Les réactions d'oxydoréduction

Dernière mise à jour : 2022.2.11

Chaque cellule vivante a besoin d'énergie pour rester en vie. La production de cette énergie est possible par l'intermédiaire de la glycolyse ou par oxydation. Cette combustion se déroule à l'aide de processus d'oxydations et de réductions, le mécanisme d'oxydoréduction.

Sommaire :

Le principe d'oxydoréduction

Le mécanisme d'oxydoréduction

Les coenzymes impliqués dans le transport des électrons

Sans oxydation, aucune vie n'est possible

Côté pratique

Contenu :

Principe d'oxydoréduction :

Eléments :

- Les éléments situés à gauche du "Système Périodique" (p. ex. l'hydrogène et les métaux) sont électropositifs : ils préfèrent perdre des électrons.
- Les éléments situés à droite (Cl, F, O...) sont électronégatifs : ils préfèrent accepter des électrons.

L'hydrogène préfère donc perdre un électron, l'oxygène accepter un électron!

Le carbone se situe au milieu et préfère donc recevoir des électrons d'hydrogène et céder des électrons à l'oxygène.

Composés :

L'atome de carbone du groupement terminal -CH₃ (comme dans l'éthane), du groupement alcool terminal (-CH₂OH, comme dans l'alcool), du groupement aldéhyde terminal (-CH=O comme dans l'acétaldéhyde) et du groupement carboxyle terminal (-COOH, comme dans l'acide acétique) présente un état d'oxydation de resp. 3-, 1-, 1+ et 3+.

Les réactions qui permettent des flux d'électrons vers l'oxygène dégagent beaucoup d'énergie. Les composés possédant un atome de carbone avec un état d'oxydation élevé ou égal à 0 préfèrent donc céder des électrons à l'oxygène ou à un autre accepteur d'électrons électropositif.

Une route catabolique qui apporte beaucoup d'énergie est l'oxydation totale jusqu'à formation du CO₂ (oxydation maximale : état d'oxydoréduction 4+) d'un atome de carbone dans un composé réduit.

Exemple :

L'oxydation du carbone dans des composés se déroule à l'aide d'enzymes, des déshydrogénases, qui transfèrent 2 protons (H⁺) de la molécule. Chaque coenzyme NAD⁺ (porteur d'électrons) fixe réversiblement un ion H⁺ et un électron avec formation de NADH + H⁺. Ce dernier délivre ensuite ses 2 électrons à une chaîne de porteurs d'oxydoréduction dans l'intérieur de la membrane mitochondriale. Cette chaîne transporte les électrons vers l'accepteur terminal d'électrons, l'oxygène moléculaire.

Ce processus est couplé à un transfert transmembranaire de protons.

Cette enchaînement est appelé "respiration". Lors de la "respiration", l'énergie des oxydoréductions est extraite par conversion dans un gradient électrochimique de protons via la chaîne de transport des électrons (la chaîne respiratoire).

Voir aussi "La chaîne respiratoire".

Mécanisme d'oxydoréduction :

L'atome est composé d'un noyau positif avec un nuage d'électrons autour. Il peut être possible d'y ajouter des électrons (cette action est appelée paradoxalement "réduction") ou de capter des électrons (cette action s'appelle oxydation, bien que l'intervention de l'oxygène ne soit pas obligatoire).

La réduction et l'oxydation sont des réactions concomitantes et généralement réversibles : une réaction d'oxydoréduction est une réaction entre molécules et/ou ions avec échange d'électrons.

(lors d'une réaction chimique, les électrons sont arrachés à un atome pour être placés sur une orbitale électronique d'un autre atome. De cette manière, rien n'est jamais cassé ou créé lors d'une réaction chimique, tout est simplement restructuré).

1. - lors de la réduction : gaine d'électrons (avec acceptation de H ou perte de O):

Exemple d'une réduction : H₂O₂ + 2 H⁺ + 2 e^- ---> 2 H₂0

1. - lors de l'oxydation : perte d'électrons (avec perte de H ou acceptation de O) :

Exemple d'une oxydation : H₂O₂ ---> + 2 H⁺ + 2 e^- + O₂

Exemple :

1. 1. 1. - l'acide ascorbique = acide L-ascorbique (vitamine C) : est la forme réduite = la forme active.
      - l'acide déshydro-ascorbique : est la forme oxydée (en perdant 2 électrons ( et 2 H)).

La vitamine C peut intervenir dans la réduction d'une autre substance métabolique. Lors de cette réaction, la vitamine C est oxydée elle-même. Elle est un réducteur.

1. - Un réducteur concerne donc toujours une forme réduite, qui peut être oxydée, en perdant un ou des électrons (ou qui peut, lors de son oxydation, céder un ou des protons (H) ou accepter de l'oxygène (O)).

1. - Un oxydant concerne donc une forme oxydée, pouvant accepter des électrons (ou qui peut, lors de sa réduction, accepter des protons (H) ou perdre de l'oxygène (O)).

Dans des processus de vie, l'énergie est stockée et convertie dans des réactions d'oxydoréduction. Lors de la photosynthèse, le CO₂ est réduit en sucre et l'eau est oxydée en O₂ . Durant les étapes intermédiaires, la nicotinamide-adénine-dinucléotide (NAD⁺) est réduite, formant un gradient de protons qui renforce la synthèse d'ATP.

Comme la vitamine C, le NADH + H⁺ concerne la forme réduite, et active d'une vitamine, la vitamine B3 (nicotinamide, niacine).

Les vitamines hydrosolubles sont souvent des précurseurs de coenzymes, certaines vitamines sont déjà un coenzyme.

Les coenzymes sont des composés avec un poids moléculaire (PM) assez faible, qui traversent, contrairement aux protéines, facilement la membrane cellulaire Pour l'activité de l'enzyme, le coenzyme est un facteur indispensable, capable de s'associer à la partie protéique de l'enzyme.

Le type de réaction biochimique catalysée par l'enzyme dépend du coenzyme (oxydation-réduction, hydrolyse...) (voir également "Enzymes"). D'autre part, la partie protéique détermine la spécificité du substrat : elle décide donc quelles substances peuvent être métabolisées ou non (glucose, acide gras, acide aminé...) (spécificité).

De cette manière, à partir du pyruvate (glycolyse), l'oxaloacétate (du cycle de l'acide citrique dans la mitochondrie) est, d'un côté de la membrane, réduit par le NADH + H⁺, porteur d'électrons, traverse ensuite la membrane dans son état réduit pour être réoxydé de l'autre côté de la membrane (dans le cytosol), en cédant des électrons au NAD⁺ pour reformer le NADH + H⁺. La molécule oxydée, éventuellement après d'autres conversions (p.ex. d'oxaloacétate vers aspartate), est retransformée en oxaloacétate, régénérant un NAD⁺ , avant de repasser la membrane mitochondriale.

Le résultat net de ce processus est un transfert membranaire de 2 électrons.

Note :

Le couple NAD⁺/NADH + H⁺ se trouve donc des deux côtés de la membrane mitochondriale bien que les rapports soient différents. En effet, la membrane mitochondriale intérieure n'est pas perméable à ces substances. Pour cette raison, le potentiel rédox peut varier entre le cytosol et la matrice mitochondriale interne.

Les coenzymes impliqués dans le transport des électrons :

Ce sont tous des porteurs d'électrons.

Ils existent sous deux formes : une forme oxydée et une forme réduite.

Ces deux formes existent l'une à côté de l'autre suivant le principe :

porteur oxydé A + 2 H⁺ + 2e^- ---> porteur réduit

porteur réduit ---> porteur oxydé B + 2H⁺ + 2e^-

en ensuite :

porteur réduit X + O ---> porteur oxydé + H₂O

P. ex. :

Forme oxydée / réduite :

NAD⁺ / NADH + H⁺

1. - = Nicotinamide Adénine Dinucléotide : 2 x nucléotide (= base + sucre + groupement phosphate)

1. 1. - Adénine - Ribose - P - O - P - Ribose - Nicotinamide.
    - La Nicotinamide (niacine, vit B3) est formée à partir du tryptophane, un acide aminé essentiel, et fixée ensuite sur une molécule d'ADP (adénosine di-phosphate).

FAD⁺ / FADH₂

1. - Flavine Adénine Dinucléotide : 2 x nucléotide (= base + sucre + phosphate)

1. 1. - Adénine - Ribose - P - O - P - ribityl - Flavine.

GSSH / GSH

1. - Synthétisé à partir du GSH (Glutathion réduit), une tripeptide, composée à partir des acides aminés la glutamine, la cystéine et la glycine (Glu-Cys-Gly).

Q10 / QH₂

1. - L'ubiquinone ou Coenzyme Q10 n'est pas un antioxydant; il le devient après avoir été réduit en QH₂ (Ubiquinol ou Hydroquinone) dans l'organisme.

---> le NADH joue ici un rôle essentiel comme coenzyme.

Sans oxydation, aucune vie n'est possible :

Dans l'organisme, l'oxygène (O₂) est réduit en acceptant des protons et des électrons pour former le H₂O₂ (peroxyde d'hydrogène). Ce produit intermédiaire est ensuite réduit en H₂O et en radical oxygène (O^-) et ensuite en radical hydroxyle ( ^-OH) (dans tous les processus d'inflammation). Une réduction supplémentaire entraîne la formation d'H₂O :

OH^- + e^- + H⁺ ---> H₂O.

Une réduction d'oxygène s'accompagne toujours d'une oxydation d'un autre corps ET d'une formation de radicaux libres.

L'apparition de fuites d'oxygène durant les processus métaboliques sont inévitables. L'organisme est capable d'y remédier via des mécanismes de défense, basés sur l'action des enzymes la superoxydase dismutase (SOD), la catalase et la glutathion peroxydase.

- les radicaux libres endogènes non neutralisés d'oxygène et d'azote sont impliqués dans le développement d'un nombre de maladies neurodégénératives, d'artériosclérose et de cancer.

- dans tous les cas, les radicaux libres sont nuisibles pour l'organisme (agressifs) et contribuent au vieillissement accéléré de la cellule.

Leur effet nuisible peut être contré par l'action des antioxydants (= réducteurs).

Les antioxydants les plus connus sont : la vitamine C naturelle (= réduite), la vitamine E naturelle et le GSH : ce sont des antioxydants à action directe. De tels antioxydants limitent l'action des radicaux libres en les captant.

Note :

On ajoute également des antioxydants à l'alimentation afin de la garder fraîche plus longtemps. En effet, les aliments frais sont toujours réduits!

Ceci est important :

Pour pouvoir nous fournir de l'énergie, l'oxydation des aliments doit encore être possible.

Glucose + oxygène ---> eau + dioxyde de carbone + énergie

C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂ ---> H₂O + 6 CO₂ + énergie (pour le mouvement, le maintien de la température corporelle...)

---> Pour empêcher l'oxydation des aliments, des antioxydants sont ajoutés.

Néanmoins :

Plus le taux d'antioxydants (naturels ou ajoutés) est élevé dans l'alimentation, plus sa fraîcheur est assurée (l'importance des aliments crus!).

A l'inverse de l'être humain, les plantes sont capables de réduire à nouveau, à l'aide de l'énergie solaire, le CO₂ (+ H₂O) en C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂

La présence de nitrites et de nitrates, dans les aliments et dans l'eau, peut induire des réaction d'oxydation :

De cette façon, le Fe²⁺, présent dans la viande animalière mais également dans l'hémoglobine humaine, peut être oxydé en Fe³⁺ : avec génération de radicaux libres et de methémoglobine.

En général, dans l'organisme, les composants alimentaires sont dégradés (métabolisés) par oxydation en entités plus petites (catabolisme) , lesquelles à leur tour, le plus souvent par réduction, sont utilisées par l'organisme lors de la création de composants utiles (anabolisme).

Côté pratique :

Dans l'organisme, l'oxydation doit être optimale afin de puiser dans les aliments le maximum d'énergie :

- aliments frais (réduits)
- respiration correcte (ventre)
- qualité et pureté d'air
- excellent transport et fixation d'oxygène (poumons, hémoglobine, sang...)
- alimentation riche en Fe
- les vitamines B9 et B12 pour la synthèse d'hémoglobine (Hb)
- réserve suffisante de piégeurs de radicaux libres (éventuellement avec des suppléments d'antioxydants)
- efforts physiques suffisants : meilleure oxygénation des tissus

Le facteur d'oxydo-réduction rH2 indique pour un pH donné, les facultés réductrices ou oxydantes d'un milieu. L'echelle de rH2 va de 0 à 42, avec la neutralité à 28.

- un milieu est réducteur si le rH2 est inférieur à 28
- un milieu est oxydé si le rH2 est supérieur à 28

Le milieu acide-réducteur (rH2 < 28, pH < 7) est favorable à la création et au développement de la vie. Les aliments vitalisantes doivent se situer dans ce milieu acide et réducteur. On y trouve aussi la fermentation, les produits lacto-fermentées, les graines germées, les enzymes, les vitamines naturelles et les aliments au goût amer. Il comporte beaucoup de protons et beaucoup d'électrons.

Le milieu acide-oxydé (rH2 > 28, pH < 7) est favorable aux champignons, mycoses et antibiotiques. C'est le milieu des produits au goût aigre et des aliments dévitalisés (oxydés), comme les aliments cuits ou stérilisés. Il comporte beaucoup de protons et peu d'électrons.

Le milieu alcalin-oxydé (rH2 > 28, pH > 7) est favorable au virus et aux maladies de civilisation. C'est aussi celui du goût sucré, des vaccins, de l'alcool, de stress et des eaux traitées par des produits oxydants (eau de robinet). Il comporte peu de protons et peu d'électrons.

Le milieu alcalin-réducteur (rH2 < 28, pH > 7) est favorable à la putréfaction, au goût salé, aux eaux polluées favorables aux microbes pathogènes, aux maladies infectieuses à microbes pathogènes. Il comporte peu de protons et beaucoup d'électrons.

Pour corriger le terrain et retrouver la santé, on pourrait ainsi éliminer les éléments perturbateurs et adopter une hygiène de vie correcte :

- par une alimentation biologique vivante, riche en fruits et légumes crus (betteraves rouges, carottes, choux, radis, salades...) et lactofermentés (carottes, betteraves, céleri, choux verts, concombre...) : la production d'acide lactique aboutit à une acidification du milieu (jusqu'à pH 4) et à une inhibition du développement de germes pathogènes et de moisissures. Parmi les aliments lactofermentés connus : la choucroute, le levain, le saucisson, le yaourt, le fromage et, en Asie, les dérivés fermentés du soja : le miso, le tempeh, le shoyu, le tamari... Mais également : jus de légumes lacto-fermentés, kéfir, Kombucha, jus de pain de Kanne (Brottrunk)...

- par une consommation d'eau très peu minéralisée et une moindre consommation de protéines animales

- par une pratique quotidienne d'une activité physique et d'un relaxation.

Les éléments perturbateurs sont des facteurs susceptibles d'engendrer une oxydation de l'organisme (entraînant un rH2 supérieur à 28) et forment donc les causes réelles des mycoses. Ils sont donc à éviter :

- certains aliments : sucre raffiné, pain blanc, viennoiseries et pâtisserie industrielle, viandes trop grasses, huiles raffinées, levures, champignons.
- certaines boissons : eaux minérales, eau du robinet, boissons à base de jus de fruits, sodas, colas.
- le stress sous toutes ses formes, psychologique, électromagnétique, chimique, radioactive.
- un grand nombre de médicaments : antibiotiques, pilule contraceptive, corticoïdes, chimiothérapie anticancéreuse, la plupart des vaccins, transfusions sanguines.