énergie

[invitec2368a79]

Bonjour,
Comme je suis biochimiste de formation, je serai intéressé par l'avis d'autres personnes à propos de" l'énergie cellulaire ". En effet la transformation des aliments ( glucides, lipides ) en énergie pose beaucoup de problèmes de compréhension pour les étudiants. Quels sont les étapes qui posent vraiment problème ? La glycolyse ? Le cycle de Krebs ? La chaine respiratoire ? La béta oxydation ? Les bilans énergétiques ?
Je serai ravi d'enrichir une discussion à propos du concept "énergie" et tous les problèmes qui peuvent en découler.
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[Geb]

Bonsoir belhamra,

Tout d'abord, je te souhaite la bienvenue sur les forums de Futura-Sciences.

Si je t'ai bien compris, tu te proposes de répondre aux questions éventuelles des étudiants au sujet de la transformation des aliments en énergie au sein d'une cellule vivante ?

N'est-ce pas le contraire qui se passe dans les faits ?

Un étudiant ou simplement un curieux, créera un nouveau fil de discussion pour discuter d'un problème particulier. Cela m'étonnerait que l'un d'entre eux prenne d'abord le temps de lire ta discussion en particulier avant d'y poser sa propre question au sujet de l'énergie. Il le fera plus probablement dans une discussion indépendante.

Personnellement, cela fait très peu de temps que je me passionne au sujet des différentes voies métaboliques du vivant. Aussi, ai-je raison de penser que TOUS les organismes multicellulaires utilisent l'oxygène comme accepteur final d'électron ? Ai-je raison de dire que l'oxygène moléculaire corresponde également à l'accepteur final qui fournisse le meilleur bilan énergétique parmis les accepteurs utilisables par la vie (ce qui exclue le fluor) ? Si oui, ne peut-on pas y voir une relation quelconque (les multicellulaires ont absolument besoin de ce surcroît d'énergie, sinon ils ne seraient jamais apparus) ? Je tiens à préciser que par organismes multicellulaires, je ne prend pas en compte les colonies d'organismes unicellulaires.

Aussi, je voudrais savoir si tu es favorable à l'idée que la voie acétyl-coenzyme A telle qu'elle est utilisée par les bactéries acétogènes et les archées méthanogènes représenterait la plus proche représentante de la première voie métabolique utilisée par le vivant ?

Cordialement.

[pierre.jouenne53]

Au niveau de la compréhension des étudiants, s'il y a un problème, je conseille de tout d'abord donner le principe de la réaction avant de se lancer dans des explications avec des noms assez compliqués d'enzymes. C'est intéressant de d'abord comprendre l'essence générale de la chaîne de réaction avant de voir son fonctionnement ... Tu peux donner plein de petites anecdotes intéressantes avant d'envoyer le lourd (tout l'armada de noms), comme par exemple dire que le NAD est le nom "barbare" de la vitamine PP ou encore expliquer le fonctionnement de la synthèse d'ATP dans la chaîne respiratoire est comparable à un gros courant d'air ou à une turbine de barrage (le trajet des ions H+ à travers la membrane mitochondriale et son utilisation)

J'espère avoir répondu à ta question

[pierre.jouenne53]

Si tu dois commencer un chapitre sur la respiration, commence par décrire simplement et à résumer quelles sont les finalités de chaque étapes. Pourrais-tu donner quelques exemples de mauvaise compréhension à résoudre ? C'est aussi sympa d'avoir un support visuel au niveau de la chaîne respiratoire et de le commenter en même temps. Tu peux utiliser cette animation : http://www.biologieenflash.net/anima...ref=bio-0053-2

Un petit schéma vaut mieux qu'un grand discours ...

Je te souhaite bon courage pour expliquer aux étudiants les principes de cette passionnante réaction. Ce qui m'énerve c'est qu'en seconde, on ne nous apprend que :
"C6H12O6 + 6O2 --> énergie + 6CO2 + 6H2O", sans rien nous expliquer, comme si tout était un coup de baguette magique. On n'a même pas vu ce qu'était l'ATP !

Enfin bref, salut !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geb]

J'espère avoir répondu à ta question

Et moi j'ai bien peur de n'avoir rien compris à la question de belhamra. Je m'en excuse sincèrement.

C'est aussi sympa d'avoir un support visuel au niveau de la chaîne respiratoire et de le commenter en même temps. Tu peux utiliser cette animation : http://www.biologieenflash.net/anima...ref=bio-0053-2

Tiens... voilà qui est intéressant. Je vais le mettre dans mes favoris.

Cordialement.

[pierre.jouenne53]

De rien ... au fait, si vous avez du temps à perdre, venez répondre à ma question (oui, celle qui est avant mon long monologue ...) sur la structure de l'ADN.
La discussion s'appelle "structure tertiaire ADN". Si vous n'y connaissez rien, tant pis, mais j'aimerais quand un début de commencement d'indice de piste de réflexion ...
Au fait, si vous trouvez que la question n'a pas lieu d'être, dites-le moi ...

@+

[invitec2368a79]

Bonjour Geb,
tout d'abord je vous remercie et tous les autres participants à ce forum.
- Pour le participant qui a dit ne pas avoir compris ma question : en créant ce forum avec le thème "énergie cellulaire", je voulais tout simplement inviter d'autres personnes à débattre sur un concept, en l’occurrence "énergie". En effet, d'après ma modeste expérience( une vingtaine d'année en tant qu'enseignant de Biochimie) je voulais échanger des idées avec d'autres collègues et étudiants à propos des échanges énergétiques de la cellule vivante : métabolisme énergétique, transfert des électrons dans la mitochondrie, glycolyse, bioénergétique.....J'ai remarqué que beaucoup d'étudiants expriment le besoin de plus d'éclaircissements quant aux programmes enseignés. J'attends avec impatience des questions dans ce sens par nos étudiants et autres personnes intéressés par ce thème ! Je serais ravi d'apporter mon aide (si je peux) avec d'autres collègues de ce forum.
- Je suis d'accord avec vous Geb. Moi aussi je pense que l'oxygène, qui joue le rôle d'accepteur final des électrons des différentes molécules énergétiques (glucides, lipides...), a fait que chez les êtres pluricellulaires, le rendement des oxydations est grand. Je pense aussi que c'est le fruit d'une lointaine évolution dans le temps ! nos ancêtres, les bactéries anaérobies, ne connaissaient pas encore cette molécule d'oxygène ! l'évolution a permis d'améliorer le rendement énergétique de nos cellules en intégrant dans le processus l'Accepteur Oxygène. Je crois aussi que c'est une question d'électronégativité de cette molécule !!!
- pour ne pas être trop long, je pense qu'en abordant le Métabolisme énergétique en terme de transfert des électrons, les phénomènes biochimiques seraient beaucoup plus simple et compréhensifs. Qu'en pensez-vous ?

[invitec2368a79]

Bonjour Geb,
tout d'abord je vous remercie et tous les autres participants à ce forum.
- Pour le participant qui a dit ne pas avoir compris ma question : en créant ce forum avec le thème "énergie cellulaire", je voulais tout simplement inviter d'autres personnes à débattre sur un concept, en l’occurrence "énergie". En effet, d'après ma modeste expérience( une vingtaine d'année en tant qu'enseignant de Biochimie) je voulais échanger des idées avec d'autres collègues et étudiants à propos des échanges énergétiques de la cellule vivante : métabolisme énergétique, transfert des électrons dans la mitochondrie, glycolyse, bioénergétique.....J'ai remarqué que beaucoup d'étudiants expriment le besoin de plus d'éclaircissements quant aux programmes enseignés. J'attends avec impatience des questions dans ce sens par nos étudiants et autres personnes intéressés par ce thème ! Je serais ravi d'apporter mon aide (si je peux) avec d'autres collègues de ce forum.
- Je suis d'accord avec vous Geb. Moi aussi je pense que l'oxygène, qui joue le rôle d'accepteur final des électrons des différentes molécules énergétiques (glucides, lipides...), a fait que chez les êtres pluricellulaires, le rendement des oxydations est grand. Je pense aussi que c'est le fruit d'une lointaine évolution dans le temps ! nos ancêtres, les bactéries anaérobies, ne connaissaient pas encore cette molécule d'oxygène ! l'évolution a permis d'améliorer le rendement énergétique de nos cellules en intégrant dans le processus l'Accepteur Oxygène. Je crois aussi que c'est une question d'électronégativité de cette molécule !!!
- pour ne pas être trop long, je pense qu'en abordant le Métabolisme énergétique en terme de transfert des électrons, les phénomènes biochimiques seraient beaucoup plus simple et compréhensifs. Qu'en pensez-vous ?

[invitec2368a79]

Bonsoir Gib,
J'ai oublié de vous répondre sur votre question à propos de " la voie acétyl-coenzyme A telle qu'elle est utilisée par les bactéries acétogènes et les archées méthanogènes" ! A mon avis les bactéries acétogènes non syntrophes, dont le métabolisme est majoritairement orienté vers la production d’acétate, utilisent l’hydrogène et le dioxyde de carbone pour produire de l'acétate. Elles ne semblent pas entrer en compétition pour l’hydrogène avec les Archaea méthanogènes hydrogénotrophes et sont présentes en quantité beaucoup plus faible dans les biotopes anaérobies. Cette voie biosynthétique d'Acétyl-CoA serait la première voie métabolique d'exploitation énergétique qu'a connu la vie. Dans un premier temps il n'y avait que les bactéries productrices obligées d’hydrogène, anaérobies strictes ( Obligate Hydrogen Producing Acetogens ) capables de produire de l’acétate et de l’H2 à partir des métabolites réduits issus de l’acidogenèse tels que le propionate et le butyrate. Pour ce qui est des pluricellulaire (aérobies), ils sont apparu beaucoup plus tard, mais effectivement ils ont gardé de leur capacité "archaïque" de produire de l'acétate en anaérobie (glucose transformé par glycolyse en pyruvate puis en acétyl-CoA). Ceci explique à mon avis la place centrale qu'occupe la production d'acétyl-CoA dans le métabolisme énergétique des cellules vivantes.
Belhamra

[Geb]

Bonjour,

Je te remercie belhamra pour ces promptes réponses.

Moi aussi je pense que l'oxygène, qui joue le rôle d'accepteur final des électrons des différentes molécules énergétiques (glucides, lipides...), a fait que chez les êtres pluricellulaires, le rendement des oxydations est grand.

Personnellement, je ne disais pas seulement que "l'oxygène a fait que chez les êtres pluricellulaires, le rendement des oxydations est grand". Je me demandais si ce surcroît d'énergie n'a pas permis l'apparition des organismes pluricellulaires. Autrement dit, j'ai l'impression que sans oxygène moléculaire dans l'atmosphère (et en dissolution dans l'eau), pas d'organismes pluricellulaires.

je pense qu'en abordant le Métabolisme énergétique en terme de transfert des électrons, les phénomènes biochimiques seraient beaucoup plus simple et compréhensifs. Qu'en pensez-vous ?

Je pense que tu devrais le plus possible faire appelle à la chimie et à la thermodynamique. Par exemple, dans Martin & Russell (2003) :

[…] if we look beyond the diversity of the genetic system and consider the diversity of metabolic pathways that prokaryotes use to synthesize the ATP that is the backbone of their survival, then we are faced with the more than 150 different redox reactions involving inorganic donors and acceptors used by the thermophilic prokaryotes alone for their core energy metabolism (Amend & Shock 2001) versus the complete diversity of eukaryotic energy metabolism, which does not comprise more than one single pathway of glucose oxidation to pyruvate and three basic metabolic pathways of subsequent pyruvate metabolism (Martin & Müller 1998). The full diversity of eukaryotic energy metabolism, including the diversity of enzymes catalysing the individual steps (figure 1), does not exceed that of a single, generalist a-proteobacterium.

En matière de métabolisme, le domaine entier des eucaryotes n'est pas plus diversifié qu'une seule alpha-protéobactérie.

Je sais que ces découvertes n'ont parfois qu'une quinzaine d'années, mais pourquoi n'enseigne t-on pas la biochimie d'une manière évolutive ? On pourrait classer les réactions d'oxydoréduction en matière d'enthalpie de réaction par exemple, non ?

Je trouve également qu'on devrait souligner plus souvent l'importance de l'équipement enzymatique contenant des clusters métalliques (les métallo-enzymes, environ 40% des enzymes connues). J'ai appris que les clusters Fe-S avaient des propriétés catalytiques importantes et que grâce à cela, ils auraient pu jouer un rôle primordial dans les premiers métabolismes, y compris les ribonucléotide réductases de type III, qui permettent la synthèse de l'ADN !

En outre, j'étais étonné de ne pas trouver une liste complète de tous les accepteurs d'électrons utilisés par le vivant. J'ai dû les chercher un par un et je n'en ai trouvé qu'une vingtaine. Je trouve étrange que des gens n'essayent pas de classer les êtres vivants par enthalpie de réaction par exemple. On sait que dans les réactions où l'oxygène moléculaire entre en jeu, l'enthalpie de réaction sera supérieure et à l'exception des colonies de procaryotes, les organismes multicellulaires sont, à ma connaissance, tous aérobies.

D'une manière générale, j'aurais tendance à croire que plus les réactions chimiques d'un organismes sont exergoniques, plus l'organisme peut effectuer un travail biochimique important, ce qui en retour permet une évolution plus importante dudit organisme vers la complexité.

Qu'en pensez-vous ?

Cordialement.

[invitec2368a79]

Bonsoir Geb,
J'ai lu avec beaucoup d'intérêt votre réponse. On y sent le spécialiste et "l'amoureux" des procaryotes ! Je suis d'accord avec vous sur le rôle important joué par l'oxygène et l'eau dans l'apparition des pluricellulaires mais je ne pense pas que ça soit les seuls facteurs ( les enzymes entre autres,, à mon avis, ont aussi joué un rôle dans cette histoire ! notamment les ribozymes.
Dans mon cours de Biochimie métabolique, je commence toujours (et ceci pour tous les niveaux des étudiants) par un rappel de l'atome, de la molécule, des liaisons chimiques, des énergies de liaison ........). J'ai remarqué que les étudiants sont plus à l'aise par la suite et suivent plus facilement les transformations métaboliques cellulaires ! Donc je suis tout à fait d'accord avec vous pour les rappels de chimie, d'enzymologie et de thermodynamique.
Quand vous dites :"En matière de métabolisme, le domaine entier des eucaryotes n'est pas plus diversifié qu'une seule alpha-protéobactérie", je ne suis pas de cet avis (c'est pour ça je vous ai qualifié de spécialiste et amoureux des procaryotes). En effet ce qui rajoute un "plus" dans la diversification des pluricellulaires c'est le phénomène de coopérativité entre-organes : cerveau, foie, pancréas, intestin..... Les régulations des voies métaboliques sont basées en grande partie sur cette compartimentation ( rôle des hormones )! Sans oublier aussi le rôle joué par le système immunitaire. Donc vous voyez que pour moi l'évolution n'a pas simplifié les choses pour les pluricellulaires ! De ce fait, cette "spécialisation cellulaire" est moins posée chez les procaryotes ! n'est-ce pas ?
Pour finir, je pense que vous allez un peu trop vite quand vous dites "l'organisme peut effectuer un travail biochimique important, ce qui en retour permet une évolution plus importante dudit organisme vers la complexité." Peut-être vous avez raison, mais à mon avis l'évolution est avant tout question de hasard et de mutation protéique qui à un moment donné on se retrouve avec une nouvelle enzyme qui orienterait les réactions chimiques vers de nouvelles voies métaboliques avec de nouveaux produits qui ne sont pas forcément plus complexes ! L'énergie des réactions jouerait dans ce cas précis un rôle non négligeable dans la formation de ces nouveaux produits. Autrement dit l'évolution ne mène pas toujours vers "le plus compliqué" ce qui rejoint l'idée comme vous dites qu'un Homme n'est pas forcément plus diversifié qu'une Bactérie !
Sincèrement, Belhamra