Échange d'énergie- il s'agit d'une décomposition étape par étape de composés organiques complexes, se produisant avec la libération d'énergie, qui est stockée dans les liaisons à haute énergie des molécules d'ATP et est ensuite utilisée dans le processus de vie cellulaire, y compris pour la biosynthèse, c'est-à-dire échange plastique.
Dans les organismes aérobies, il y a :
- Préparatoire- scission des biopolymères en monomères.
- Sans oxygène- glycolyse - la dégradation du glucose en acide pyruvique.
- Oxygène- décomposition de l'acide pyruvique en dioxyde de carbone et eau.
Étape préparatoire
Au stade préparatoire du métabolisme énergétique, se produit la décomposition des composés organiques fournis avec les aliments en composés plus simples, généralement des monomères. C’est ainsi que les glucides sont décomposés en sucres, dont le glucose ; protéines - aux acides aminés; graisses - au glycérol et aux acides gras.
Bien que l’énergie soit libérée, elle n’est pas stockée dans l’ATP et ne peut donc pas être utilisée ultérieurement. L'énergie est dissipée sous forme de chaleur.
La dégradation des polymères chez les animaux complexes multicellulaires se produit dans le tube digestif sous l'influence d'enzymes sécrétées ici par les glandes. Les monomères résultants sont ensuite absorbés dans le sang principalement par les intestins. Le sang transporte les nutriments dans toutes les cellules.
Cependant, toutes les substances ne se décomposent pas en monomères dans le système digestif. La dégradation de beaucoup se produit directement dans les cellules, dans leurs lysosomes. Dans les organismes unicellulaires, les substances absorbées pénètrent dans les vacuoles digestives où elles sont digérées.
Les monomères résultants peuvent être utilisés à la fois pour l’échange d’énergie et de plastique. Dans le premier cas, ils sont décomposés, dans le second, à partir d'eux, les composants des cellules elles-mêmes sont synthétisés.
Étape du métabolisme énergétique sans oxygène
Le stade sans oxygène se produit dans le cytoplasme des cellules et, dans le cas des organismes aérobies, comprend uniquement glycolyse - oxydation enzymatique en plusieurs étapes du glucose et sa dégradation en acide pyruvique, également appelé pyruvate.
La molécule de glucose contient six atomes de carbone. Lors de la glycolyse, il est décomposé en deux molécules de pyruvate, qui contiennent trois atomes de carbone. Dans ce cas, une partie des atomes d'hydrogène est clivée et transférée au coenzyme NAD qui, à son tour, participera à l'étape oxygène.
Une partie de l'énergie libérée lors de la glycolyse est stockée dans les molécules d'ATP. Pour une molécule de glucose, seules deux molécules d’ATP sont synthétisées.
L’énergie restante dans le pyruvate, stockée dans le NAD, dans les aérobies sera ensuite extraite lors de la prochaine étape du métabolisme énergétique.
Dans des conditions anaérobies, lorsque l’étape oxygène de la respiration cellulaire est absente, le pyruvate est « neutralisé » en acide lactique ou subit une fermentation. Dans ce cas, l’énergie n’est pas stockée. Ainsi, ici, la production d’énergie utile est assurée uniquement par une glycolyse inefficace.
Étape d'oxygène
Le stade oxygène se produit dans les mitochondries. Il comporte deux sous-étapes : le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative. L'oxygène entrant dans les cellules n'est utilisé que dans la seconde. Le cycle de Krebs produit et libère du dioxyde de carbone.
Cycle de Krebs se produit dans la matrice mitochondriale et est réalisé par de nombreuses enzymes. Ce n'est pas la molécule d'acide pyruvique elle-même (ou acide gras, acide aminé) qui y pénètre, mais le groupe acétyle qui s'en sépare à l'aide du coenzyme A, qui comprend deux atomes de carbone de l'ancien pyruvate. Au cours du cycle de Krebs en plusieurs étapes, le groupe acétyle est divisé en deux molécules de CO 2 et en atomes d'hydrogène. L'hydrogène se combine avec le NAD et le FAD. La synthèse de la molécule GDP se produit également, conduisant à la synthèse d’ATP.
Pour une molécule de glucose, à partir de laquelle sont formés deux pyruvates, il existe deux cycles de Krebs. Ainsi, deux molécules d'ATP se forment. Si l’échange d’énergie se terminait ici, alors la dégradation totale d’une molécule de glucose produirait 4 molécules d’ATP (dont deux issues de la glycolyse).
La phosphorylation oxydative se produit sur les crêtes - excroissances de la membrane interne des mitochondries. Il est fourni par un tapis roulant d'enzymes et de coenzymes, formant ce qu'on appelle la chaîne respiratoire, se terminant par l'enzyme ATP synthétase.
La chaîne respiratoire transmet l'hydrogène et les électrons reçus des coenzymes NAD et FAD. Le transfert s'effectue de telle manière que les protons d'hydrogène s'accumulent à l'extérieur de la membrane mitochondriale interne et que les dernières enzymes de la chaîne ne transfèrent que des électrons.
En fin de compte, les électrons sont transférés aux molécules d’oxygène situées à l’intérieur de la membrane, ce qui les charge négativement. Un niveau critique de gradient de potentiel électrique apparaît, conduisant au mouvement des protons à travers les canaux de l'ATP synthétase. L'énergie de mouvement des protons d'hydrogène est utilisée pour synthétiser des molécules d'ATP, et les protons eux-mêmes se combinent avec les anions d'oxygène pour former des molécules d'eau.
La production d'énergie du fonctionnement de la chaîne respiratoire, exprimée en molécules d'ATP, est importante et varie au total de 32 à 34 molécules d'ATP par molécule de glucose initiale.
Une cellule est l'unité fonctionnelle d'un organisme. Diverses substances pénètrent continuellement dans la cellule. De nouvelles molécules y sont synthétisées ; certaines molécules sont détruites. Certaines substances sont consommées par la cellule, d’autres sont stockées et d’autres encore sont éliminées de la cellule. Les substances se déplacent constamment d'une partie de la cellule à une autre. L'énergie est stockée dans certaines molécules de la cellule, tandis que d'autres molécules sont décomposées pour libérer l'énergie nécessaire à la vie de la cellule.
Des milliers de réactions enzymatiques différentes se produisent simultanément dans une cellule, dont l'ensemble est appelé métabolisme (du grec métabole - changement, transformation) ou métabolisme cellulaire. Le rôle principal dans ces réactions appartient aux enzymes et à l'ATP, sans lesquels elles ne se déroulent pas. Au cours du métabolisme, la cellule reçoit de l'énergie, qui est libérée par l'oxydation de molécules de graisses, de glucides et de protéines. Le métabolisme fournit également à la cellule des matériaux de construction : de nouvelles molécules complexes s'y forment.
Le métabolisme comprend deux groupes de réactions interdépendantes : synthèse de substances - échange de plastique et la dégradation des substances - le métabolisme énergétique. Faisons d'abord connaissance avec le métabolisme énergétique.
Au cours du métabolisme énergétique, des molécules complexes de glucides, de graisses et de protéines, avec la participation de nombreuses enzymes, sont oxydées en dioxyde de carbone et en eau. L'énergie libérée dans ce cas est stockée dans les molécules d'ATP.
Le métabolisme énergétique chez les aérobies comprend trois étapes :
- préparatoire;
- sans oxygène;
- oxygène
Premièrement, étape préparatoire les grosses molécules se décomposent en « blocs » : les protéines sont décomposées en acides aminés, les polysaccharides en monosaccharides, les graisses en glycérol et acides gras, les acides nucléiques en nucléotides. Ce processus se produit dans les lysosomes de la cellule. Une petite partie de l’énergie libérée au cours de ce processus est dissipée sous forme de chaleur.
Deuxième, étape sans oxygène se produit dans le cytoplasme, où les substances organiques sont décomposées en substances encore plus simples. Cette étape se produit sans la participation d'oxygène ; Dans le même temps, peu d’énergie est libérée ; une partie est dissipée sous forme de chaleur et une petite partie est consacrée à la synthèse de deux molécules d'ATP à partir de l'ADP.
Comment l’ATP est-elle produite dans les cellules ?
D'où vient l'énergie nécessaire à la synthèse de ses molécules ? Il est bien établi que la majeure partie de l'ATP est synthétisée à partir de l'énergie du proton H + et des électrons, dont la source est les atomes d'hydrogène. Et des atomes d'hydrogène sont libérés lors de la division des molécules de substances organiques.
Considérons les processus caractéristiques de la deuxième étape, à l'aide de l'exemple glycolyse- le processus de dégradation du glucose sans la participation d'oxygène. La molécule de glucose, qui contient 6 atomes de carbone, est divisée en deux molécules à trois carbones d'acide pyruvique - PVA. Le clivage se déroule en plusieurs étapes et comprend plus de 10 réactions impliquant un grand nombre d'enzymes. Cela libère de l'énergie, qui est utilisée pour synthétiser deux molécules d'ATP à partir de l'ADP.
Lorsqu'une molécule de glucose est oxydée, des électrons et des ions hydrogène en sont séparés, qui sont ajoutés à une substance spéciale NAD +. Il se transforme en forme réduite de NAD H. Les molécules de NAD transfèrent des protons et des électrons dans la cellule d'une réaction à une autre, alors qu'elles ne participent pas elles-mêmes aux réactions, ne sont pas détruites et sont utilisées à plusieurs reprises.
Ainsi, à la suite de l'étape de dégradation du glucose sans oxygène, 2 molécules de PVK, 2 molécules d'ATP et 2 molécules de NADH 2 se forment.
Le devenir des molécules d’acide pyruvique (PVA) dans les cellules de différents organismes est différent. Certains micro-organismes vivent dans un environnement sans oxygène. Elles sont appelées anaérobies (du grec an - particule négative et aer - air). Dans les cellules des anaérobies, seules deux étapes du métabolisme énergétique se produisent (dans les aérobies, il y en a trois) - préparatoire et sans oxygène, et les molécules d'ATP sont synthétisées pendant le processus de fermentation. Chez les anaérobies, le PVK se transforme soit en acide lactique, soit en alcool éthylique, soit en acide acétique, qui contiennent encore beaucoup d'énergie.
L'acide lactique se forme au cours de la vie des bactéries de fermentation lactique, ce qui se produit lors de l'acidification du lait et de la choucroute. La fermentation alcoolique est réalisée par la levure, entraînant la formation d'alcool éthylique et de dioxyde de carbone. La fermentation est largement utilisée dans l’activité économique humaine dans la production de pâte, de bière, de vin, de choucroute et de kéfir.
La principale source d'énergie des organismes vivants est le Soleil. L'énergie apportée par les quanta de lumière (photons) est absorbée par le pigment chlorophylle contenu dans les chloroplastes des feuilles vertes et stockée sous forme d'énergie chimique dans divers nutriments.
Toutes les cellules et tous les organismes peuvent être divisés en deux classes principales selon la source d’énergie qu’ils utilisent. Dans le premier, dit autotrophe (plantes vertes), le CO 2 et le H 2 O sont transformés lors de la photosynthèse en molécules organiques élémentaires de glucose, à partir desquelles sont ensuite construites des molécules plus complexes.
La deuxième classe de cellules, appelées hétérotrophes (cellules animales), tire son énergie de divers nutriments (glucides, graisses et protéines) synthétisés par les organismes autotrophes. L'énergie contenue dans ces molécules organiques est libérée principalement en les combinant avec l'oxygène de l'air (c'est-à-dire par oxydation) dans un processus appelé respiration aérobie. Ce cycle énergétique chez les organismes hétérotrophes se termine par la libération de CO 2 et de H 2 O.
Respiration cellulaire est l'oxydation de substances organiques, conduisant à la production d'énergie chimique (ATP). La plupart des cellules utilisent d’abord les glucides. Les polysaccharides ne sont impliqués dans le processus de respiration qu'après avoir été hydrolysés en monoscharides : amidon, glucose (dans les plantes) , glycogène (chez les animaux).
Les graisses constituent la « première réserve » et sont mises en action principalement lorsque l’apport en glucides est épuisé. Cependant, dans les cellules musculaires squelettiques, en présence de glucose et d’acides gras, les acides gras sont préférés. Étant donné que les protéines remplissent un certain nombre d'autres fonctions importantes, elles ne sont utilisées qu'après avoir épuisé toutes les réserves de glucides et de graisses, par exemple lors d'un jeûne prolongé.
Étapes du métabolisme énergétique : Le processus unifié du métabolisme énergétique peut être divisé en trois étapes successives :
Le premier est préparatoire. A ce stade, les substances organiques de haut poids moléculaire du cytoplasme, sous l'action d'enzymes appropriées, sont décomposées en petites molécules : protéines - en acides aminés, polysaccharides (amidon, glycogène) - en monosaccharides (glucose), graisses - en glycérol. et les acides gras, les acides nucléiques - en nucléotides, etc. .d. Durant cette étape, une petite quantité d’énergie est libérée et dissipée sous forme de chaleur.
Protéines + H 2 O = acide aminé + chaleur (se dissipe)
Graisses + H 2 O = glycérol + acides gras + chaleur
Polysaccharides + H 2 O = glucose + chaleur
Seconde phase - sans oxygène ou incomplète. Les substances formées au stade préparatoire - glucose, acides aminés, etc. - subissent une nouvelle dégradation enzymatique sans accès à l'oxygène. Un exemple est l’oxydation enzymatique du glucose (glycolyse), qui est l’une des principales sources d’énergie de toutes les cellules vivantes. Glycolyse- un processus en plusieurs étapes de dégradation du glucose dans des conditions anaérobies (sans oxygène) en acide pyruvique (PVA), puis en acides lactique, acétique, butyrique ou alcool éthylique, se produisant dans le cytoplasme de la cellule. Le glucose, sous l'influence d'enzymes, se décompose en deux molécules C 3 H 6 O 3 avec libération d'énergie. 60 % de cette énergie est dissipée sous forme de chaleur, 40 % sous forme d'ATP.
Le porteur d'électrons et de protons dans ces réactions redox est le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) et sa forme réduite NAD *H. Les produits de la glycolyse sont l'acide pyruvique, l'hydrogène sous forme de NADH et l'énergie sous forme d'ATP.
Avec différents types de fermentation, le sort ultérieur des produits de glycolyse est différent. Dans les cellules animales et dans de nombreuses bactéries, le PVK est réduit en acide lactique. La fermentation lactique bien connue (lors de l'élimination du lait, de la formation de crème sure, de kéfir, etc.) est provoquée par des champignons et des bactéries lactiques.
Lors de la fermentation alcoolique, les produits de la glycolyse sont l'alcool éthylique et le CO 2. Pour les autres micro-organismes, les produits de fermentation peuvent être de l'alcool butylique, de l'acétone, de l'acide acétique, etc.
Lors d'une fission sans oxygène, une partie de l'énergie libérée est dissipée sous forme de chaleur et une partie s'accumule dans les molécules d'ATP.
La troisième étape du métabolisme énergétique - l'étape de dégradation de l'oxygène, ou respiration aérobie, se produit dans les mitochondries. A ce stade, les enzymes de transfert d’électrons jouent un rôle important dans le processus d’oxydation. Les structures qui assurent le passage de la troisième étape sont appelées chaîne de transport d'électrons. La chaîne de transport d'électrons reçoit des molécules porteuses d'énergie qui ont reçu une charge énergétique lors de la deuxième étape de l'oxydation du glucose. Les électrons des molécules - vecteurs d'énergie, se déplacent par étapes le long des maillons d'une chaîne d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau inférieur. L'énergie libérée est dépensée pour charger les molécules d'ATP. Les électrons des molécules porteuses d’énergie, qui ont cédé de l’énergie pour « charger » l’ATP, se combinent finalement avec l’oxygène. En conséquence, de l’eau se forme. Dans la chaîne de transport des électrons, l’oxygène est le récepteur final des électrons. Ainsi, tous les êtres vivants ont besoin d’oxygène comme puits final d’électrons. L'oxygène fournit une différence de potentiel dans la chaîne de transport des électrons et, pour ainsi dire, attire les électrons des niveaux d'énergie élevés des molécules porteuses d'énergie vers son niveau d'énergie faible. En cours de route, des molécules d’ATP riches en énergie sont synthétisées. En conséquence, 36 ATP est formé au stade oxygène.
1. Au stade préparatoire du métabolisme énergétique,a) division des biopolymères en monomères
b) synthèse de protéines à partir d'acides aminés
c) synthèse de polysaccharides à partir de glucose et de fructose
d) dégradation du glucose en acide lactique
2. La dégradation des polysaccharides en monosaccharides dans la cellule se produit avec la participation d'enzymes
a) les lysosomes
b) les ribosomes
c) Complexe de Golgi
d) réticulum endoplasmique
3. Grâce au métabolisme énergétique, la cellule est alimentée
a) les protéines
b) les glucides
c) les lipides
d) Molécules d'ATP
4. Les réactions de dégradation des substances organiques dans la cellule se produisent avec
a) libération d'énergie
b) utiliser l'énergie solaire
c) la formation de biopolymères
d) réduction du dioxyde de carbone en glucides
5. La dégradation des lipides en glycérol et en acides gras se produit dans
a) étape préparatoire du métabolisme énergétique
b) le processus de glycolyse
c) étape oxygène du métabolisme énergétique
d) lors de l'échange plastique
Sélectionnez une réponse : a. mitochondries et plastes b. membrane plasmique c. substance nucléaire sans coque d. de nombreux gros lysosomes participent à l'entrée et au mouvement des substances dans la cellule. Sélectionnez une ou plusieurs réponses : a. réticulum endoplasmique b. ribosomes c. partie liquide du cytoplasme d. membrane plasmique e. Les centrioles du centre cellulaire Les ribosomes sont Sélectionnez une réponse : a. deux cylindres à membrane b. corps membraneux ronds c. complexe de microtubules d. deux sous-unités non membranaires. Une cellule végétale, contrairement à une cellule animale, a Choisissez une réponse : a. mitochondries B. plastes c. membrane plasmique d. Appareil de Golgi De grosses molécules de biopolymères pénètrent dans la cellule par la membrane Sélectionnez une réponse : a. par pinocytose b. par osmose c. par phagocytose d. par diffusion Lorsque la structure tertiaire et quaternaire des molécules protéiques de la cellule est perturbée, elles cessent de fonctionner. Choisissez une réponse : a. enzymes B. les glucides c. ATP d. lipides Texte de la question
Quelle est la relation entre le métabolisme plastique et énergétique ?
Sélectionnez une réponse : a. le métabolisme énergétique fournit de l’oxygène au plastique b. le métabolisme du plastique fournit des substances organiques pour l'énergie c. le métabolisme plastique fournit des molécules d'ATP pour l'énergie d. le métabolisme du plastique fournit des minéraux pour l’énergie
Combien de molécules d’ATP sont stockées pendant la glycolyse ?
Sélectionnez une réponse : a. 38 b. 36 ch. 4 j. 2
Les réactions de la phase sombre de la photosynthèse impliquent
Sélectionnez une réponse : a. oxygène moléculaire, chlorophylle et ADN b. dioxyde de carbone, ATP et NADPH2 c. eau, hydrogène et ARNt d. monoxyde de carbone, oxygène atomique et NADP+
La similitude entre la chimiosynthèse et la photosynthèse réside dans le fait que dans les deux processus
Sélectionnez une réponse : a. L'énergie solaire est utilisée pour former de la matière organique b. L'énergie libérée lors de l'oxydation des substances inorganiques est utilisée pour la formation de substances organiques c. les substances organiques sont formées à partir de substances inorganiques d. les mêmes produits métaboliques se forment
Les informations sur la séquence d'acides aminés dans une molécule protéique sont copiées dans le noyau d'une molécule d'ADN à l'autre.
Sélectionnez une réponse : a. ARNr b. ARNm c. ATP d. ARNt Quelle séquence reflète correctement le chemin de mise en œuvre de l'information génétique Sélectionnez une réponse : a. trait --> protéine --> ARNm --> gène --> ADN b. gène --> ADN --> trait --> protéine c. gène --> ARNm --> protéine --> trait d. ARNm --> gène --> protéine --> trait
L’ensemble des réactions chimiques dans une cellule est appelé
Sélectionnez une réponse : a. fermentation B. métabolisme c. chimiosynthèse d. photosynthèse
La signification biologique de la nutrition hétérotrophe est
Sélectionnez une réponse : a. consommation de composés inorganiques b. synthèse d'ADP et d'ATP c. obtenir des matériaux de construction et de l'énergie pour les cellules d. synthèse de composés organiques à partir de composés inorganiques
Tous les organismes vivants au cours de leur vie utilisent de l'énergie, qui est stockée dans des substances organiques créées à partir de substances inorganiques.
Sélectionnez une réponse : a. les plantes B. les animaux c. champignons d. virus
Pendant le processus d'échange plastique
Sélectionnez une réponse : a. les glucides plus complexes sont synthétisés à partir de glucides moins complexes b. les graisses sont converties en glycérol et en acides gras c. les protéines sont oxydées pour former du dioxyde de carbone, de l'eau et des substances contenant de l'azote d. l'énergie est libérée et l'ATP est synthétisée
Le principe de complémentarité sous-tend l’interaction
Sélectionnez une réponse : a. nucléotides et formation d'une molécule d'ADN double brin b. acides aminés et formation de la structure protéique primaire c. glucose et formation d'une molécule de polysaccharide fibreux d. glycérol et acides gras et formation d'une molécule de graisse
L’importance du métabolisme énergétique dans le métabolisme cellulaire est qu’il assure des réactions de synthèse
Sélectionnez une réponse : a. acides nucléiques b. vitamines c. enzymes d. Molécules d'ATP
La dégradation enzymatique du glucose sans oxygène est
Sélectionnez une réponse : a. échange de plastique b. glycolyse c. étape préparatoire de l'échange d. oxydation biologique
La dégradation des lipides en glycérol et en acides gras se produit dans
Sélectionnez une réponse : a. stade oxygène du métabolisme énergétique b. processus de glycolyse c. pendant l'échange plastique d. étape préparatoire du métabolisme énergétique
S'il vous plaît, aidez-moi à répondre aux tests1. La couche superficielle des cellules animales, constituée de glucides combinés à des protéines :
a) Complexe sous-membranaire
b) Plasmalemme
c) Glycocalyx
d) Pellicule
2. L'ensemble des caractéristiques du complexe chromosomique :
a) Génotype
b) Caryotype
c) Phénotype
d) Chromatine
3. Localisation de la synthèse des ribosomes dans la cellule :
a) Cytoplasme
b) réticulum endoplasmique
c) Noyau
d) Appareil de Golgi
5. La prophase 1 de la méiose diffère de la praphase de la mitose en ce sens qu'elle :
a) une plaque métaphasique apparaît
b) L'hélixisation de l'ADN se produit
c) le processus de traversée est en cours
d) la broche est formée
6. Le nombre de molécules d'ATP synthétisées au stade sans oxygène du métabolisme énergétique par molécule de glucose :
a)2
b)6
à 8
d) 38
7. Localisation de la synthèse protéique dans la cellule
a) cytoplasme
b) membranes du réticulum endoplasmique lisse
c) membranes du réticulum endoplasmique rugueux
d) Appareil de Golgi
8. Pour que le processus de photosynthèse se produise, les éléments suivants doivent être présents :
une lumière
b) molécules de dioxyde de carbone
c) molécules d'oxygène
d) molécules de chlorophylle
9. Organismes photosynthétiques :
a) les animaux
b) cyanobactéries
c) les plantes
d) algues bleu-vert
10. Le nombre de membranes qui composent la coque mitochondriale :
a) deux - externe et interne
b) un - externe
c) trois - externe, intermédiaire et interne
d) un - interne A) formation d'ATP ;
B) formation de sucre primaire et libération d'oxygène ;
B) transformation des leucoplastes en chromoplastes :
D) division des molécules d'eau sous l'influence de la lumière du soleil.
20) La disposition des chromosomes à l'équateur de la cellule se produit dans la phase suivante de la mitose :
A) prophase
B) anaphase
B) métaphase
D) télophase
21) Lors de la photosynthèse, l'oxygène se forme à partir d'une molécule :
A) glucose
B) lumière
B) l'eau
D) dioxyde de carbone
22) La séparation des centromères chromosomiques et la divergence des chromatides vers les pôles cellulaires se produisent au cours de l'étape suivante de la mitose :
A) anaphase
B) prophase
B) télophase
D) métaphase
Échange d'énergie(catabolisme, dissimilation) - un ensemble de réactions de dégradation des substances organiques, accompagnées de la libération d'énergie. L'énergie libérée lors de la dégradation des substances organiques n'est pas immédiatement utilisée par la cellule, mais est stockée sous forme d'ATP et d'autres composés à haute énergie. L'ATP est une source universelle d'énergie cellulaire. La synthèse de l'ATP se produit dans les cellules de tous les organismes par le processus de phosphorylation - l'ajout de phosphate inorganique à l'ADP.
U aérobique les organismes (vivant dans un environnement oxygéné) distinguent trois étapes du métabolisme énergétique : l'oxydation préparatoire, sans oxygène et l'oxydation de l'oxygène ; à anaérobie organismes (vivant dans un environnement sans oxygène) et aérobies en manque d'oxygène - deux étapes : oxydation préparatoire, sans oxygène.
Étape préparatoire
Il consiste en la décomposition enzymatique de substances organiques complexes en substances simples : molécules de protéines - en acides aminés, graisses - en glycérol et acides carboxyliques, glucides - en glucose, acides nucléiques - en nucléotides. La dégradation des composés organiques de haut poids moléculaire est réalisée soit par des enzymes du tractus gastro-intestinal, soit par des enzymes lysosomales. Toute l’énergie libérée dans ce cas est dissipée sous forme de chaleur. Les petites molécules organiques résultantes peuvent être utilisées comme « matériaux de construction » ou peuvent être davantage décomposées.
Oxydation anoxique, ou glycolyse
Cette étape consiste en une dégradation ultérieure des substances organiques formées au cours de la phase préparatoire, se produit dans le cytoplasme de la cellule et ne nécessite pas la présence d'oxygène. La principale source d’énergie de la cellule est le glucose. Le processus de dégradation incomplète du glucose sans oxygène - glycolyse.
La perte d’électrons est appelée oxydation, le gain est appelé réduction, tandis que le donneur d’électrons est oxydé et l’accepteur est réduit.
Il convient de noter que l'oxydation biologique dans les cellules peut se produire à la fois avec la participation de l'oxygène :
A + O 2 → AO 2,
et sans sa participation, en raison du transfert d'atomes d'hydrogène d'une substance à une autre. Par exemple, la substance « A » est oxydée à cause de la substance « B » :
AN 2 + B → A + VN 2
ou en raison du transfert d'électrons, par exemple, le fer divalent est oxydé en ferrique :
Fe 2+ → Fe 3+ + e - .
La glycolyse est un processus complexe en plusieurs étapes qui comprend dix réactions. Au cours de ce processus, le glucose est déshydrogéné et le coenzyme NAD + (nicotinamide adénine dinucléotide) sert d'accepteur d'hydrogène. À la suite d'une chaîne de réactions enzymatiques, le glucose est converti en deux molécules d'acide pyruvique (PVA), avec un total de 2 molécules d'ATP et une forme réduite du transporteur d'hydrogène NADH 2 :
C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2.
Le devenir du PVC dépend de la présence d’oxygène dans la cellule. S'il n'y a pas d'oxygène, une fermentation alcoolique se produit dans les levures et les plantes, au cours de laquelle se forme d'abord de l'acétaldéhyde, puis de l'alcool éthylique :
- C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 COH,
- CH 3 FILS + NADH 2 → C 2 H 5 OH + NAD +.
Chez les animaux et certaines bactéries, en cas de manque d'oxygène, la fermentation lactique se produit avec formation d'acide lactique :
C 3 H 4 O 3 + NADH 2 → C 3 H 6 O 3 + NAD +.
À la suite de la glycolyse d'une molécule de glucose, 200 kJ sont libérés, dont 120 kJ sont dissipés sous forme de chaleur et 80 % sont stockés dans les liaisons ATP.
Oxydation de l'oxygène ou respiration
Il consiste en la dégradation complète de l'acide pyruvique, se produit dans les mitochondries et en présence obligatoire d'oxygène.
L'acide pyruvique est transporté vers les mitochondries (structure et fonctions des mitochondries - cours n°7). Ici, la déshydrogénation (élimination de l'hydrogène) et la décarboxylation (élimination du dioxyde de carbone) du PVC se produisent avec la formation d'un groupe acétyle à deux carbones, qui entre dans un cycle de réactions appelé réactions du cycle de Krebs. Une oxydation supplémentaire se produit, associée à la déshydrogénation et à la décarboxylation. En conséquence, pour chaque molécule de PVC détruite, trois molécules de CO 2 sont éliminées de la mitochondrie ; Cinq paires d'atomes d'hydrogène sont formées associées à des porteurs (4NAD·H 2, FAD·H 2), ainsi qu'une molécule d'ATP.
La réaction globale de glycolyse et de destruction du PVC dans les mitochondries en hydrogène et dioxyde de carbone est la suivante :
C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O → 6 CO 2 + 4 ATP + 12 H 2.
Deux molécules d'ATP se forment à la suite de la glycolyse, deux - dans le cycle de Krebs ; deux paires d'atomes d'hydrogène (2NADH2) se sont formées à la suite de la glycolyse, dix paires - dans le cycle de Krebs.
La dernière étape est l'oxydation de paires d'atomes d'hydrogène avec la participation de l'oxygène à l'eau avec phosphorylation simultanée de l'ADP en ATP. L'hydrogène est transféré vers trois grands complexes enzymatiques (flavoprotéines, coenzymes Q, cytochromes) de la chaîne respiratoire situés dans la membrane interne des mitochondries. Les électrons sont extraits de l'hydrogène, qui finissent par se combiner avec l'oxygène dans la matrice mitochondriale :
O 2 + e - → O 2 - .
Les protons sont pompés dans l’espace intermembranaire des mitochondries, dans le « réservoir de protons ». La membrane interne est imperméable aux ions hydrogène ; d'une part elle est chargée négativement (à cause de O 2 -), d'autre part - positivement (à cause de H +). Lorsque la différence de potentiel à travers la membrane interne atteint 200 mV, les protons traversent le canal enzymatique ATP synthétase, l'ATP se forme et la cytochrome oxydase catalyse la réduction de l'oxygène en eau. Ainsi, à la suite de l'oxydation de douze paires d'atomes d'hydrogène, 34 molécules d'ATP se forment.
