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Les principes métaboliques

 

Dernière mise à jour : 2021.11.19

 

Sommaire :

La loi balance

 

Le principe de catalyse

 

La notion de conservation

Contenu :

           

La loi balance :

 

Chaque organisme répond à la loi balance :

ΔX = ΔeX + ΔiX

Le "e" est lié à l' "exchange" (l'échange net) avec l'environnement et le "i" à la production interne.

 

La BALANCE :

 

le total disponible = la partie importée (exogène) + la partie produite par l'organisme (endogène).

 

lorsque p. ex. des phospholipides sont nécessaires pour la synthèse de membranes, l'organisme peut importer des phospholipides (terme ΔeX positif) ou les synthétiser lui-même (terme ΔiX positif).

L'organisme contient d'innombrables substances différentes, indispensables pour son bon fonctionnement. L'alimentation ne contient jamais tous les éléments nécessaires et certainement pas en quantités souhaitées. Pour la plupart des matières, l'organisme doit donc d'abord importer (ΔeX ) et ensuite synthétiser les matières suivant ses besoins (ΔiX ).

En effet, l'organisme est capable de décomposer la plupart des substances d'origine alimentaire via des réactions de dégradations moléculaires en éléments de base (catabolisme), permettant la synthèse endogène de tous les métabolites chimiques essentiels (anabolisme), excepté des substances, telles que certaines vitamines et quelques acides aminés.

 

Lorsque l'organisme est en balance (steady state), donc lorsque l'apport net via des processus métaboliques est égal à la partie cédée à la cellule ou après transport au monde extérieur, il résulte que :

 

ΔiX = - ΔeX

 

        • une glycolyse en steady state produit autant de pyruvate qu'elle en cède et convertit autant de glucose que l'organisme en a absorbé net. Lorsque trop peu de glucose est absorbé, une partie du glycogène doit être consommée pour libérer du glucose.

 

        • lorsque l'état de réduction de l'alimentation est plus élevé (= qui contient plus d'électrons par atome de carbone) que celui de l'organisme, l'organisme ne pourra fonctionner qu'en réduisant d'autres substances (donc en cédant des électrons) et en les éliminant ensuite.

 

 Le maintien de cette balance est crucial, en particulier pour l'ATP et le NADH, étant donné leur rôle métabolique très important.

 

Voir aussi : "Gestion énergétique, métabolisme énergétique".

 

           

  Le principe de catalyse :

 

Les réactions chimiques qui se déroulent spontanément, suivent bien la bonne direction mais sont trop lentes. Chaque réaction biochimique importante pour l'organisme est donc accélérée (catalysée) par une protéine, le catalysateur. Cette protéine est appelée "enzyme". Les réactions chimiques ne concernent que les changements de liaisons entre les atomes : la rupture ou la formation de liaisons covalentes.

Les enzymes peuvent accélérer des réactions, mais sont incapables d'inverser sa direction spontanée. Au bout de la réaction, l'enzyme est à nouveau dans son état de départ, prête à intervenir dans une conversion suivante.

 

Voir aussi : "Enzymes, influence sur la vitesse de la réaction".

 

Lors de la catalyse, les composants peuvent être convertis en éléments. A partir de ces éléments, des innombrables compositions biochimiques sont possibles. Beaucoup d'éléments ne sont pas stables en tant que tels mais uniquement sous forme diatomique (p.ex. H2, O2, N2) ou comme ions (p. ex. K+, Cl-).

La chimie (et donc aussi la biochimie) permet la conversion de réactifs en produits, mais elle ne permet pas les transformations des éléments eux-mêmes (uniquement possible dans la physique nucléaire). Cela signifie que chaque élément doit être suffisamment absorbé via l'alimentation. Idem pour les vitamines.

 

           

  La notion de conservation :

 

En état d'équilibre, une voie métabolique (catabolique ou anabolique) ne perd rien et ne crée rien ; une voie métabolique transforme uniquement : c'est la notion de conservation des éléments (tels des atomes de carbone, d'oxygène, ou d'azote), de la masse, ou du nombre d'électrons lors d'une réaction chimique.

 

Appliqué à des processus anaboliques ou cataboliques, les quantités de matière restent les mêmes au fil de la réaction : le nombre d'atomes de carbone dans les produits doit être égal au nombre dans les réactifs (substrats) d'une réaction chimique. Ainsi pour l'azote. Idem pour le nombre d'électrons. Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme! (Loi de Lavoisier).

 

Lorsque les nombres ne correspondent pas, la balance doit être équilibrée par l'ajout (ou l'évacuation) des espèces. Cette notion de conservation ne concerne donc pas les compositions chimiques mais uniquement ces espèces (ions, électrons, masse, ...).

 

Seulement la grandeur physique "énergie" forme un cas particulier : ici, la notion de conservation n'est pas d'application. En effet, les réactions biochimiques sont toujours accompagnées d'une perte d'énergie. En état d'équilibre (steady state), il y a toujours plus d'énergie investie qu'obtenue afin de compenser cette perte!

 

Les grandeurs "éléments", "électrons" et "énergie" ne peuvent pas exister sous forme dissoute dans l'eau. Elles sont donc fixées sur des porteurs.

 

    • lorsqu'une grandeur est en trop, elle est fixée sur une molécule porteuse.

    • lorsqu'une grandeur est nécessaire (dans une réaction anabolique), elle est libérée de son porteur.

 

Les porteurs transmettent leur charge d'une enzyme à l'autre, d'où  leur appellation : coenzymes.

 

 

Des porteurs et leur charge:

 

    • électron :

      • NAD+ ---> + proton ---> NADH + H+

      • FAD ---> + proton --->FADH2

      • NADP+ ---> + proton --->NADPH + H+

 

    • carbone :

      •  ---> + pyruvate ---> pyruvate

      • HSCoA ---> + acétyl ---> AcétylCoA (porteur d'acétyl)

 

    • azote :

      • 2 oxo-glutarate ---> + NH2 ---> glutamate

      • glutamate (= acide glutamique, Glu) ---> + NH2 ---> glutamine (Gln)

 

Les différentes routes cataboliques fournissent différentes grandeurs fixées sur porteur :

 

 

 

 

 

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