygène.
    13 Les valeurs énergétiques des substrats respiratoires dépendent du nombre d'hydrogène
    atomes par molécule. Les lipides ont une densité énergétique plus élevée que les glucides ou
    protéines.
    14 Le quotient respiratoire (QR) est le rapport des volumes d'oxygène absorbé et
    dioxyde de carbone dégagé par la respiration. Le RQ révèle la nature du substrat étant
    respiré. Les glucides ont un QR de 1,0, les lipides de 0,7 et les protéines de 0,9.
    15 L'absorption d'oxygène, et donc le QR, peut être mesurée à l'aide d'un respiromètre.

    1. Questions de fin de chapitre
    1. Que ne se passe-t-il pas dans la conversion du glucose en deux molécules de pyruvate ?
    Une hydrolyse de l'ATP
    B phosphorylation de l'ATP
    C phosphorylation du sucre triose (3C)
    D réduction du NAD
    2 Où se déroule chaque étape de la respiration aérobie dans une cellule eucaryote ?


    Le métabolisme et son intégration (avec schéma)

    Des centaines de réactions ont lieu simultanément dans une cellule vivante, de manière bien organisée et intégrée. L'ensemble du spectre des réactions chimiques, se produisant dans le système vivant, est collectivement appelé métabolisme.

    Une voie métabolique (ou carte métabolique) constitue une série de réactions enzymatiques pour produire des produits spécifiques. Le terme métabolite est appliqué à un substrat ou un intermédiaire ou un produit dans les réactions métaboliques.

    Introduction au métabolisme:

    Le métabolisme est divisé en deux grandes catégories (Fig. 67.1).

    Les processus de dégradation concernent la décomposition de molécules complexes en molécules plus simples, avec une libération concomitante d'énergie.

    Les réactions de biosynthèse impliquant la formation de molécules complexes à partir de précurseurs simples. Une démarcation claire entre catabolisme et anabolisme est assez difficile, car il existe plusieurs intermédiaires communs aux deux processus.

    Catabolisme:

    Le catabolisme a pour but même de piéger l'énergie des biomolécules sous forme d'ATP et de générer les substances (précurseurs) nécessaires à la synthèse de molécules complexes. Le catabolisme se déroule en trois étapes (Fig. 67.2).

    1. Conversion de molécules complexes en leurs éléments constitutifs :

    Les polysaccharides sont décomposés en monosaccharides, les lipides en acides gras libres et en glycérol, et les protéines en acides aminés.

    2. Formation d'intermédiaires simples :

    Les blocs de construction produits à l'étape (1) sont dégradés en intermédiaires simples tels que le pyruvate et l'acétyl CoA. Ces intermédiaires ne sont pas facilement identifiables en tant qu'hydrates de carbone, lipides ou protéines. Une petite quantité d'énergie (sous forme d'ATP) est capturée à l'étape 2.

    3. Oxydation finale de l'acétyl CoA :

    L'acétyl CoA est complètement oxydé en CO2, libérant NADH et FADH2 qui s'oxydent finalement pour libérer une grande quantité d'énergie (sous forme d'ATP). Le cycle de Krebs (ou cycle de l'acide citrique) est la voie métabolique commune impliquée dans l'oxydation finale de toutes les molécules riches en énergie. Cette voie accepte les composés carbonés (pyruvate, succinate…) dérivés des glucides, des lipides ou des protéines.

    Anabolisme:

    Pour la synthèse d'une grande variété de molécules complexes, les matières premières sont relativement peu nombreuses. Ceux-ci incluent le pyruvate, l'acétyl CoA et les intermédiaires du cycle de l'acide citrique. Outre la disponibilité des précurseurs, les réactions anaboliques dépendent de l'apport d'énergie (comme ATP ou GTP) et d'équivalents réducteurs (comme NADPH + H + ).

    Les voies anabolique et catabolique ne sont pas réversibles et fonctionnent indépendamment. Ainsi, les voies métaboliques se produisent dans des emplacements cellulaires spécifiques (mitochondries, microsomes, etc.) et sont contrôlées par différents signaux régulateurs.

    Les termes métabolisme intermédiaire et métabolisme énergétique sont également utilisés. Le métabolisme intermédiaire fait référence à l'ensemble des réactions cataboliques et anaboliques, n'impliquant pas les acides nucléiques. Le métabolisme énergétique concerne les voies métaboliques concernées par le stockage et la libération de l'énergie.

    Types de réactions métaboliques:

    Les réactions biochimiques sont principalement de quatre types :

    3. Réarrangement et isomérisation.

    4. Faire et casser les liaisons carbone-carbone.

    Ces réactions sont catalysées par des enzymes spécifiques, plus de 2 000 connues à ce jour.

    Méthodes utilisées pour étudier le métabolisme:

    Les réactions métaboliques ne se produisent pas isolément. Ils sont interdépendants et intégrés dans des séries spécifiques qui constituent des voies métaboliques. Il n'est donc pas facile d'étudier les métabolismes. Heureusement, les voies métaboliques de base dans la plupart des organismes sont essentiellement identiques. Plusieurs méthodes sont employées pour élucider les réactions biochimiques et les voies métaboliques.

    Ces approches expérimentales peuvent être globalement divisées en 3 catégories :

    1. Utilisation d'organismes entiers ou de ses composants.

    2. Utilité des sondes métaboliques.

    3. Application d'isotopes.

    Les méthodes réelles employées peuvent être soit in vivo (dans le système vivant), soit in vitro (dans le tube à essai) ou, plus fréquemment, les deux.

    1. Utilisation de l'organisme entier ou de ses composants :

    (a) Organismes entiers : Test de tolérance au glucose (GTT).

    (b) Organes isolés, tranches de tissus, cellules entières, organites subcellulaires, etc., pour élucider les réactions biochimiques et les voies métaboliques.

    2. Utilité des sondes métaboliques :

    Deux types de sondes métaboliques sont couramment utilisés pour tracer des voies biochimiques. Ce sont des inhibiteurs métaboliques et des mutations.

    3. Application d'isotopes.

    Intégration du métabolisme:

    Le métabolisme est un processus continu, avec des milliers de réactions, se produisant simultanément dans la cellule vivante. Cependant, les biochimistes préfèrent présenter le métabolisme sous forme de réactions et de voies métaboliques. Ceci est fait pour des raisons de commodité dans la présentation et la compréhension. Nous avons appris le métabolisme des glucides, des lipides et des acides aminés. Nous allons maintenant considérer l'organisme dans son ensemble et intégrer le métabolisme avec une référence particulière aux besoins énergétiques de l'organisme corporel.

    Demande et offre d'énergie:

    Les organismes possèdent des demandes d'énergie variables, donc l'approvisionnement (entrée) est également variable. Le carburant métabolique consommé peut être brûlé (oxydé en CO2 et H2O) ou stockées pour répondre aux besoins énergétiques selon les besoins du corps. L'ATP sert de monnaie d'énergie de la cellule dans ce processus (Fig. 67.21).

    Les humains possèdent une énorme capacité de consommation alimentaire. On estime que l'on peut consommer jusqu'à 100 fois ses besoins de base ! L'obésité, un trouble de la suralimentation principalement répandu dans les sociétés riches, est principalement une conséquence de la surconsommation.

    Intégration des principales voies métaboliques du métabolisme énergétique:

    Une vue d'ensemble de l'interrelation entre les voies métaboliques importantes, concernées par le métabolisme du carburant représentée sur la figure 67.22, est brièvement décrite ici.

    La dégradation du glucose en pyruvate (lactate en condition anaérobie) génère 8 ATP. Le pyruvate est converti en acétyl CoA.

    2. Oxydation des acides gras :

    Les acides gras subissent une dégradation séquentielle avec libération d'un fragment à 2 carbones, à savoir l'acétyl CoA. L'énergie est piégée sous forme de NADH et FADH2.

    3. Dégradation des acides aminés :

    Les acides aminés, en particulier lorsqu'ils sont consommés en excès par rapport à ce qui est nécessaire à la synthèse des protéines, sont dégradés et utilisés pour répondre aux besoins en carburant du corps. Les acides aminés glucogéniques peuvent servir de précurseurs pour la synthèse du glucose via la formation de pyruvate ou d'intermédiaires du cycle de l'acide citrique. Les acides aminés cétogènes sont les précurseurs de l'acétyl CoA.

    L'acétyl CoA est le métabolite clé et commun, produit à partir de différentes sources de carburant (glucides, lipides, acides aminés). L'acétyl CoA entre dans le cycle de l'acide citrique et s'oxyde en CO2. Ainsi, le cycle de l'acide citrique est la dernière voie métabolique commune pour l'oxydation de tous les aliments. La majeure partie de l'énergie est piégée sous la forme de NADH et FADH2.

    5. Phosphorylation oxydative :

    La NADH et la FADH2, produits dans différentes voies métaboliques, sont finalement oxydés dans la chaîne de transport d'électrons (ETC). L'ETC est couplé à une phosphorylation oxydative pour générer de l'ATP.

    6. Dérivation d'hexose monophosphate :

    Cette voie est principalement concernée par la libération de NADPH et de sucre ribose. Le NADPH est utilisé pour la biosynthèse de plusieurs composés, dont les acides gras. Le ribose est un composant essentiel des nucléotides et des acides nucléiques (remarque : l'ADN contient du désoxyribose).

    La synthèse de glucose à partir de sources non glucidiques constitue la gluconéogenèse. Plusieurs composés (par exemple le pyruvate, le glycérol, les acides aminés) peuvent servir de précurseurs pour la néoglucogenèse.

    8. Métabolisme du glycogène :

    Le glycogène est la forme de stockage du glucose, principalement présente dans le foie et les muscles. Il est dégradé (glycogénolyse) et synthétisé (glycogénèse) par des voies indépendantes. Le glycogène sert efficacement de réserve de carburant pour répondre aux besoins de l'organisme, pendant une brève période (entre les repas).

    Régulation des voies métaboliques:

    Les voies métaboliques, en général, sont contrôlées par quatre mécanismes différents :

    1. La disponibilité des substrats

    2. Modification covalente des enzymes

    4. Régulation de la synthèse enzymatique.

    Les détails de ces processus de régulation sont discutés sous les voies métaboliques individuelles.


    1. Système de phosphatage

    Au cours d'activités intenses à court terme, une grande quantité d'énergie doit être produite par les muscles, créant une forte demande d'ATP. Les système phosphagène (également appelé système ATP-CP) est le moyen le plus rapide de resynthétiser l'ATP (Robergs & Roberts 1997).

    Le phosphate de créatine (CP), qui est stocké dans les muscles squelettiques, donne un phosphate à l'ADP pour produire de l'ATP : ADP + CP = ATP + C. Aucun glucide ou graisse n'est utilisé dans ce processus, la régénération de l'ATP provient uniquement du CP stocké. Étant donné que ce processus n'a pas besoin d'oxygène pour resynthétiser l'ATP, il est anaérobie ou indépendant de l'oxygène. En tant que moyen le plus rapide de resynthétiser l'ATP, le système phosphagène est le système d'énergie métabolique prédominant utilisé pour les exercices complets d'une durée allant jusqu'à environ 10 secondes. Cependant, comme il y a une quantité limitée de CP et d'ATP stockés dans les muscles squelettiques, la fatigue survient rapidement.


    Nutrition

    Le taux métabolique basal

    Le métabolisme de base (BMR) est le taux de dépense énergétique d'une personne au repos il élimine l'effet variable de l'activité physique. Le BMR représente environ 60 % de la dépense énergétique quotidienne. Ainsi, il comprend l'énergie utilisée pour l'homéostasie cellulaire normale du corps, la fonction cardiaque, le cerveau et d'autres fonctions nerveuses, etc. Elle est liée au poids corporel par le calcul :

    Une augmentation passive de la dépense énergétique se produit lors de la digestion des aliments. C'est ce qu'on appelle l'effet thermique ou, dans la littérature plus ancienne, l'action dynamique spécifique des aliments, il représente environ 10 % de la dépense énergétique quotidienne.

    La dépense énergétique quotidienne totale est calculée à partir de la connaissance du BMR et d'un facteur d'activité physique. Le facteur d'activité physique est fonction du type d'activité d'un individu (par exemple, 1,3 pour les sédentaires, 1,5 pour les modérément actifs et 1,7 pour les extrêmement actifs). Multiplié par le BMR, on obtient une estimation de la dépense énergétique quotidienne.

    Exemple: Une personne de 220 lb (220/2,2 = 100 kg) avec une dépense énergétique modérée (ex : un ébéniste) :


    Glycolyse et respiration cellulaire - Aperçu du métabolisme et de la respiration

    Tous les organismes ont besoin d'énergie pour vivre. Les humains aiment s'asseoir pour trois repas carrés par jour (même s'ils sont dans des assiettes rondes), mais d'autres êtres vivants ont des façons radicalement différentes de faire face à leurs besoins énergétiques. Certains animaux effrayants tirent leur énergie de la consommation de saleté, ce qui n'est probablement pas le repas le plus savoureux de la planète. Et les plantes prennent le soleil, préparent leur propre nourriture, puis se régalent. Le fait est que nous devons tous manger.

    Mais énergie et nourriture ne sont pas la même chose lorsque nous parlons du niveau cellulaire. Métabolisme est la façon dont nous obtenons les bonnes choses, l'énergie chimique, dans les molécules de la nourriture que nous mangeons. L'énergie chimique est la référence lorsqu'il s'agit de faire avancer les choses : elle alimente tous les processus nécessaires à la vie.

    Aperçu de la respiration cellulaire

    La respiration cellulaire est aussi appelée respiration aérobie car elle a lieu en présence d'oxygène. Le but de la respiration cellulaire est de rendre l'énergie utilisable pour la cellule. Au lieu de Red Bull ou Monster Energy, l'énergie cellulaire prend la forme d'un composé appelé ATP (court pour l'adénosine triphosphate). L'ATP est souvent appelé la monnaie énergétique de la cellule.

    Le produit final de la respiration cellulaire est exactement 38 molécules d'ATP. C'est un très bon gain pour une molécule de glucose.

    La respiration cellulaire se déroule en trois étapes :


    1. Glycolyse
    2. Cycle de l'acide citrique, alias le cycle de Krebs
    3. La phosphorylation oxydative

    Préparez-vous à être réduit… ou oxydé

    Pour suivre notre visite des coulisses de la respiration cellulaire, il est utile de se familiariser avec oxydation et réduction réactions. Réactions redox (comme on les appelle) sont responsables de nombreux changements qui se produisent pendant la respiration cellulaire. Les réactions d'oxydoréduction impliquent soit de perdre, soit de gagner des électrons.


    • Dans oxydation, un atome perd des électrons.
    • Dans réduction, un atome gagne des électrons.

    Cela peut être déroutant, car pourquoi appelleriez-vous quelque chose de réduit s'il gagne réellement des électrons ? Bonne question.

    La réponse réside dans la charge de l'atome. Puisque les électrons sont chargés négativement, gagner un électron signifie également gagner une charge -1, réduire les charge globale de l'atome.

    Vous pouvez vous souvenir de l'oxydation et de la réduction avec une astuce simple : LEO le lion dit ALL.LEO signifie Loss de Eélectrons est Ooxydation, etGER signifie gain de Eélectrons est Réducation.

    Les donneurs d'électrons sont oxydés et les accepteurs d'électrons sont réduits.

    Les réactions redox sont une source d'énergie importante et se produisent lors de toutes sortes de réactions de combustion, telles que la combustion de méthane pour chauffer un poêle ou le chauffage d'essence pour faire fonctionner une voiture. En biologie, les réactions redox sont courantes et extrêmement importantes, comme lors de la respiration cellulaire.

    En fait, la respiration cellulaire est l'un des processus qui nous permet de rester au chaud et au chaud dans notre peau. La chaleur dégagée par ces réactions funky est ce qui maintient notre corps à une température constante, même lorsqu'il fait froid dehors.

    Dans la respiration cellulaire, glucose (C6H12O6) s'oxyde en une série d'étapes qui libèrent peu à peu de l'énergie. Les électrons que le glucose perd lorsqu'il est oxydé sont captés par NAD + ou FAD 2+ molécules qui agissent comme des porteurs d'électrons. En termes redox, le glucose est oxydé et les molécules NAD + et FAD 2+ sont réduites pour former NADH et FADH2.

    Au cours de la phosphorylation oxydative, la dernière molécule de la chaîne à accepter un électron est appelée le accepteur terminal d'électrons. Dans les organismes qui respirent de l'oxygène, comme nos adorables êtres humains, l'oxygène est l'accepteur terminal d'électrons, il est donc réduit dans l'ensemble du processus.

    Casse-croûte de cerveau

    Pour un résumé de la respiration cellulaire réglée sur une mélodie entraînante, regardez cette vidéo.


    Glycogenèse

    Le processus de synthèse du glycogène à partir des résidus de glucose est appelé glycogenèse. Avant d'étudier les étapes impliquées dans sa synthèse, il est important de comprendre d'abord la structure générale du glycogène.

    Structure

    Le glycogène est un polymère ramifié d'alpha-glucose. Les molécules de glucose sont liées entre elles via des liaisons alpha 1-4 glycosidiques dans les chaînes linéaires tandis que les résidus aux points de ramification sont liés via des liaisons alpha 1-6 glycosidiques. La molécule de glycogène présente une ramification étendue, avec un point de ramification apparaissant après tous les 8 à 12 résidus de glucose dans la chaîne linéaire. Il a une protéine à son noyau, appelée la protéine de glycogénine. La molécule de glycogène apparaît sous la forme de branches d'arbre émergeant du noyau de glycogénine.

    Synthèse

    Le glycogène est synthétisé à partir des molécules d'alpha D-glucose. Le processus se déroule dans le cytoplasme et utilise de l'énergie sous forme d'ATP ainsi que d'UTP. Cela implique les étapes suivantes.

    Synthèse du glucose-1-phosphate

    Tout d'abord, les molécules de glucose sont phosphorylées pour former du glucose-6-phosphate. Cette réaction est catalysée par les enzymes glucokinases. Le phosphate est fourni par les molécules d'ATP.

    Ces molécules de glucose-6-phosphate sont ensuite converties en glucose-1-phosphate via l'enzyme phosphoglucomutase. Au cours de cette conversion, du glucose-1,6-bisphosphate est également généré qui est un intermédiaire obligatoire de la réaction.

    Synthèse de l'UDP-glucose

    Tous les résidus de glucose présents dans le glycogène sont fournis par l'UDP-glucose. Les molécules d'UDP-glucose sont synthétisées à partir de glucose-1-phosphate et d'UTP via l'enzyme UDP-glucose phosphorylase.

    Une molécule de pyrophosphate (PPje) est également produit au cours de ce processus. Ce pyrophosphate est hydrolysé pour libérer deux phosphates inorganiques avec de l'énergie. Cette réaction exergonique garantit que la réaction de synthèse UDP-glucose se déroule toujours dans le sens direct.

    Enzyme glycogène synthase

    Une fois que les molécules d'UDP-glucose sont formées, elles sont utilisées par l'enzyme glycogène synthase pour former une chaîne linéaire d'alpha D-glucose. Une caractéristique importante de cette enzyme est qu'elle ne peut qu'allonger les chaînes de glycogène déjà existantes. Il ne peut pas commencer la synthèse d'une nouvelle chaîne à partir du premier résidu. Une amorce est toujours nécessaire à l'enzyme glycogène synthase pour commencer son processus.

    Cependant, si certaines chaînes préexistantes de glycogène sont présentes dans la cellule, l'enzyme glycogène synthase peut utiliser ces fragments comme amorce et poursuivre son processus de fabrication de glycogène.

    Synthèse de l'amorce

    Dans le cas où les fragments de glycogène ne sont pas présents, une protéine appelée glycogénine sert d'amorce. Le groupe hydroxyle présent dans la chaîne latérale d'un résidu tyrosine dans la glycogénine agit comme l'accepteur du premier résidu glucosyle de l'UDP-glucose. La réaction est appelée autoglucosylation car elle est catalysée par la glycogénine elle-même. La protéine continue d'ajouter quelques résidus glucosyle supplémentaires via des liaisons alpha 1-4 glycosidiques jusqu'à ce qu'une chaîne courte se forme. Cette chaîne courte de résidus de glucose sert alors d'amorce pour l'enzyme glycogène synthase.

    Allongement de la chaîne

    Une fois l'amorce formée, l'enzyme glycogène synthase peut agir dessus. Cette enzyme allonge la chaîne glycogène en ajoutant de nouveaux résidus glucosyle à l'extrémité non réductrice de la chaîne. Les résidus de glucose sont fournis par des molécules d'UDP-glucose. l'extrémité non réductrice de la chaîne est celle ayant un carbone anomérique libre, carbone de la fonction aldéhydique. Au cours du processus d'allongement de la chaîne, le groupe hydroxyle au quatrième carbone du nouveau résidu glycosyle réagit avec le groupe aldéhydique du résidu présent à l'extrémité non réductrice, formant une liaison alpha 1-4 glycosidique.

    Au cours de ce processus, une molécule d'UDP est libérée avec chaque résidu glucosyle ajouté à la chaîne. Cet UDP est reconverti en UTP par la nucléoside diphosphate kinase, en utilisant l'ATP comme source d'énergie ainsi que comme fournisseur de phosphate inorganique.

    La chaîne linéaire alpha 1-4 résidus glucosyle formés par l'enzyme glycogène synthase ressemble à l'amidon d'amylase trouvé dans les plantes. D'autre part, le glycogène est un polymère hautement ramifié de résidus alpha 1-4 glucosyle.

    La prochaine étape de la glycogenèse est le processus de ramification de sorte qu'une molécule hautement ramifiée se forme. Ceci est effectué par une enzyme distincte appelée enzyme de ramification.

    L'enzyme de ramification est appelée amylo-alpha(1-4) à alpha(1-6) transglucosidase. Une branche se fait en deux étapes :

    • Dans la première étape, l'enzyme de ramification élimine une chaîne courte de six à huit résidus glucosyle de l'extrémité non réductrice de la chaîne linéaire en brisant une liaison alpha 1-4 glycosidique.
    • Dans l'étape suivante, l'enzyme de ramification insère cette courte branche linéaire à un résidu non réducteur de la chaîne via une liaison alpha 1-6 glycosidique. Le premier résidu au point de ramification est attaché via une liaison alpha 1-6 glycosidique tandis que le reste des résidus de la chaîne ont les mêmes liaisons alpha 1-4 glycosidiques.

    Une fois que la branche a été formée, les deux chaînes peuvent être encore allongées par l'enzyme glycogène synthase. De plus, plus de branches peuvent également être ajoutées par l'enzyme de ramification.

    Le résultat final est la formation d'une grosse molécule ayant de vastes branches en forme d'arbre avec une branche se produisant tous les huit à douze résidus dans la chaîne.

    La protéine glycogénine qui a été utilisée pour fabriquer l'amorce reste une partie de la molécule et forme le noyau des granules de glycogène trouvés dans les cellules.


    Métabolisme

    Le métabolisme (prononcé : meh-TAB-uh-liz-um) correspond aux réactions chimiques dans les cellules du corps qui transforment les aliments en énergie. Notre corps a besoin de cette énergie pour tout faire, de bouger à penser à grandir.

    Des protéines spécifiques dans le corps contrôlent les réactions chimiques du métabolisme. Des milliers de réactions métaboliques se produisent en même temps &mdash toutes régulées par le corps &mdash pour garder nos cellules saines et fonctionnelles.

    Comment fonctionne le métabolisme ?

    Après avoir mangé des aliments, le système digestif utilise des enzymes pour :

    • décomposer les protéines en acides aminés
    • transformer les graisses en acides gras
    • transformer les glucides en sucres simples (par exemple, le glucose)

    Le corps peut utiliser le sucre, les acides aminés et les acides gras comme sources d'énergie en cas de besoin. Ces composés sont absorbés dans le sang, qui les transporte vers les cellules.

    Après leur entrée dans les cellules, d'autres enzymes agissent pour accélérer ou réguler les réactions chimiques impliquées dans la « métabolisation » de ces composés. Au cours de ces processus, l'énergie de ces composés peut être libérée pour être utilisée par le corps ou stockée dans les tissus corporels, en particulier le foie, les muscles et la graisse corporelle.

    Le métabolisme est un exercice d'équilibre impliquant deux types d'activités qui se déroulent en même temps :

    • la constitution de tissus corporels et de réserves d'énergie (appelée anabolisme)
    • décomposer les tissus corporels et les réserves d'énergie pour obtenir plus de carburant pour les fonctions corporelles (appelé catabolisme)

    Anabolisme (prononcé : uh-NAB-uh-liz-um), ou métabolisme constructif, est une question de construction et de stockage. Il soutient la croissance de nouvelles cellules, le maintien des tissus corporels et le stockage d'énergie pour une utilisation future. Dans l'anabolisme, les petites molécules se transforment en molécules plus grosses et plus complexes de glucides, de protéines et de graisses.

    Catabolisme (prononcé : kuh-TAB-uh-liz-um), ou métabolisme destructeur, est le processus qui produit l'énergie nécessaire à toute activité dans les cellules. Les cellules décomposent les grosses molécules (principalement des glucides et des graisses) pour libérer de l'énergie. Cela fournit du carburant pour l'anabolisme, chauffe le corps et permet aux muscles de se contracter et au corps de bouger.

    Au fur et à mesure que les unités chimiques complexes se décomposent en substances plus simples, le corps libère les déchets par la peau, les reins, les poumons et les intestins.

    Qu'est-ce qui contrôle le métabolisme ?

    Plusieurs hormones du système endocrinien aident à contrôler le taux et la direction du métabolisme. La thyroxine, une hormone fabriquée et libérée par la glande thyroïde, joue un rôle clé dans la détermination de la vitesse ou de la lenteur des réactions chimiques du métabolisme dans le corps d'une personne.

    Une autre glande, le pancréas, sécrète des hormones qui aident à déterminer si la principale activité métabolique du corps à un moment donné est anabolique (prononcé : an-uh-BOL-ik) ou catabolique (prononcé : kat-uh-BOL-ik). Par exemple, une activité plus anabolique se produit généralement après un repas. C'est parce que manger augmente le taux de glucose dans le sang et constitue le carburant le plus important du corps. Le pancréas détecte cette augmentation du taux de glucose et libère l'hormone insuline, qui signale aux cellules d'augmenter leurs activités anabolisantes.

    Le métabolisme est un processus chimique complexe. Il n'est donc pas surprenant que beaucoup de gens le considèrent dans son sens le plus simple : comme quelque chose qui influence la facilité avec laquelle notre corps prend ou perd du poids. C'est là qu'interviennent les calories. Une calorie est une unité qui mesure la quantité d'énergie qu'un aliment particulier fournit au corps. Une barre de chocolat contient plus de calories qu'une pomme, elle fournit donc au corps plus d'énergie et parfois cela peut être trop bon. Tout comme une voiture stocke de l'essence dans le réservoir d'essence jusqu'à ce qu'il soit nécessaire pour alimenter le moteur, le corps stocke les calories et principalement sous forme de graisse. Si vous remplissez trop le réservoir d'essence d'une voiture, il déborde sur le trottoir. De même, si une personne mange trop de calories, elles « débordent » sous la forme d'un excès de graisse corporelle.

    Le nombre de calories que quelqu'un brûle en une journée est affecté par la quantité d'exercice physique de cette personne, la quantité de graisse et de muscle dans son corps et la taux métabolique basal (BMR). Le BMR est une mesure de la vitesse à laquelle le corps d'une personne « brûle » de l'énergie, sous forme de calories, au repos.

    Le BMR peut jouer un rôle dans la tendance d'une personne à prendre du poids. Par exemple, une personne avec un faible TMB (qui brûle donc moins de calories au repos ou en dormant) aura tendance à prendre plus de kilos de graisse corporelle au fil du temps qu'une personne de taille similaire avec un TMB moyen qui mange la même quantité de nourriture et obtient la même quantité d'exercice.

    Le BMR peut être affecté par les gènes d'une personne et par certains problèmes de santé. Il est également influencé par la composition corporelle et les personnes ayant plus de muscles et moins de graisse ont généralement un BMR plus élevé. Mais les gens peuvent changer leur BMR de certaines manières. Par exemple, une personne qui fait plus d'exercice non seulement brûle plus de calories, mais devient plus en forme physiquement, ce qui augmente son BMR.


    Le rôle des cellules

    Votre corps est composé d'un nombre incalculable de cellules, et de nombreux types de cellules différents. Les cellules du cerveau sont différentes des cellules sanguines, qui sont différentes des cellules osseuses, qui sont différentes des cellules de la peau, et ainsi de suite. Chaque cellule de votre corps est adaptée de manière unique à un objectif spécifique. D'autres envoient des messages électrochimiques au cerveau. [7,8] Différentes cellules ont des caractéristiques différentes et peuvent même avoir des différences structurelles en fonction de leur objectif. [9]


    Voies métaboliques

    Considérez le métabolisme du sucre. C'est un exemple classique de l'un des nombreux processus cellulaires qui utilisent et produisent de l'énergie. Living things consume sugars as a major energy source, because sugar molecules have a great deal of energy stored within their bonds. For the most part, photosynthesizing organisms like plants produce these sugars. During photosynthesis, plants use energy (originally from sunlight) to convert carbon dioxide gas (CO2) into sugar molecules (like glucose: C6H12O6). They consume carbon dioxide and produce oxygen as a waste product. This reaction is summarized as:

    Étant donné que ce processus implique la synthèse d'une molécule stockant de l'énergie, il nécessite un apport d'énergie pour se poursuivre. During the light reactions of photosynthesis, energy is provided by a molecule called adenosine triphosphate (ATP), which is the primary energy currency of all cells. Tout comme le dollar est utilisé comme monnaie pour acheter des biens, les cellules utilisent des molécules d'ATP comme monnaie énergétique pour effectuer un travail immédiat. En revanche, les molécules de stockage d'énergie telles que le glucose ne sont consommées que pour être décomposées afin d'utiliser leur énergie. La réaction qui récupère l'énergie d'une molécule de sucre dans les cellules nécessitant de l'oxygène pour survivre peut être résumée par la réaction inverse à la photosynthèse. Dans cette réaction, de l'oxygène est consommé et du dioxyde de carbone est libéré sous forme de déchet. La réaction se résume ainsi :

    Ces deux réactions impliquent de nombreuses étapes.

    Les processus de fabrication et de décomposition des molécules de sucre illustrent deux exemples de voies métaboliques. UNE metabolic pathway is a series of chemical reactions that takes a starting molecule and modifies it, step-by-step, through a series of metabolic intermediates, eventually yielding a final product. Dans l'exemple du métabolisme du sucre, la première voie métabolique synthétise le sucre à partir de molécules plus petites, et l'autre voie décompose le sucre en molécules plus petites. These two opposite processes—the first requiring energy and the second producing energy—are referred to as anabolic pathways (building polymers) and catabolic pathways (breaking down polymers into their monomers), respectively. Consequently, metabolism is composed of synthesis (anabolism) and degradation (catabolism) (figure 3).

    It is important to know that the chemical reactions of metabolic pathways do not take place on their own. Each reaction step is facilitated, or catalyzed, by a protein called an enzyme. Les enzymes sont importantes pour catalyser tous les types de réactions biologiques, celles qui nécessitent de l'énergie ainsi que celles qui libèrent de l'énergie.

    Figure 3 Catabolic pathways are those that generate energy by breaking down larger molecules. Anabolic pathways are those that require energy to synthesize larger molecules. Both types of pathways are required for maintaining the cell’s energy balance.


    Voir la vidéo: Le Métabolisme énergétique Biochimie métabolique (Décembre 2022).