Il existe différentes vois métaboliques :
– Le thermodynamisme
– L’énergie libre
Introduction aux enzymes
Vue d’ensemble: l’énergie de la vie
La cellule vivante est une usine chimique miniature où des milliers de réactions ont lieu. La cellule extrait de l’énergie et de l’énergie qu’elle va utiliser pour élaborer différentes réactions. Certains organisme convertissent même l’énergie en lumière: c’est la bioluminescence.
Organisation de la biochimie dans les voies métaboliques
Une voie métabolique commence par une molécule spécifique et se termine avec un produit. Chaque étape est catalysée par une enzyme. Certains voies métaboliques décomposent des molécules. Ces voies cataboliques libèrent de l’énergie en cassant les molécules complexes en des composés plus simples.
La respiration cellulaire, la dégradation du glucose en présence d’oxygène, est un exemple d’une voie de catabolisme. D’autres voies métaboliques créent des molécules. Ce sont les voies anaboliques qui consomment de l’énergie pour construire des molécules complexes. La synthèse des protéines à partir des acides aminés est un exemple d’anabolisme.
La bioénergétique est l’étude de la façon dont les organismes gèrent leurs ressources énergétiques. L’énergie est la capacité de provoquer un changement. L’énergie existe sous différentes formes dont certaines peuvent réaliser des travaux.
L’énergie cinétique est l’énergie associée au mouvement. La chaleur (énergie thermique) est l’énergie cinétique associée au mouvement aléatoire des atomes ou des molécules.
L’énergie potentielle est l’énergie que possède une matière en raison de son emplacement ou de sa structure. L’énergie chimique est l’énergie potentielle disponible et libérée lors d’une réaction chimique. L’énergie chimique peut être convertie d’une forme à une autre.
Les lois de la transformation de l’énergie
La thermodynamique est l’étude de la transformation. Un système d’énergie fermé, comme celui d’un liquide dans un thermos, est isolé de son environnement. Dans un système ouvert, de l’énergie et de la matière peuvent être transformées entre le système et son environnement. Les organismes sont des systèmes ouverts.
La première loi de la thermodynamique
Selon la première loi de la thermodynamique, l’énergie de l’univers est constante: l’énergie peut être transférée et transformée, mais elle ne peut être ni créée ni détruite. La première loi est aussi appelée le principe de conservation de l’énergie.
La deuxième loi de la thermodynamique
Lors de chaque transfert d’énergie ou de transformation, une partie de l’énergie est inutilisable et est souvent perdue sous forme de chaleur. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, chaque transfert d’énergie ou de transformation augmente l’entropie (désordre) de l’univers.
Les cellules vivantes convertissent inévitablement des formes structurées d’énergie en chaleur. Des process spontanés se produisent sans apport d’énergie, ils peuvent se produire rapidement ou lentement. Pour qu’un processus se produise sans apport d’énergie, il faut augmenter l’entropie de l’univers.
Ordre biologique et le désordre
Les cellules créent des structures ordonnées à partir de matériaux moins ordonnés. Les organismes remplacent aussi des formes ordonnées de la matière et de l’énergie avec des formes moins ordonnées. Les flux d’énergie pénètre dans un écosystème sous forme de lumière et sort sous la forme de chaleur. L’évolution augmente l’ordre dans les organismes au niveau local, mais augmente le désordre dans l’univers de sorte que la deuxième loi n’est pas violée.
Equilibre et métabolisme
La réaction dans un système fermé peut atteindre l’équilibre et ne pas marcher. Les cellules ne sont pas en équilibre, ce sont des systèmes ouverts avec un flux constant de matière. Un trait caractéristique de la vie est que le métabolisme n’est jamais en équilibre. Une voie catabolique dans une cellule libère de l’énergie libre dans une série de réactions. La variation d’énergie libre de réaction indique si oui ou non la réaction se produit spontanément.
Les biologistes veulent savoir quelles réactions se produisent spontanément et lesquelles nécessitent de l’énergie. Pour ce faire, ils ont besoin de déterminer les changements d’énergie qui se produisent dans les réactions chimiques.
L’énergie libre d’un système vivant est l’énergie qui est disponible pour faire le travail lorsque la température et la pression sont uniformes comme dans une cellule vivante.
Variation d’énergie libre (ΔG)
La variation d’énergie libre (ΔG) au cours d’un processus est lié à la variation d’enthalpie ou de variation de l’énergie totale (ΔH), variation d’entropie (ΔS) et de la température en Kelvin (T):
ΔG = ΔH – T ΔS
Seules les processus avec un Δg négatif sont spontanés. Les processus spontanés peuvent être exploitées pour effectuer un travail. Stabilité de l’énergie libre et de équilibre énergétique. L’énergie libre est une mesure de l’instabilité d’un système de sa tendance à passer à un état plus stable. Lors d’un changement spontané, l’énergie libre diminue et la stabilité d’un système augmente. L’équilibre est un état de stabilité maximale. Un processus est spontanée et ne peut effectuer un travail que lorsqu’il se déplace vers l’équilibre.