Biochimie, biologie et biotechnologie (STL) · Terminale · S1 – Enzymes et voies métaboliques
Métabolisme, enthalpie libre et ATP
L’énergie circule par couplages.
En bref
Une cellule ne brûle pas son glucose d’un coup : elle découpe l’énergie en petites monnaies, et la monnaie universelle s’appelle l’ATP.
Anabolisme et catabolisme
Une voie métabolique est une chaîne de réactions, chacune catalysée par une enzyme.
| Voie | Ce qu’elle fait | Exemples |
|---|---|---|
| Catabolisme | dégrade des molécules, libère de l’énergie | glycolyse, glycogénolyse, lipolyse |
| Anabolisme | synthétise des molécules, consomme de l’énergie | glycogénogenèse, cycle de Calvin, synthèse d’acides aminés |
L’enthalpie libre de réaction
Le signe de l’enthalpie libre de réaction ΔrG indique le sens d’évolution spontanée :
- ΔrG < 0 : réaction exergonique, spontanée dans le sens écrit ;
- ΔrG > 0 : réaction endergonique, impossible seule dans ce sens.
En biochimie, on compare les réactions dans des conditions standard biologiques (pH 7, 25 °C, concentrations à 1 mol·L⁻¹) : c’est ΔrG’°, exprimée en kJ·mol⁻¹.
Le couplage énergétique
Une réaction endergonique devient possible si on la couple à une réaction exergonique : on additionne les deux équations, et on additionne les ΔrG’°.
ΔrG’° (couplée) = ΔrG’°1 + ΔrG’°2
Si la somme algébrique est négative, la réaction couplée est spontanée.
L’ATP, molécule énergétique intermédiaire
L’ATP (adénosine triphosphate) porte deux liaisons à haut potentiel énergétique entre ses phosphates. Son hydrolyse est très exergonique :
ATP + H₂O → ADP + Pi ; ΔrG’° ≈ −30,5 kJ·mol⁻¹
Le catabolisme produit de l’ATP, l’anabolisme le consomme : l’ATP fait la navette.
Les coenzymes d’oxydoréduction
Les oxydations du métabolisme arrachent des électrons, captés par des coenzymes :
- NAD⁺ + 2 e⁻ + H⁺ → NADH (couple NAD⁺/NADH) ;
- FAD + 2 e⁻ + 2 H⁺ → FADH₂ (couple FAD/FADH₂).
On écrit l’équation-bilan d’une oxydoréduction en combinant deux demi-équations, électrons égalisés.
Prévoir le sens avec E’°
Chaque couple a un potentiel standard apparent E’° (en V). Les électrons vont spontanément du couple au E’° le plus bas vers le couple au E’° le plus haut.
ΔrG’° = −n × F × ΔE’° (F = 96 500 C·mol⁻¹, ΔE’° = E’° accepteur − E’° donneur)
Ne confonds pas ΔrG’° (conditions standard) et ΔrG (conditions réelles de la cellule) : une réaction à ΔrG’° positif peut devenir spontanée si la cellule maintient ses produits très bas.
Exemple travaillé
Phosphorylation du glucose : glucose + Pi → glucose-6-phosphate, ΔrG’° = +13,8 kJ·mol⁻¹ (impossible seule).
Couplée à l’hydrolyse de l’ATP : +13,8 + (−30,5) = −16,7 kJ·mol⁻¹. La somme est négative : la réaction couplée glucose + ATP → glucose-6-phosphate + ADP est spontanée. C’est la première étape de la glycolyse.
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6 questions pour vérifier
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1.Une réaction dont ΔrG’° vaut +20 kJ·mol⁻¹ est…
2.Le cycle de Calvin est une voie…
3.Réaction A : +13,8 kJ·mol⁻¹ ; hydrolyse de l’ATP : −30,5 kJ·mol⁻¹. ΔrG’° de la réaction couplée ?
4.L’hydrolyse de l’ATP libère de l’énergie car elle rompt…
5.Dans le couple NAD⁺/NADH, la forme réduite est…
6.Les électrons passent spontanément du couple au E’° le plus…
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