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33 Cards in this Set
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3 formes d'énergie directement utilisable par la cellule |
- énergie de l'hydrolyse de l'ATP -énergie des réactions d'oxydoréduction -énergie de gradient transmembranaire |
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dG |
G est l'enthalpie libre dG = dH-T.dS dG>0 : réaction endergonique dG<0 : réaction exergonique |
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cellule |
système thermodynamique ouvert elle prélève de l'énergie dans le milieu sous forme de photons ou de molécules réduites elle cherche à maintenir une entropie faible en son sein. Elle est donc dans un état stationnaire de non équilibre. |
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E•' |
E•' est mesurée à pH=7 (E• est mesurée à pH=0)
par commodité, on prendra E = E'• |
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drG' |
drG' = -n x F x (E•'B - E•'A) n : nb d'électrons |
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coenzymes d'oxydoréduction |
molécules vectrices d'électrons, position d'intermédiaire
-(NADP+/NADPH): voies de biosynthèse -(NAD+/NADH) et (FAD/FADH2): participent aux réactions du catabolisme à l'origine de l'ATP faible taille et solubilité |
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énergie des gradiants de potentiel électrochimique transmembranaire; la force protomotrice dp |
énergie osmotique liée à l'accumulation de protons H+ (ou autre élément) dans un compartiment cellulaire
ce gradient est formé par couplage avec des réactions exergoniques: oxydoréduction ou hydrolyse d'ATP
ceci permet une conversion énergétique. ex: Production d'ATP par le complexe enzymatique ATP-synthase grâce à un couplage osmochimique. Nécessité de membranes imperméables aux protons |
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hydrolyse de l'ATP |
ATP(4-) + H2O = ADP(3-) + Pi(-) drG•': variation d'enthalpie libre standard = -30,5 kJ/mol drG': en conditions réelles (concentrations) = -55 kJ/mol (donc il y a plus d'énergie libéré réellement) |
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molécule d'ATP |
au cours de la réaction de son hydrolyse, on rompt une ou deux liaisons phosphoanhydride
libère moins d'énergie que l'oxydation d'un glucose ou la rupture d'une liaison covalente, mais cette énergie est facilement mobilisée en raison du caractère instable de la molécule
l'ATP a valeur de monnaie énergétique l'ATP est un composé à haut potentiel d'hydrolyse, c'est une navette énergétique |
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instabilité de la molécule d'ATP |
-quatre charges négatives (stabilisées par Mg(2+)) -pyrophosphate hautement instable -produits ioniques se repoussent une fois solvatés |
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consommation quotidienne d'ATP chez l'Homme |
40 kg d'ATP / jour |
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synthèse d'ATP |
-Par couplage chimiochimique: les transphosphorylations (phosphorylations sur substrat) ex: 1,3-biphosphoglycérate -> 3 -phosphoglycérate (via la phosphoglycérate kinase) -Par couplage osmochimique: l'ATP-synthase |
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photosynthèse |
oxydation d'un substrat organique grâce au O2
oxydation des Oxygènes des H2O réduction des Carbones des CO2
oxydoréduction endergonique relevant de l'anabolisme
drG•' = + 2880 kJ/mol
décalage dans le temps de l'oxydation et de la réduction grâce un intermédiaire, un coenzyme d'oxydoréduction, NADPH,H+: 1. Phase photochimique (membrane thylacoïdienne) ou le H2O est oxydé en O2 2. Phase chimique (matrice plastidiale) où CO2 est réduit en glucose |
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respiration cellulaire |
oxydation du glucose en CO2 réduction du O2 en H2O
réaction d'oxydoréduction exergonique
drG•' = - 2880 kJ/mol intermédiaire car oxydoréduction en 2 étapes: NADH,H+ et FADH2 1. Oxydation des composés organiques réduits en CO2 couplée à la synthèse d'ATP (couplage chimiochimique) (cytosol et matrice mitochondriale) Transphosphorylation 2. Réduction de O2 en H2O couplée à la synthèse d'ATP (couplage osmochimique) (crêtes mitochondriales) Oxydation phosphorylante |
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hypothèse de Mitchell |
intervention d'une force proto-chimique comme intermédiaire entre les réactions d'oxydoréductions et la production d'ATP |
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sphères pédonculées |
sur la face matricielle de la membrane mitochondriale interne aussi sur la membrane des thylacoïdes et le plasmalemme bactérien 2 composants: - complexe F0 intégré à la membrane: canal à protons -complexe F1 extramembranaire et lié à F0: ATP-synthases |
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oxydation de l'azote organique |
NH4(+) -> NO2(-) par Nitrosomonas
NO2(-) -> NO3(-) par Nitrobacter
necessitent du O2 (respirations aérobies) |
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composition des membranes des thylacoïdes et des crêtes mitochondriales |
-lipides: structure, imperméabilité aux protons
-quinones: transferts de protons
- lipides pigmentaires: couplage photochimique
- protéines associées aux pigments: transferts d'énergie
- protéines: transferts d'électrons, transferts de protons - protéines des sphères pédonculées: canal à protons et synthèse d'ATP |
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Pigments photosynthétiques |
pigment: molécule qui absorbe une certaine longueur d'onde en raison de la présence d'électrons qui sont excités
-chlorophylle a et b (pigments chlorophylliens): noyau tétrpyrrolique + chaîne phytol absorbent dans le rouge et le bleu
- caroténoïdes (β-carotène et xanthophylle): absorbent dans le bleu |
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photosystèmes |
2 entités fonctionnelles: -antenne collectrice -centre réactionnel
dissipation de l'énergie absorbée par 4 processus: -chaleur -fluorenscence -résonnance (processus majeur) -réaction d'oxydoréduction
résonnance réalisée par les pigments photosynthétiques accessoires des antennes collectrices: chl a (bleu), chl b (bleu), β-carotène (bleu vert), chl b (rouge clair), chl a (rouge sombre) des plus petites aux plus grandes longueurs d'ondes réaction terminale au sein du centre réactionnel par perte d'un électron (oxydation) et réduction d'un accepteur les 2 photosystèmes: -PSI (P700) -PSII (P680) |
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fonctionnement de la chaîne photosynthétique, trajet acyclique |
fonctionnement en série des 2 photosystèmes ''schéma en Z''
-exitation de PSII qui libère 4é, l'oxydation de H2O en O2 lui restitura ses 2é (complexe de lyse de l'eau à base d'atomes de manganèse)
-chaîne de transfert spontanée des é mobilisant: la plastoquinone, le complexe membranaire cytochrome b6-f et la plastocyanine
-PSI libère 4é après avoir été excité. La chaîne de transfert spontanée lui restitue ses 4é.
-les 4é libérés par PSI sont délivrés à la ferredoxine.
- la ferredoxine alimente la NADP(+)-réductase qui réduit 2 NADP(+) en 2 NADPH,H+ |
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fonctionnement de la chaîne photosynthétique, trajet cyclique |
ne mobilise que le PSI, la ferredoxine livrant ses électrons à la plastoquinone (PQ) au début de la chaîne de transferts spontannée |
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pH lumen, pH matrice |
pH lumen = 5 pH matrice = 8 |
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constitution de la force protomotrice |
grâce à l'assymétrie membranaire - oxydation de 2 H2O côté lumen qui libère 4 H(+) - plastoquinone qui transfert 8 H(+) de la matrice (stroma) vers le lumen (la réduction de NADP(+) en NADPH,H(+) côté stroma ne participe pas au transfert de protons) |
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chaîne respiratoire |
- complexe I: oxydation du NADH,H(+) en NAD(+), apport de 2 électrons à la chaîne et transfert de 4 H(+) côté espace intermembranaire -complexe II: réaction d'oxydoréduction entre le succinate réduit en fumarate et le FADH2 oxydé en FAD entrée de 2 électrons dans la chaîne - le coenzyme Q assure un passage des électrons entre le complexe I ou le complexe II, et le complexe III. Il transfert en même temps 4 H(+) à l'espace intermembranaire par couple d'électrons transféré, au court du cycle Q. - le complexe III transfert ses électrons au complexe IV via le cytochrome c. - le complexe IV permet le transfert de 2 H(+) à l'espace intermembranaire ainsi que la réduction de 1/2 O2 en H2O côté matrice mitochondriale |
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comparaison chaîne photosynthétique / chaîne respiratoire |
on a dans les 2 cas un couplage chimioosmotique (pour l'établissement du gradient de protons) à valeur de transport actif primaire on peut faire de nombreuses analogies: -imperméabilité de la membrane aux protons -assymétrie membranaire structurale et fonctionnelle -utilisation de 2 compartiments dans l'établissement du gradient de protons mais différence majeur au niveau thermodynamique: le sens globale de transfert des électrons entre ces 2 chaînes est opposé (NAD/NADH,H(+), O2/H2O) |
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plasmalemme bactérien |
- constitution d'un gradient de protons (transfert des H(+) du cytoplasme vers le périplasme) par oxydation de NO2- en NO3- utilisation de ce gradient pour produire de l'ATP
-utilisation du gradient de protons pour réduire NAD(+) en NADH,H(+) par oxydation initiale de NO2- en NO3- (transfert inverse d'électrons) |
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ATP-synthase |
partie membranaire F0 partie extramembranaire F1
partie fixe = stator : a3, b3, sigma, α3, β3
partie mobile = rotor : c12, gamma, epsylone
l'ATP-synthase catalyse la phosphorylation de l'ADP en utilisant l'énergie dissipée par la diffusion de protons (chez les bactéries, elle peut catalyser la réaction inverse)
α3,β3 possèdent 3 sites catalytiques avec 3 conformations différentes à un instant t: -la conformation Large fixe ADP+Pi -la conformation Fermée les condense en ATP -la conformation Ouverte libère l'ATP
contrairement aux deux autres étapes qui sont endergoniques, la condensation de l'ATP est spontanée
l'entrée d'un proton par le demi-canal a3 protone un radical aminé d'une unité c, entraine la rotation de l'anneau d'une unité et fait sortir un proton côté matriciel catalyse rotationnelle, couplage mécanochimique l'ATP-synthase est une sorte de nanomoteur |
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Production d'ATP pour l'oxydation d'une molécule de NADH,H(+) (chaîne respiratoire) ou la réduction d'une molécule de NADP(+) (chaîne photosynthétique) |
production de 3 ATP dans les 2 cas |
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Production d'ATP pour l'oxydation de FADH2 dans le cas de la chaîne photosynthétique |
production de 2 ATP |
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origine endosymbiotique des plastes |
peut être liée à ce que l'on vient d'étudier |
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photolithotrophie, chimiolithotrophie, chimioorganotrophie |
source d'énergie primaire + nature du donneur d'électrons -photolithotrophie: source d'énergie lumineuse et source d'électrons minérale -chimiolithotrophie (bactéries de la nitrification, archées): source d'énergie chimique et source d'électrons minérale -chimioorganotrophie (bactéries respirantes, mycètes, animaux): source d'énergie chimique et source d'électrons organique |
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E•' (O2/H2O) et E•' (NADP+/NADPH,H+) |
E•' (O2/H2O) = + 0,81 V E•' (NADP+/NADPH,H+) = - 0,32 V |
