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1.14 : Réactions biochimiques - Biologie


Comprendre la chimie est essentiel pour bien comprendre la biologie. Pourquoi?

Une compréhension générale de la chimie est nécessaire pour comprendre la biologie. Essentiellement, nos cellules ne sont que des milliers de produits chimiques - constitués d'éléments comme le carbone, l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, le phosphore et le soufre - dans les bonnes combinaisons. Et ces produits chimiques se combinent par des réactions chimiques.

Réactions chimiques

L'élément chlore (Cl) est un poison verdâtre. Mangerais-tu du chlore ? Bien sûr que non, mais vous mangez souvent un composé contenant du chlore. En fait, vous mangez probablement ce composé chloré à peu près tous les jours. Savez vous ce que c'est? C'est du sel de table. Le sel de table est du chlorure de sodium (NaCl), qui se forme lorsque le chlore et le sodium (Na) se combinent dans certaines proportions. Comment le chlore, un produit chimique vert toxique, se transforme-t-il en sel de table blanc inoffensif ? Cela se produit dans une réaction chimique.

UNE réaction chimique est un processus qui transforme certaines substances chimiques en d'autres. Une substance qui déclenche une réaction chimique est appelée un réactif, et une substance qui se forme à la suite d'une réaction chimique est appelée un produit. Au cours d'une réaction chimique, les réactifs sont utilisés pour créer les produits.

Un exemple de réaction chimique est la combustion du méthane. Dans cette réaction chimique, les réactifs sont le méthane (CH4) et l'oxygène (O2), et les produits sont du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O). Une réaction chimique implique la rupture et la formation de liaisons chimiques. Lorsque le méthane brûle, des liaisons se brisent dans les molécules de méthane et d'oxygène, et de nouvelles liaisons se forment dans les molécules de dioxyde de carbone et d'eau.

Équations chimiques

Une réaction chimique peut être représentée par un équation chimique. Par exemple, la combustion du méthane peut être représentée par l'équation chimique

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

La flèche dans une équation chimique sépare les réactifs des produits et montre la direction dans laquelle la réaction se déroule. Si la réaction pouvait également se produire dans la direction opposée, deux flèches pointant dans des directions opposées seraient utilisées. Le chiffre 2 devant O2 et H2O montre que deux molécules d'oxygène et deux molécules d'eau sont impliquées dans la réaction. (Aucun chiffre devant un symbole chimique, une seule molécule est impliquée.)

Conservation de la matière

Dans une réaction chimique, la quantité de chaque élément ne change pas ; il y a la même quantité de chaque élément dans les produits que dans les réactifs. C'est parce que la matière est toujours conservée. La conservation de la matière se reflète dans l'équation chimique d'une réaction. Le même nombre d'atomes de chaque élément apparaît de chaque côté de la flèche. Par exemple, dans l'équation chimique ci-dessus, il y a quatre atomes d'hydrogène de chaque côté de la flèche. Pouvez-vous les trouver tous les quatre de chaque côté de l'équation?

Sommaire

  • Une réaction chimique est un processus qui transforme certaines substances chimiques en d'autres. Au cours d'une réaction chimique, les réactifs sont utilisés pour créer les produits.
  • Dans une réaction chimique, la matière est toujours conservée.

Revoir

  1. Définir une réaction chimique.
  2. Décrire les rôles des réactifs et des produits dans les réactions chimiques.
  3. Comment une équation chimique montre-t-elle que la matière est toujours conservée dans une réaction chimique ?
  4. Sachant que l'eau (H2O) se forme à partir d'hydrogène (H+) et l'oxygène (O2), écrivez une équation chimique pour la formation d'eau à partir de ces deux éléments.

Repenser la glycolyse : sur la logique biochimique des voies métaboliques

Les voies métaboliques peuvent sembler arbitraires et inutilement complexes. Dans de nombreux cas, un chimiste pourrait concevoir une voie plus simple pour la transformation biochimique, alors pourquoi la nature a-t-elle choisi des solutions aussi complexes ? Dans cette revue, nous distillons les leçons d'un siècle de recherche métabolique et introduisons de nouvelles observations suggérant que la structure complexe des voies métaboliques peut être expliquée par un petit ensemble de principes biochimiques. En utilisant la glycolyse comme exemple, nous démontrons comment trois contraintes biochimiques clés - la favorabilité thermodynamique, la disponibilité des mécanismes enzymatiques et les propriétés physico-chimiques des intermédiaires de la voie - éliminent les stratégies métaboliques par ailleurs plausibles. Compte tenu de ces contraintes, la glycolyse ne contient aucune étape inutile et représente l'une des très rares structures de voie qui répondent aux demandes cellulaires. L'analyse présentée ici peut être appliquée aux efforts d'ingénierie métabolique pour la conception rationnelle de voies qui produisent un produit souhaité tout en satisfaisant les contraintes biochimiques.


Exemples de réactions de condensation

Glycosylation

La réaction de glycosylation de base se produit lorsqu'une molécule avec un groupe glycosyle, comme un glucide, se fixe à un groupe fonctionnel sur une autre molécule. L'une des formes les plus importantes et les plus répandues de glycosylation dans la nature est appelée glycosylation liée à N, qui est un processus post-traductionnel essentiel au bon repliement des protéines, à la fixation matricielle entre les cellules et à la modulation de la fonction des protéines. Dans cette réaction de condensation, un oligosaccharide (molécule de sucre) connu sous le nom de glycane se lie à l'atome d'azote d'une molécule de protéine et produit une molécule d'eau dans le processus.

Phosphorylation

La phosphorylation est une réaction de condensation qui est importante pour le fonctionnement des sucres, des lipides et des protéines et est critique lorsqu'il s'agit de réguler la fonction des enzymes. L'une des réactions de phosphorylation les plus simples dans la nature est la phosphorylation du glucose qui est la première étape de la glycolyse. Lorsque le glucose est phosphorylé sur le 6e carbone par l'adénosine triphosphate (ATP) à l'aide de l'enzyme hexokinase, les sous-produits sont l'adénosine diphosphate (ADP) et l'acide phosphorique.

Synthèse de polypeptides et de polynucléotides

Les acides aminés peuvent se condenser en molécules polypeptidiques (protéines), libérant de l'eau comme sous-produit. De plus, l'ADN et l'ARN sont fabriqués par synthèse de polynucléotides, qui est également une réaction de condensation. Les polynucléotides se forment lorsque le groupe phosphate sur une molécule nucléotidique réagit avec le groupe hydroxyle sur le groupe hydrate de carbone d'un autre nucléotide. Au cours de cette réaction, une molécule d'eau se forme et se libère.

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L'image ci-dessus montre la synthèse de polynucléotides en utilisant le groupe amine (rouge) d'un acide aminé et le groupe carboxyle (rouge) d'un autre acide aminé. La réaction de condensation forme une molécule d'eau (bleu).

Nylon

Le nylon est un polymère de condensation artificiel, ce qui signifie que plusieurs unités moléculaires identiques sont attachées ensemble à l'aide d'une réaction de condensation. Le nylon 66, l'un des types de nylon les plus importants, est fabriqué à partir d'acide adipique et d'hexaméthylènediamine. Le polymère de nylon est formé en liant les groupes amine sur l'hexaméthylènediamine aux groupes acide carboxylique sur les molécules d'acide adipique selon un motif alterné. Le sous-produit de cette réaction de condensation est l'eau.

La forme la plus simple de nylon est le nylon 6 qui est fabriqué à partir de l'acide aminé 6-aminohexanoïque. De l'eau est également produite dans cette réaction de condensation. Une molécule d'hydrogène de l'extrémité amine de l'acide 6-aminohexanoïque se sépare et est jointe par le groupe hydroxyle du groupe acide carboxylique à l'autre extrémité d'une autre molécule d'acide 6-aminohexanoïque. Ensuite, les atomes d'azote et de carbone aux extrémités de chacune des molécules d'acide 6-aminohexanoïque se lient pour former le polymère de nylon 6.


L'image ci-dessus montre la structure chimique du nylon 66 et du nylon 6, deux produits de réactions de condensation qui séparent les molécules d'eau.

Dacron

Dacron est le nom commercial du polyéthylène téréphtalate (PET), un polyester synthétique qui résulte de la réaction entre l'acide téréphtalique et l'éthylène glycol. Une molécule d'acide téréphtalique a un groupe acide carboxylique à chaque extrémité et l'éthylène glycol a un groupe hydroxyle (alcool) à chaque extrémité. De l'eau se forme lorsqu'un groupe acide carboxylique et un groupe hydroxyle sont séparés. Les deux molécules se lient ensuite aux extrémités via des liaisons ester.


L'image ci-dessus montre comment l'acide téréphtalique et l'éthylène glycol se combinent pour former du polyéthylène téréphtalate via une réaction de condensation qui libère de l'eau comme sous-produit.


Conférence 5 : Biochimie 4

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Sujets couverts: Biochimie 4

Instructeurs : Pr Robert A. Weinberg

Conférence 10 : Biolo Moléculaire.

Conférence 11 : Biolo moléculaire.

Conférence 12 : Biolo moléculaire.

Conférence 13 : Régulation des gènes

Conférence 14 : Protéine Localiz.

Conférence 15 : ADN recombinant 1

Conférence 16 : ADN recombinant 2

Conférence 17 : ADN recombinant 3

Conférence 18 : ADN recombinant 4

Leçon 19 : Cycle Cellulaire/Signe.

Conférence 26 : Système Nerveux 1

Conférence 27 : Système Nerveux 2

Conférence 28 : Système Nerveux 3

Conférence 29 : Cellules souches/Clon.

Conférence 30 : Cellules souches/Clon.

Conférence 31 : Médecine moléculaire.

Cours 32 : Evolue Moléculaire.

Conférence 33 : Médecine moléculaire.

Conférence 34 : Polymorphe humain.

Conférence 35 : Polymorphe humain.

Je voulais juste passer les deux premières minutes à éclaircir trois questions. Aucun n'est un problème conceptuel majeur, mais nous aimons nous concentrer sur les détails et les corriger, les corriger ici aussi.

Premièrement, j'ai mal interprété une réaction la dernière fois qui décrivait pourquoi l'ARN est labile aux alcalis, c'est-à-dire que si nous avons un pH élevé, nous appelons cela un pH alcalin, ou un pH alcalin, en fait, pour utiliser l'adjectif. Et nous avons dit que les groupes hydroxyle peuvent provoquer le clivage des liaisons phosphodiester de l'ARN mais pas de l'ADN. Et la façon dont j'ai décrit cela, c'est que le groupe alcalin provoque la formation de ce cycle à cinq chaînons ici, deux carbones, deux oxygènes et un phosphate. Et cela se résout finalement à ce qu'il n'y a plus de lien avec le ribonucléoside monophosphate ci-dessous. Et je l'ai dessiné comme ça, sans oxygène, et c'est un non-non parce qu'en fait, en vérité, et comme beaucoup d'entre vous l'ont compris, cela revient à un hydroxyle deux premiers. Alors, s'il vous plaît noter qu'il y a une erreur ici. Il y a aussi quelques autres erreurs. Par exemple, dans le manuel, cela vous donne l'impression que lorsque vous polymérisez des acides nucléiques, vous utilisez un monophosphate pour le faire.

Et, si vous avez écouté ma conférence la dernière fois, cela n'a aucun sens, car vous devez investir l'énergie d'un triphosphate afin de créer suffisamment d'énergie pour générer suffisamment d'énergie pour la polymérisation. Le manuel est incorrect là-bas.

Les manuels sont écrits par des gens, pour le meilleur ou pour le pire, et en tant que tels, comme tout le reste, ils sont mortels et faillibles. Ainsi, la vérité est que lorsque vous polymérisez de l'ADN ou de l'ARN, vous avez besoin de l'un des quatre ribonucléosides ou désoxyribonucléoside triphosphates afin de donner l'énergie qui rend possible cette polymérisation.

Et s'il vous plaît noter que c'est une erreur dans le livre. Rappelez-vous, comme je l'ai dit la dernière fois, le fait que l'ATP est vraiment la monnaie d'énergie dans la cellule, et que son énergie est stockée et enroulée dans ce ressort refoulé où la répulsion électrostatique mutuelle entre les trois phosphates chargés négativement entraîne avec elle énorme potentiel d'énergie.

Et une partie de cette énergie potentielle peut être réalisée, lors de la synthèse de polymérisation des acides nucléiques en clivant cette liaison ici. On peut aussi générer de l'énergie potentielle en clivant cette liaison ici. C'est l'alpha, le bêta et le gamma-phosphate. Et le clivage de l'un ou l'autre peut créer une énergie substantielle, qui à son tour peut, comme nous l'indiquerons sous peu, être investie dans d'autres réactions. La réaction de polymérisation. Un deuxième point que j'aimerais vous faire est le suivant, et vous diriez que c'est une sorte de coïncidence. La monnaie d'énergie dans la cellule est l'ATP, l'adénosine triphosphate, nous voyons ici sa structure, et c'est l'un des quatre précurseurs de l'ARN.

Ainsi, la même molécule est utilisée dans ces deux applications différentes, apparemment sans rapport. Un, polymériser pour fabriquer de l'ARN où l'information génétique est stockée et véhiculée.

Ou, alternativement, il est utilisé ici dans ce contexte afin de servir de monnaie pour l'énergie. Haute énergie comme ATP. ADP avec un peu moins d'énergie. AMP monophosphate avec une énergie encore plus faible. Et vous pourriez vous demander, vous gratter la tête et dire pourquoi la même molécule est-elle utilisée pour ces deux choses différentes ?

En fait, il existe encore d'autres applications de ces ribonucléosides qui semblent également sans rapport avec le stockage ou la transmission d'informations génétiques. Et on pense, probablement à juste titre, que la raison pour laquelle la même molécule est utilisée pour ces applications totalement différentes est qu'au début de l'évolution de la vie sur cette planète, il y avait vraiment un assez petit nombre de molécules biologiques qui existaient. En effet, comme nous le mentionnerons à nouveau plus tard, il est probable que les premiers organismes n'utilisaient pas l'ADN comme génome. C'est un article de foi chez nous que l'on stocke l'information génétique dans des molécules d'ADN.

Et je l'ai laissé entendre assez explicitement la dernière fois. Mais, le fait est que c'est probablement le cas que le premier organisme, les premières formes de vie précellulaires utilisaient l'ARN comme matériel génétique, l'ARN pour stocker des choses, répliquant l'ARN via des molécules d'ARN double brin comme moyen d'archivage. information génétique. Et seulement plus tard au cours de l'évolution de la vie sur cette planète, quand c'était plus tard, nous ne pouvons pas le dire, mais cela aurait pu être cent ou deux cents ans plus tard. Évidemment, si nous parlons de l'origine de la vie il y a entre 3 et 3,5 milliards d'années, nous ne pouvons pas vraiment la localiser très bien dans le temps, mais ce n'est que plus tard que l'ADN a été chargé de stocker, de manière stable, information génétique. Et en conséquence, nous réalisons également une autre découverte, à savoir que tous les catalyseurs dont nous allons parler aujourd'hui, les enzymes comme nous les appelons, presque toutes les enzymes modernes sont des protéines. Et nous en avons parlé brièvement auparavant. Mais au cours des 15 dernières années, 20 ans, il y a eu la découverte que certaines molécules d'ARN possèdent également la capacité de catalyser certains types de réactions. Quand j'étais en biochimie, si quelqu'un m'avait dit ça, j'aurais appelé le service de psychiatrie parce que c'était une idée tellement farfelue.

Comment une molécule d'ARN peut-elle catalyser une réaction biochimique ?

Il n'a pas tous les groupes secondaires dont on a besoin pour créer les sites catalytiques des réactions. Mais nous réalisons maintenant, sur la base de recherches qui ont en fait conduit à l'attribution d'un prix Nobel il y a environ cinq ans, que les molécules d'ARN sont capables de catalyser certains types de réactions. Et cela commence à nous donner un aperçu de l'origine de la vie sur cette planète parce que les molécules d'ARN peuvent avoir stocké des informations génétiques, comme je l'ai déjà dit, les molécules d'ARN, ou leurs précurseurs comme l'ATP, peuvent avoir été leur monnaie pour stocker des liaisons à haute énergie, comme est indiqué ici.

Et les molécules d'ARN pourraient bien avoir été les premières enzymes à catalyser de nombreuses réactions dans les formes de vie les plus primitives qui ont d'abord existé sur cette planète. Et, par conséquent, ce que je dis, c'est qu'au fur et à mesure que la vie s'est développée au cours des cent ou deux cents premiers millions d'années, qui sait combien de temps cela a pris, progressivement l'ADN a pris en charge le travail de stockage des informations de l'ARN et progressivement les protéines ont pris le relais de la médiation de la catalyse, d'agir comme des enzymes pour prendre le relais des molécules d'ARN. Aujourd'hui, il existe certaines réactions biochimiques résiduelles que nous pensons être des reliques, des échos du début de la vie sur terre, qui sont encore médiées par des catalyseurs d'ARN. Nous pensons qu'ils sont des retours à ces étapes très précoces, peut-être même dans la forme de vie pré-cellulaire où l'ARN a été délégué avec la tâche d'agir comme un catalyseur.

Nous allons nous concentrer beaucoup aujourd'hui sur toute la question des réactions biochimiques et la question de l'énergie. Et cela nous amène à réaliser qu'il existe en réalité deux types de réactions biochimiques.

Certains d'entre vous l'ont peut-être appris il y a longtemps.

Soit des réactions exergoniques qui libèrent de l'énergie, qui produisent de l'énergie au fur et à mesure, ou au contraire des réactions endergoniques qui nécessitent un investissement d'énergie pour avancer.

Donc, ici, évidemment, s'il s'agit d'un état à haute énergie et que nous parlons de l'énergie libre du système, ce qui est une façon de décrire en langage thermodynamique la quantité d'énergie dans une molécule, si nous passons d'un état à haute énergie à un état de basse énergie, nous pouvons dessiner ceci comme ceci et nous pouvons réaliser que pour conserver l'énergie, l'énergie inhérente à cette molécule, l'énergie potentielle élevée est libérée lorsque cette balle ou cette molécule descend la colline. Et donc, la réaction donne de l'énergie, c'est exergonique. Et, à l'inverse, si nous voulons que cette réaction se produise, nous devons investir de l'énergie gratuite pour y arriver. L'énergie libre se trouve le plus souvent sous forme de liaisons chimiques, c'est-à-dire de l'énergie qui peut être investie, par exemple, en profitant de l'énergie potentielle stockée dans ces phosphodiester, dans ces liaisons phosphate-phosphate indiquées à droite. ici.

Voici, en passant, le modèle de remplissage d'espace de l'ATP juste pour votre information. C'est ce à quoi cela ressemblerait dans la vie, et c'est ainsi que nous le dessinons.

Cela dit, si nous examinons le profil d'énergie libre de divers changements biochimiques, nous pouvons les représenter, encore une fois, de cette manière très schématique ici.

Et, soit dit en passant, l'énergie libre est appelée G, l'énergie libre de Gibbs d'après Josiah Gibbs qui était un génie de la thermodynamique au 19ème siècle à Yale à New Haven. Et ici, ce que nous voyons, c'est que le changement d'énergie libre entre les réactifs et les produits est donné par delta G. Donc, par définition, nous commençons la réaction avec les réactifs.

Et on se retrouve en fin de réaction avec des produits.

Et, globalement, si la réaction est exergonique et va de l'avant, elle libère de l'énergie. Et la libération nette d'énergie est indiquée ici par delta G. Mais, le plus souvent, les réactions biochimiques qui sont énergétiquement favorisées, qui sont exergoniques ne peuvent en réalité pas se produire spontanément.

Ils ne se produisent pas spontanément car, pour diverses raisons, ils doivent passer par un état intermédiaire.

Ce qui représente en fait une énergie libre bien supérieure à celle des réactifs initiaux. Et cette énergie libre supérieure, qu'ils ont besoin d'acquérir pour franchir la colline et descendre dans la vallée, s'appelle l'énergie d'activation, l'énergie d'activation.

Et, par conséquent, si je devais fournir de l'énergie à ces réactifs, par exemple, disons que je devais chauffer ces réactifs et donc leur donner un degré plus élevé d'énergie thermique qu'ils pourraient utiliser pour atteindre cette haute énergie Etat.

Je leur ai fourni de l'énergie gratuite en leur donnant de la chaleur.

Ensuite, ils pourraient peut-être monter jusqu'ici, puis dévaler la colline.

Mais en l'absence d'intervention active et de leur fournir cette énergie, ils resteront ici, et ils peuvent rester là pendant un million d'années, même si en principe, s'ils devaient atteindre ici, ils seraient beaucoup plus heureux en termes d'atteindre un état d'énergie beaucoup plus faible. Pour affirmer l'évidence, tous ces types de réactions souhaitent atteindre l'état d'énergie le plus bas possible. Mais en temps réel, cela ne peut pas se produire s'il y a une énergie d'activation élevée. Maintenant, que font les enzymes ?

Comme toujours, je suis content d'avoir posé cette question. Ce qu'ils font, c'est qu'ils abaissent l'énergie d'activation. Et c'est dans un sens évident, et dans un sens c'est subtil, parce que les enzymes n'ont aucun effet sur l'état d'énergie libre des réactifs, elles n'ont aucun effet sur l'énergie libre des produits. Tout ce qu'ils font, c'est abaisser la bosse, et ils peuvent l'abaisser très sensiblement.

Et parce qu'ils l'abaissent considérablement, il se peut que certains des réactifs ici puissent, par simple acquisition d'énergie thermique, être capables de se déplacer sur la bosse très abaissée et de descendre dans cet état ici même. Maintenant, la différence réelle dans l'énergie libre de Gibbs n'est absolument pas affectée.

Tout ce qui se passe, c'est que l'enzyme, en abaissant l'énergie d'activation, rend cela possible en temps réel. Le fait est qu'en fin de compte, si l'on devait tracer de nombreux types de réactions, de nombreuses réactions, comme cela est indiqué ici, ont une énergie d'activation très élevée, et donc nous la regardons comme ceci. Mais il pourrait y avoir d'autres réactions qui pourraient avoir une énergie d'activation qui ressemble à ceci, presque rien du tout. Et ces réactions pourraient se produire spontanément à température ambiante en l'absence de toute intervention d'une enzyme. Par exemple, disons que nous parlons d'un groupe carboxyle qui décharge un proton. Nous en avons déjà parlé. Eh bien, cette réaction se produit spontanément à température ambiante. Il n'a pas besoin d'une enzyme pour y arriver. Cela peut arriver parce qu'il n'y a essentiellement pas d'énergie d'activation. Mais la grande majorité des réactions biochimiques ont une telle énergie d'activation et nécessitent donc un tel abaissement pour se produire.

Imaginons maintenant d'autres versions du profil énergétique d'une réaction.

Et gardez à l'esprit que ce que je montre ici en abscisse n'est que le déroulement de la réaction. Vous pouvez imaginer que je ne complote pas vraiment le temps. Je parle juste d'une situation où à gauche la réaction ne s'est pas produite et à droite elle s'est produite. Pouvez-vous voir cela là-bas? Alors je n'écrirai pas là-bas. D'accord. Voyons si cela fonctionne.

Garçon, nous voici au 21ème siècle et nous n'avons toujours pas résolu cela.

D'ACCORD. Tout le monde peut le voir ici, n'est-ce pas ? D'ACCORD.

Alors regardez. Imaginons que nous ayons une réaction qui ressemble à ceci, un profil de réaction qui ressemble à ceci, où ces deux énergies sont en fait équivalentes. D'ACCORD? J'ai essayé de les dessiner.

Eh bien, ils ne le sont pas exactement, mais ils sont à peu près exactement au même niveau. Et disons que nous commençons avec un grand nombre de molécules juste ici. Maintenant, s'il y avait une enzyme autour, l'enzyme pourrait abaisser l'énergie d'activation et, ce faisant, permettre aux molécules de traverser cette colline et de se déplacer ici. Le fait que lorsqu'une molécule arrive ici, elle a la même énergie libre que là-bas, cela signifie que le catalyseur peut, en principe, également faciliter une réaction en retour.

Qu'est-ce que j'entends par une réaction de retour ? Je veux dire aller exactement dans la direction opposée. Et donc, une fois que les molécules ici sont formées, les effets de réduction d'énergie de l'enzyme peuvent leur permettre de se déplacer dans les deux sens. Et, par conséquent, ce que nous aurons finalement l'établissement d'un équilibre.

Si ces deux états d'énergie sont équivalents alors, je vais vous le dire, 50% des molécules finissent ici et 50% des molécules finissent ici. Et ici, nous commençons maintenant à lutter entre deux concepts indépendants différents, la vitesse de la réaction et l'état d'équilibre de la réaction.

Notez que l'enzyme n'a aucun effet sur l'état d'équilibre.

Ces deux sont à des énergies libres égales, l'état d'équilibre.

Que la barrière énergétique soit aussi haute ou aussi haute n'a pas d'importance. Le fait est que si l'enzyme rend possible ce mouvement de va-et-vient, l'état d'équilibre ultime sera 50 % des molécules ici et 50 % des molécules là.

Et, par conséquent, l'enzyme n'affecte vraiment que la vitesse à laquelle la réaction a lieu. Cela se produira-t-il en une microseconde ou cela se produira-t-il en un jour ou cela se produira-t-il dans un million d'années ?

L'enzyme n'a aucun effet sur le produit final final, qui dans ce cas est l'équilibre.

Bien sûr, il existe un formalisme mathématique simple qui relie la différence des énergies libres à l'équilibre.

Ici, nous pourrions avoir une situation où 80% des molécules se retrouvent à l'équilibre ici et 20% ici. Ou, nous pourrions aboutir à un état où 99% des molécules se retrouvent ici et 0.

% des molécules se retrouvent ici. Mais cet état d'équilibre ultime n'est en aucun cas influencé par l'enzyme. Ils le font juste se produire en temps réel. Et, par conséquent, pour répéter et faire écho à un point que j'ai fait la dernière fois, si la plupart des réactions biochimiques doivent se produire en temps réel, c'est-à-dire de l'ordre de quelques secondes ou minutes, une enzyme doit être présente pour s'assurer qu'elles se produisent.

En l'absence d'une telle enzyme d'intermédiation, cela ne se produira tout simplement pas en temps réel. Même si, en principe, il est énergétiquement favorisé. Alors, gardons cela à l'esprit au cours des discussions qui se déroulent. Et commençons maintenant à examiner une importante réaction génératrice d'énergie dans la cellule qui s'appelle la glycolyse. On connaît déjà le préfixe glycol.

Glyco fait référence au sucre. Et la lyse, L-Y-S-I-S fait référence à la dégradation d'un certain composé. Je ne vais pas vous demander, et personne d'autre dans la salle ne vous demandera de mémoriser cette séquence de réactions. Mais j'aimerais que vous l'examiniez et que vous voyiez quelles leçons à retenir nous pouvons en tirer, quelle sagesse nous pouvons tirer de l'examen d'une série de réactions aussi complexe. Peut-être que la première chose que nous pouvons apprendre est que lorsque nous pensons aux réactions biochimiques, nous ne les considérons pas comme se produisant isolément. Ici, je parle, par exemple, dans ce cas, je pourrais parler de A plus B allant à C plus D, et il pourrait y avoir une réaction en retour pour atteindre l'équilibre.

Et nous isolons simplement cette simple réaction de toutes les autres autour d'elle.

Mais dans le monde réel dans les cellules vivantes, la plupart des réactions font partie de très longs chemins où chacune de ces étapes indique ici l'une des autres, une étape dans la voie. Ce qui nous intéresse ici, c'est comment le glucose, que j'ai annoncé il y a deux conférences comme étant une source d'énergie importante, est en fait décomposé.

Comment la cellule récupère-t-elle l'énergie, inhérente au glucose, afin de générer, entre autres, de l'ATP, dont nous avons dit à maintes reprises qu'il s'agit de la monnaie énergétique ? L'ATP est utilisé par des centaines de réactions biochimiques différentes afin de les réaliser.

Ces autres réactions biochimiques sont endergoniques, elles nécessitent un investissement d'énergie, et presque invariablement, mais pas toujours, mais presque invariablement, la cellule saisira une molécule d'ATP, la décomposera généralement en AMP ou ADP.

Et puis utiliser l'énergie, qui dérive de la décomposition de l'ATP, elle investira cette énergie dans une réaction endergonique, qui autrement ne se produirait pas. Ainsi, nous arrivons ici à l'idée que peut-être en investissant de l'énergie dans une réaction, l'équilibre est déplacé. Parce qu'en investissant de l'énergie, en fait, la cellule est capable d'abaisser l'état d'énergie libre entre ces deux.

Et cela permet à leur équilibre d'être beaucoup plus favorisé.

Regardons cette voie glycolytique. Glycolytique se réfère, évidemment, à la glycolyse. Et ici, nous commençons avec le glucose.

Nous le dessinons à plat plutôt que la structure circulaire dont nous avons parlé la dernière fois. Et regardons ce qui se passe ici, encore une fois, non pas parce que quelqu'un veut que vous mémorisiez cela, mais parce que certains détails sont en eux-mêmes très illustratifs.

Le but de cet exercice est de créer de l'ATP pour la cellule, mais la première étape de la réaction est en fait totalement contre-productive. Regardez la première chose qui arrive. La première chose qui arrive est que la cellule investit une molécule d'ATP pour fabriquer du glucose-6-phosphate.

J'ai annoncé que l'objectif était de générer de l'ATP à partir d'ADP, l'adénosine diphosphate. Mais la première chose ici, c'est une réaction endergonique dans laquelle la cellule investit de l'énergie pour créer cette molécule ici. Donc, cela n'a pas de sens.

Mais ostensiblement, cela doit avoir un sens, à un niveau ou à un autre, parce que vous et moi, nous sommes tous ici, et tout le monde dans cette pièce, au moins en ce moment, est métaboliquement actif.

D'accord. Donc, nous avons cette molécule ici, le glucose-6-phosphate. Et cela peut s'isomériser.

Vous voyez, voici le glucose-6-phosphate, le fructose-6-phosphate.

Et, le fait est qu'il n'y a pas de réaction d'oxydoréduction ici. C'est juste une isomérisation.

Et cette molécule et cette molécule sont virtuellement dans le même état d'énergie libre. Il se trouve que leur profil ressemblera beaucoup à celui que je vous ai dessiné auparavant. Leur profil énergétique ressemblera à ceci. Et il faut une enzyme pour l'abaisser, mais il n'y a pas d'énergie à investir dans la conversion de l'une à l'autre car ce sont des molécules très similaires et donc des états d'énergie libre incomparables. Regardez maintenant l'étape suivante.

L'étape suivante est encore une autre façon ostensiblement totalement contre-productive de générer de l'énergie. Car, encore une fois, l'ATP, le gamma-phosphate, son énergie est investie dans la création d'un hexose déphosphorylé, le fructose 1, 6-diphosphate où les chiffres renvoient évidemment aux identités du carbone.

Et maintenant, nous avons une molécule de fructose déphosphorylée.

Et donc ici, vous pouvez réellement voir à quoi ressemblent les structures tridimensionnelles de ces molécules. Et nous ne devrions pas nous concentrer cette fois sur si c'est ceci ou cela. À toutes fins utiles, concentrons-nous simplement sur cette voie ici. Et ici, pour la première fois, ce qui se passe maintenant, c'est que cet hexose est décomposé en deux trioses, c'est-à-dire en deux sucres à trois carbones.

Et c'est une réaction légèrement exergonique.

Ça cède, ça se passe sans investissement d'énergie.

Et il y a une enzyme, encore une fois, qui est nécessaire pour le catalyser. Mais soyons très clair maintenant.

Maintenant, nous devons suivre le destin de deux molécules.

Le premier trio et le deuxième trio. Ils ont des noms différents, mais nous n'allons pas nous concentrer sur les noms. Une chose que vous remarquez à propos de ces trios est qu'ils sont facilement interconvertibles.

Encore une fois, nous pouvons imaginer que nous avons une situation qui ressemble à ceci. Ceux-ci vont et viennent.

Et donc, à toutes fins utiles de notre point de vue, ces deux sont équivalents car ils peuvent être échangés pratiquement instantanément l'un avec l'autre. Maintenant, jusqu'à présent, nous avons en fait dépensé de l'énergie. Nous n'avons pas récupéré d'énergie. Mais gardez à l'esprit le vieux dicton économique selon lequel il faut investir de l'argent pour gagner de l'argent.

Et c'est ce qui se passe ici. La première chose qui se produit est que nous avons une réaction d'oxydation. Qu'est-ce qu'une réaction d'oxydation ?

Nous voulons retirer quelques électrons, une paire d'électrons de ce trios particulier, le sucre à 3 carbones.

Et en retirant une paire d'électrons, nous donnons les électrons du NAD+ au NADH. Et ici, ces structures sont données dans votre livre. Mais NADH, il s'avère que les électrons sont retirés du trios et ils sont utilisés pour réduire le NAD+ en NADH.

Gardez à l'esprit que dans une réaction d'oxydation, une molécule qui est oxydée est privée, se voit refuser une paire d'électrons.

L'autre molécule qui est réduite, dans ce cas le NAD, acquiert une paire d'électrons. Et vous pouvez vous concentrer, si vous le souhaitez, sur la charge de ces molécules, l'une ou l'autre. Mais gardez à l'esprit que dans ces réactions d'oxydoréduction, qu'il soit plus ou moins chargé n'a pas d'importance. Le vrai nom du jeu, ce sont les électrons. Oubliez les protons, qu'ils aient une charge positive ou qu'ils soient neutres. Le vrai nom du jeu ici est que deux électrons sont utilisés pour réduire cette molécule à ceci.

Au fait, troisième erreur que j'ai oublié de vous dire avant, il y a une double liaison dans l'une des pyrimidines du livre qui n'a aucun sens. Celui qui le trouve reçoit un prix, mais personne n'a encore compris quel est le prix. Ainsi, cette double liaison est réduite. Vous voyez la différence entre ceci et cela ici. Et il s'avère que ce NADH est une molécule de haute énergie. La valeur marchande du NADH est de trois ATP, c'est-à-dire que dans les mitochondries, le NADH peut être utilisé pour générer trois ATP, et cela vaut quelque chose. Ainsi, le NADH à lui seul est une molécule de haute énergie. Il ne peut pas être utilisé pour tant de choses, mais il peut être tiré dans les mitochondries où il est converti en trois ATP.

Donc, nous disons, eh bien, nous commençons à faire de l'argent avec cet investissement parce que nous avons fait, en fait, ces NADH.

Voir juste ici. Pourquoi dit-on deux NADH ?

Parce qu'il y a deux trios avec lesquels nous travaillons, et chacun des trios vous donne un NADH. Donc, tout ce qui se passe après cela, en commençant par le haut ici, est maintenant double parce que nous examinons les comportements parallèles de deux sucres identiques à trois carbones.

Donc, ici, nous avons jusqu'à présent généré, en principe, six ATP.

Combien avons-nous déjà investi jusqu'à présent ? Deux.

Nous en avons investi deux mais nous en avons récolté six. Déjà on commence à gagner un peu d'argent car je vous ai dit que la valeur marchande d'un NADH est de trois ATP sur le marché noir. OK, que se passe-t-il ensuite ?

Ensuite, c'est une autre bonne chose. Chacun des trioses, on peut en fait amener chacun des trioses à générer une molécule d'ATP à partir d'un ADP. Que se passe t-il ici?

Il s'avère que ce phosphate ici est en fait dans un état d'énergie assez élevé, en grande partie à cause de la répulsion négative-négative des électrons. Et en dépouillant ce phosphate de ce phosphate de haute énergie dépouillée de cette molécule ici, dont nous ignorerons le nom, nous permet de phosphoryler un ATP.

Et comme il y a deux trios en cours de conversion, on va avoir deux ATP. Donc, en effet, maintenant nous sommes en fait en avance. Nous avons commencé par en investir deux, nous en avons récupéré six des NADH, et nous en récupérons deux ici.

Donc, nous avons fait deux ATP. C'est une bonne chose. Gardez à l'esprit que l'ADP est une énergie inférieure, l'ATP est une énergie élevée. Encore une fois, nous avons une isomérisation où ces deux molécules sont à des états comparables ici et ici, où le phosphate saute juste à cet état. Et cela s'hydrolyse spontanément et nous obtenons cette molécule juste ici, le phosphoénolpyruvate à la fin.

Et, encore une fois, nous récoltons deux ATP, un ATP de chacune des trioses. Et on se retrouve, à la fin de cette réaction, avec du pyruvate. Et vous direz que c'est formidable parce que nous avons investi deux ATP, nous en avons récolté quatre, et nous en avons obtenu six des NADH, n'est-ce pas ? Deux NADH, chaque NADH nous en donne trois chacun, alors faisons l'arithmétique. Faisons le bilan. Nous avons investi pour commencer, avec un glucose, nous avons investi deux ATP. C'était tôt. Ensuite, le retour était d'abord deux NADH, ce qui, je vous l'ai dit, équivaut à six ATP. Parce qu'un NADH vaut trois ATP.

C'est jusqu'ici bon. Et maintenant, par la suite, nous avons créé quatre ATP afin que le rendement net semble assez utile. Six plus quatre font dix moins deux, un bénéfice de huit ATP à partir d'une molécule de glucose.

C'est formidable me direz-vous, mais il y a un hic.

Il y a un hic. Si la glycolyse se produit en l'absence d'oxygène, si cela se produit, alors nous avons un problème ici, car la seule façon pour ces NADH de générer de l'ATP est s'il y a de l'oxygène autour pour prendre ces paires d'électrons et les utiliser pour réduire une molécule d'oxygène . C'est d'ailleurs en partie la raison pour laquelle nous respirons. Gardez à l'esprit que lorsque vous générez un NADH à partir d'une molécule de NAD, vous devez régénérer le NAD.

Vous ne pouvez pas simplement accumuler de plus en plus de NADH. Vous devez régénérer le NAD. Et, par conséquent, ce NADH, avec leurs paires d'électrons, les paires d'électrons en ont à se débarrasser. Vous devez régénérer le NAD. Vous ne pouvez pas en faire de plus en plus. Alors, comment les cellules s'en débarrassent-elles ?

Eh bien, comment ils s'en débarrassent est simple.

Vous prenez les paires d'électrons et vous les appliquez à l'oxygène, et c'est ce qu'on appelle vraiment la combustion. Et vous en tirez beaucoup d'énergie. Mais que se passe-t-il si tout cela se produit de manière anaérobie ?

Anaérobie signifie que la réaction se produit en l'absence d'oxygène.

Eh bien, si vous avez une levure qui pousse à 14 pieds sous terre, cela se produit de manière anaérobie. Si vous avez une levure qui fermente dans un grand fût pour faire du vin ou de la bière, cela se produit probablement aussi en anaérobie. Si vous commencez à courir dans un sprint de 100 mètres, ou disons que vous deviez courir un mile, alors au départ, il y a assez d'oxygène, il y a beaucoup d'oxygène autour pour vous permettre de vous débarrasser de ces NADH et de jeter les électrons qu'ils ont acquis sur la molécule d'oxygène. Et c'est bien.

Cela vaut beaucoup parce qu'en fait, ce que vous faites, c'est que vous prenez de l'oxygène et de l'hydrogène et que vous les brûlez ensemble.

Et c'est super. Mais lorsque vous commencez à courir dans la rue, bientôt l'apport d'oxygène à vos muscles va s'épuiser, et bientôt une grande partie de la production d'énergie dans vos muscles se fera de manière anaérobie. Pourquoi? Parce que vous ne pouvez pas apporter d'oxygène à vos muscles assez rapidement, et donc, pendant un certain temps, vous commencez à ressentir cette sensation de brûlure dans vos muscles parce que l'oxydation du NADH ne se produit pas. Et ces NADH sont plutôt régénérés d'une autre manière. Comment sont-ils régénérés ? Les paires d'électrons des NADH, doivent être, sont renvoyées sur cette molécule ici même, le pyruvate. Ils ne sont pas utilisés pour fabriquer de l'ATP car ils ne peuvent pas être utilisés pour fabriquer de l'ATP car il n'y a pas d'oxygène autour pour accepter les paires d'électrons que ces NADH ont acquises.

Et alors, que se passe-t-il avec ces précieux NADH ?

Dans des conditions anaérobies, cela ne se produit pas.

Ces NADHs sont utilisés à la place, leurs électrons sont donnés à notre ami le pyruvate ici, ces trois sucres carbonés.

Et que se passe-t-il, lorsqu'ils sont reversés au pyruvate, afin de régénérer le NAD, vous avez besoin de plus de NAD à ramasser pour les utiliser plus tard dans la réaction, pour les réutiliser dans une autre réaction.

Lorsque vous redonnez les électrons du NADH au pyruvate, que se passe-t-il ? Vous obtenez de l'acide lactique. L'acide lactique est ce qui fait brûler vos muscles lorsque vous courez très rapidement et vous ne pouvez pas leur fournir suffisamment d'oxygène pour commencer à brûler le NADH.

Ainsi, au lieu d'utiliser le NADH pour générer de l'ATP, il est détourné pour fabriquer de l'acide lactique. C'est dans un sens bon parce que vous régénérez NAD.

Pourquoi avez-vous besoin de régénérer le NAD ? Parce que vous avez besoin de beaucoup de NAD pour les premières étapes de la réaction.Gardez à l'esprit qu'au début de la réaction, vous avez besoin de NAD ici. Si vous ne le régénérez pas, la glycolyse s'arrête. Donc, même si vous faites du NADH et que c'est une bonne chose en principe, dans la pratique, il doit être recyclé.

Et s'il n'est pas recyclé pour fabriquer plus de nouveau NAD pour permettre à cette étape de se produire, toute la réaction glycolytique s'arrêtera et vous serez dans le pétrin. Cependant, malheureusement, en l'absence d'oxygène, le seul moyen de le recycler est de déverser ces électrons non sur de l'oxygène riche en énergie, mais de les renvoyer sur de l'acide pyruvique créant de l'acide lactique.

Donc, vous réduisez ce lien ici. Donc, vous obtenez CH, COH. Ce lien ici est réduit et vous obtenez de l'acide lactique.

Donc, au lieu d'une liaison carbonyle ici, vous avez CH et COH ici, c'est une réaction de réduction. Et maintenant vous êtes capable de régénérer le NAD. Et maintenant vous dites que c'est une bonne chose. Mais, gardez à l'esprit que maintenant toute la réaction glycolytique, à combien s'élève notre bénéfice net maintenant ? Avant de me réjouir du fait que nous ayons fait huit ATP, nous en avons tiré huit ATP. A quoi revenons-nous maintenant ?

Quel est le rendement net total maintenant? Eh bien, les TA ne peuvent pas répondre.

C'est deux, parce que nous en avons investi deux et nous en sommes sortis quatre.

Et il n'y en a que deux. Maintenant, pourquoi est-ce si intéressant ?

Eh bien, jusqu'à il y a environ 600 millions d'années, il n'y avait pas autant d'oxygène dans l'atmosphère. Et en l'absence d'oxygène, c'est presque la seule réaction qui pourrait être utilisée pour générer de l'énergie. Et il y a environ six cents millions d'années, de plus en plus d'oxygène provenant de la photosynthèse a été déversé dans l'atmosphère.

Et bientôt l'oxygène est devenu disponible pour des organismes comme nos ancêtres.

Et alors ils pourraient réellement commencer à recycler ce NADH d'une manière beaucoup plus productive. Et comme conséquence ce qui s'est passé, au lieu d'avoir la glycolyse en donnant deux, on pourrait aller jusqu'à ce huit théorique car les NADH pouvaient désormais déposer leurs électrons sur l'oxygène, ce qui est beaucoup plus rentable.

En fait, je viens de vous dire maintenant qu'en l'absence d'oxygène, vous ne pouvez fabriquer que deux ATP. Je vais vous dire, sans vous le fournir, qu'en présence d'oxygène vous pouvez fabriquer 34 ATP.

Et 34 est, nous pouvons en convenir, bien mieux que deux en présence d'oxygène. Les formes de vie supérieures ne pouvaient pas évoluer jusqu'à ce que ce moyen beaucoup plus efficace de générer de l'énergie soit disponible. Et, par conséquent, si nos ancêtres qui vivaient il y a plus de six cents millions d'années étaient très lents et ils n'étaient pas très intelligents, la raison pour laquelle ils étaient lents et ils n'étaient pas très intelligents est parce qu'ils ne pouvaient pas générer l'énergie qui était nécessaire pour piloter efficacement le métabolisme.

Le métabolisme, le métabolisme anaérobie, i.

., se produisant en l'absence d'énergie, est extrêmement inefficace.

Cela ne se passe pas très bien. Maintenant, que se passe-t-il réellement si nous avons de l'oxygène autour ? Eh bien, ce qui se passe est quelque chose comme ça. On prend le pyruvate, qui est le produit de la glycolyse et qui est cette voie beaucoup plus primitive, et on le jette dans les mitochondries. Et maintenant, nous générons à travers ce cycle ici, que je ne vous demande pas de mémoriser, s'il vous plaît, ne faites pas ça. Nous générons les réactions qui partent d'ici et nous amenons à ce rendement de 34 ATP par glucose. Et l'essence du cycle de l'acide citrique, qui se produit dans les mitochondries, garde à l'esprit que les mitochondries ressemblent à ceci.

Gardez à l'esprit que les mitochondries sont les descendants des bactéries qui ont parasité le cytoplasme des cellules il y a probablement 1,5 milliard d'années.

Mais si nous regardons maintenant ce qui se passe dans la mitochondrie, le pyruvate que nous avons généré dans le cytosol, dans la partie soluble du cytoplasme est maintenant pompé dans les mitochondries, et il y a toute une série de réactions qui se déroulent ici, qui prend ce sucre à trois carbones. La première chose qui se produit est que le carbone s'évapore. Du dioxyde de carbone, qui est libéré.

Maintenant, nous en sommes à un sucre à deux carbones. Et puis ce sucre à deux carbones est ajouté à un sucre à quatre carbones et progressivement oxydé.

Et comme c'est oxydé, qu'est-ce qui s'est détaché ? Eh bien, ce qui est dérivé, c'est, par exemple, qu'il y a le NADH qui est dérivé, il y a l'ATP.

Vous voyez, il y a un NADH qui est dérivé. Voici un NADH qui s'est détaché.

Voici un cousin de NADH. C'est ce qu'on appelle le FADH qui, encore une fois, génère une molécule de haute énergie. Une fois de plus, les molécules de carbone sont oxydées, les électrons sont retirés et utilisés pour créer ces molécules à haute énergie, FADH et NADH.

Soit dit en passant, FADH, un cousin de NADH, ne vaut que deux ATP sur le marché libre. Alors que NADH, comme je vous l'ai dit à plusieurs reprises, en vaut trois. Et au moment où nous additionnons tous les NADH qui ont été générés par ce cycle et les dioxydes de carbone qui sont libérés, à la fin de ce cycle, nous commençons ici avec deux carbones, l'ajoutons à quatre et nous obtenons une molécule de six carbones .

Nous crachons ici du dioxyde de carbone et revenons au sucre à quatre carbones. Ajoutez deux autres, montez à six carbones. Faites encore le tour, tournez autour de la roue. Et chaque fois que nous faisons cela, nous générons beaucoup de NADH, nous générons beaucoup de FADH et nous générons beaucoup d'ATP. Dans tous les cas, ce sont des réactions très rentables simplement parce que les NADH et les FADH peuvent être utilisés dans la mitochondrie pour générer de l'ATP. Alors, regardons le profil énergétique de l'ensemble. Mets le tout ensemble. C'est là que nous avons commencé au début, et c'est la fin de la glycolyse, d'accord ? Donc, maintenant, nous additionnons les profils énergétiques de toute la séquence de réactions qui ont constitué la glycolyse, qui commence ici et se termine ici parce que le pyruvate, vous vous en souviendrez, est le produit de la glycolyse, la première étape. Le cycle de Krebs se produit, ou parfois on l'appelle le cycle de l'acide citrique. Alors, mettons simplement ces mots au clair. Cycle de l'acide citrique parce qu'il s'agit de l'un des cycles, ou on l'appelle parfois le cycle de Krebs d'après la personne qui l'a vraiment découvert, Krebs.

Le cycle de Krebs commence ici. Vous voyez comment l'ombrage change du pyruvate. Et ici, nous allons jusqu'en bas. Et regardons maintenant ce qui se passe en termes d'échange d'énergie.

Rappelez-vous qu'au début, nous devions investir des ATP pour faire monter l'état énergétique jusqu'ici. Nous avons investi des ATP à ce stade ici, puis nous avons commencé à en récupérer.

Nous avons ces deux NADH, un NADH provenant de chacun des trois sucres carbonés. Nous avons encore plus d'ATP ici et nous avons encore plus d'ATP ici, mais ces NADH ne pouvaient pas être utilisés de manière productive pour générer de l'ATP en l'absence d'oxygène, mais en présence d'oxygène, nous pouvons maintenant commencer à les utiliser de manière très rentable. Chacun d'eux produit trois ATP et chacun d'eux, évidemment, produit des ATP. Et puis regardons ce qui se passe dans la mitochondrie. Gardez à l'esprit qu'il s'agit de la frontière entre le cytosol, le cytoplasme et la mitochondrie.

C'est ici que l'oxygène est réellement utilisé et ici nous générons tous ces NADH ici, ici et ici, les FADH. Et je n'arrête pas de dire, et c'est toujours vrai, même si je n'arrête pas de le dire, que ces NADH peuvent être convertis en ATP, et les ATP peuvent ensuite être diffusés, transmis dans toute la cellule où ils sont ensuite utilisés investis dans les réactions endergoniques.

Ici, nous voyons tous ces NADH. Et regardez le changement global de l'énergie libre. Les premières étapes de la glycolyse n'ont pas vraiment profité. Le glucose contient près de 680 kilocalories par mole d'énergie. C'est assez haut ici. Mais le temps qu'on passe d'ici à ici, il y a une énorme libération d'énergie, elle est récoltée sous la forme de ces molécules qui sont ensuite réinvesties.

En l'absence d'oxygène, toute cette procédure ne peut aller que d'ici à ici. Et une grande partie de cette baisse de six à sept est futile car nous devons réinvestir ce NADH.

Ceux-ci ne peuvent pas être utilisés, en fait, pour générer plus d'ATP, comme je l'ai dit à plusieurs reprises. Donc, cela signifie au final que nous pouvons générer une énorme quantité d'énergie sous la forme de ces réactions couplées. Cela dit, regardons en fait ce qui se passe à l'intérieur des mitochondries.

À l'intérieur des mitochondries, il existe en fait différents compartiments physiques. Vous voyez l'espace bleu là-bas, l'espace intermembranaire, les espaces bleus là-bas ? La matrice est à l'intérieur.

L'espace intermembranaire est entre les deux, la membrane interne et externe, et à l'extérieur se trouve le cytoplasme. La membrane externe, la membrane interne, entre elle. Alors, regardez ce qui se passe, en fait, dans la mitochondrie. Ces NADH sont utilisés pour pomper des protons de l'espace interne de la mitochondrie vers l'espace intermembranaire. Je ne vous montre pas ce qui se passe.

Mais vous devrez le croire sur parole. Ainsi, les protons illustrés ici sont extraits du NADH et du FADH, et ils sont utilisés pour pomper des protons ici. Et, par conséquent, les protons sont déplacés d'ici à ici.

De toute évidence, lorsque vous pompez des protons, le pH devient plus bas à l'extérieur qu'à l'intérieur, et comme il y a un gradient, il y a une concentration de protons plus élevée ici qu'à l'intérieur.

Les protons commencent à s'accumuler à l'extérieur ici dans l'espace intermembranaire. Sont-ils dans le cytoplasme ? Non. Ils sont dans l'espace entre la membrane interne et externe. Vous commencez à accumuler dans cet espace bleu beaucoup de protons. Et ce pompage de protons dans l'espace entre les deux membranes nécessite de l'énergie, et l'énergie vient de nos amis NADH et FADH en fait. Ils sont responsables de cette accumulation de protons dans l'espace entre la membrane interne et externe. Donc, maintenant, nous avons beaucoup de protons là-bas. Et que se passe-t-il maintenant, les protons aiment revenir parce qu'il y a une concentration plus élevée ici car ils sont à l'intérieur de l'espace qui s'appelle la matrice mitochondriale, à l'intérieur de la mitochondrie. Alors, que se passe-t-il ?

Ici, encore une autre découverte lauréate du prix Nobel est la découverte d'une molécule très intéressante, ou d'un complexe de protéines, devrais-je dire, qui ressemble en trois dimensions à peu près à ceci.

Et ce que fait ce complexe, c'est que lorsque les protons circulent dans le canal interne ici, ils descendent un gradient d'énergie.

Ils passent d'un état de forte concentration à un état de faible concentration. Ce que cela fait, cette pression de diffusion produit en fait de l'énergie.

Et ce complexe ici même récolte cette énergie afin de convertir l'ADP en ATP. Donc, quand je parle de NADH comme valant, chacun d'eux valant trois ATP, ce dont je parle vraiment, c'est du fait que les NADH peuvent être utilisés pour pomper des protons dans les mitochondries à l'extérieur d'ici, et ces protons peuvent ensuite être utilisés , peut alors être pompé, peut alors circuler de cette manière à travers cette pompe à protons, qui utilise alors l'ADP dans la cavité interne des mitochondries pour créer de l'ATP. Et voilà enfin la conversion d'ADP en ATP. On peut enfin se rendre compte de ce bénéfice tant promis. Et puis ces molécules d'ATP sont exportées des mitochondries dans toute la cellule et utilisées pour entraîner de nombreuses réactions. Nous avons déjà rencontré un ensemble important de réactions, et ces réactions sont la polymérisation d'acides nucléiques. Maintenant, un dernier point que je veux faire est le suivant. Nous venons de parler de métabolisme, nous avons parlé de la voie de production d'énergie dans la cellule.

Et vous avez peut-être eu l'illusion, pendant un bref instant, que ce sont tous, c'est la somme de toutes les réactions biochimiques dans la cellule. Mais, en fait, si nous traçons toutes les réactions biochimiques dans la cellule, elles sont beaucoup plus compliquées. Voici la voie glycolytique. Vous le voyez juste ici où rien n'est nommé ? Voici le cycle de Krebs ici.

Et nous ne parlons même pas d'énergie ici. Et au fur et à mesure que les molécules empruntent cette voie d'ici à ici à ici à ici, certaines de ces molécules sont détournées pour d'autres applications.

Pas pour la production d'énergie mais pour d'autres applications.

Et ce qui se passe ici, ils sont convertis par une série d'étapes biochimiques complexes en d'autres molécules biologiques essentielles. Qu'est-ce que je veux dire par là ?

Si vous donnez E. coli, une bactérie, vous lui donnez une simple source de carbone comme le glucose et vous lui donnez du phosphate et vous lui donnez une simple source d'azote comme l'acétate d'ammonium ou quelque chose, E. coli peut, à partir de ces simples atomes générer tous les les acides aminés, peuvent générer les purines et les pyrimidines, peuvent générer toutes sortes de différentes molécules biologiques complexes à partir de ces simples blocs de construction. Et donc, le processus de biosynthèse implique non seulement la création de macromolécules, ces étapes de ce qu'on appelle le métabolisme intermédiaire sont utilisées pour synthétiser toutes les autres entités biochimiques dont on a besoin pour fabriquer une cellule. Ils sont utilisés pour synthétiser des purines et des pyrimidines.

Ils sont utilisés pour synthétiser des lipides, ils sont utilisés pour synthétiser des acides aminés et ils sont utilisés pour synthétiser littéralement des centaines d'autres composés. Et quand nous voyons ce graphique comme ceci, et que personne sur la face de la planète n'a jamais mémorisé ce graphique, chacune de ces étapes, allant d'une molécule à l'autre, représente une autre réaction biochimique. Et la grande majorité de ces réactions biochimiques allant de A à B à C à D.

Chacune de ces étapes nécessite l'intervention d'une enzyme, un catalyseur spécialisé pour cette étape particulière.

Ainsi, cela commence à vous donner une idée du nombre d'étapes biochimiques distinctes dont une cellule a besoin. Les nombres probablement pour faire une cellule simple, vous avez probablement besoin d'environ un millier de réactions biochimiques distinctes, dont chacune nécessite l'implication d'une enzyme. Et beaucoup de ces étapes, et surtout, beaucoup de ces étapes biochimiques sont des réactions endergoniques. Où puisent-ils l'énergie pour faire avancer ces réactions s'ils sont endergoniques ? ATP. Ainsi, l'ATP du four générateur d'énergie ici est ensuite réparti dans toute la cellule pour alimenter toutes ces réactions consommatrices d'énergie. Passe un bon weekend.


Affiliations

Département de biophysique et Howard Hughes Medical Institute, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, TX, États-Unis

William Peeples et Michael K. Rosen

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Contributions

M.K.R. et W.P. conçu l'étude et conçu le programme de recherche. W.P. effectué toutes les expériences. M.K.R. obtenu le financement et supervisé les travaux. W.P. et M.K.R. écrit le manuscrit.

Auteur correspondant


Méthodes

Plusieurs étapes ultérieures sont impliquées dans la création de modèles initiaux à partir des voies KEGG. Toutes ces étapes sont décrites en détail dans les sections suivantes et représentées sous forme d'organigramme dans la figure ​ Figure1 1 .

Génération de modèles de biologie des systèmes à partir des voies KEGG. L'organigramme montre toutes les étapes majeures impliquées dans la création de modèles de biologie des systèmes initiaux à partir des voies KEGG. L'ensemble de la méthode nécessite deux sources : un chemin KEGG au format KGML et un accès à d'autres bases de données KEGG, par exemple via l'API KEGG. Les étapes de prétraitement, représentées en haut, impliquent principalement la suppression des nœuds inappropriés et le traitement des réactions. Une étape importante est la suppression des entrées en double. Cependant, certaines étapes supplémentaires nécessitent des informations sur ces doublons (par exemple, lors de l'utilisation du package d'extension de mise en page pour SBML) et, par conséquent, cela ne fait pas toujours partie du prétraitement et peut être effectué à un stade ultérieur. Selon le format de sortie souhaité, des étapes de traitement distinctes sont exécutées qui impliquent une conversion et une annotation appropriées du modèle initial.

Le langage de balisage KEGG (KGML)

KEGG utilise le format KGML pour coder ses chemins [16]. Pour chaque voie, il existe une voie de référence générique qui est dérivée pour une pléthore d'organismes différents. Tous les nœuds de ces voies correspondent principalement à des protéines, de petites molécules, d'autres voies ou complexes référencés et sont codés en tant qu'entrées dans KGML. Ces entrées ont un attribut type qui précise davantage sa nature. De plus, ils peuvent avoir un attribut graphique qui est essentiel pour les visualisations de parcours. Les entrées correspondant aux groupes contiennent des composants qui font référence à leurs entrées contenues.

Outre les entrées, KGML spécifie les réactions, qui contiennent des substrats et des produits qui sont essentiellement des références aux entrées correspondantes. La seule information supplémentaire fournie pour les réactions est un attribut de type, qui est soit ‘reversible’, soit ‘irreversible’. De plus, KEGG spécifie des relations, qui sont principalement importantes pour la visualisation des voies de signalisation. Les relations contiennent des connexions réseau entre deux entrées, telles que 𠇊 phosphoryle B”, ou 𠇊 inhibe B”, mais elles ne fournissent pas suffisamment d'informations pour les conversions en réactions biochimiques complètes.

Prétraitement et correction des problèmes dans le KGML d'entrée

Avant de convertir les chemins KEGG vers d'autres langages de modélisation, plusieurs problèmes doivent être corrigés lors des étapes de prétraitement directement sur le KGML d'entrée. Celles-ci incluent les opérations qui impliquent l'ajout ou la suppression d'entrées du document KGML, ainsi que le traitement des réactions contenues. La conversion réelle en modèles est indépendante de ces étapes et est effectuée après le prétraitement. Pour générer des modèles fiables, on peut vouloir supprimer les liens vers d'autres cartes de chemin du document. Ces cartes de voies référencées ne sont pas des instances physiques et doivent donc être ignorées pour certains logiciels de simulation de modèles. Cependant, ils peuvent être nécessaires pour les voies de réticulation. De plus, les orphelins (c'est-à-dire les entrées qui ne sont pas présentes dans les réactions ou les relations) peuvent être inutiles pour certaines approches de modélisation et peuvent donc également être supprimés. Les réactions biochimiques correctes constituent une étape importante vers la construction de modèles métaboliques. Les réactions spécifiées dans le KGML nécessitent un prétraitement important afin de les traduire de manière fiable en SBML ou BioPAX. Les voies KGML contiennent souvent des objets de réaction XML uniques qui pointent vers plusieurs réactions biochimiques différentes dans la base de données KEGG REACTION. Ces réactions groupées doivent être désassemblées en objets de réaction séparés dans le document XML, afin d'obtenir un modèle avec des réactions biochimiques équilibrées et correctes. Étant donné que les informations fournies dans le KGML sont limitées, l'API KEGG doit être interrogée pour d'autres étapes de correction. À partir de l'API KEGG, des informations sur la réversibilité de la réaction sont récupérées, ainsi que l'équation de la réaction, y compris tous les substrats, produits, catalyseurs et informations stoechiométriques. La réversibilité est directement annotée sur la réaction, les informations stoechiométriques doivent être stockées dans des classes séparées, qui sont ensuite traduites dans le format de sortie souhaité. L'équation est utilisée pour vérifier les participants manquants. Mais il ne suffit pas de comparer tous les identifiants KEGG présents dans le KGML à l'équation de réaction. KEGG se compose de nombreuses bases de données distinctes qui contiennent des informations sur les composés, les médicaments, les glycanes, etc.Par conséquent, un composé peut avoir plusieurs identifiants KEGG, par exemple, un dans KEGG COMPOUND et un autre dans KEGG DRUG. Les équations de réaction spécifient un seul identifiant pour chaque participant, qui est l'un de tous les identifiants disponibles pour un objet. Par conséquent, davantage de requêtes vers l'API KEGG sont nécessaires afin de récupérer tous les synonymes pour tous les identifiants. Maintenant, il est possible de comparer tous les réactifs aux composants de la voie, de vérifier les participants manquants à la réaction et éventuellement de les ajouter au KGML. Une méthode similaire est requise pour vérifier les enzymes manquantes (c'est-à-dire les modificateurs de réaction) Nous utilisons les numéros de la Commission des enzymes (numéros CE) pour vérifier les enzymes manquantes.

Une dernière étape importante de prétraitement peut être effectuée avant de convertir les voies en modèles. La base de données KEGG utilise des informations sur l'orthologie pour fournir des cartes de voies pour différents organismes. Les enzymes catalysant les réactions sont annotées à l'aide de numéros EC, qui sont indépendants des organismes réels. Dans certains cas, cela conduit à des enzymes ou à des entrées annotées dans le KGML, pour lesquelles aucune instance physique dans l'organisme actuel d'intérêt n'est connue. Autrement dit, l'entrée n'existe probablement pas dans l'organisme actuel ou son existence n'a pas encore été prouvée. Pour visualiser ces informations, KEGG change la couleur d'arrière-plan de ces nœuds orthologues en blanc. Ces nœuds doivent également être supprimés afin d'obtenir des modèles spécifiques à l'organisme.

Bilan atomique des réactions

Après l'étape de prétraitement décrite, le document KGML contient des réactions dégroupées et complètes, pour lesquelles l'équation et la stoechiométrie ont été annotées. En utilisant l'API KEGG, la formule chimique de chaque composé participant à une réaction peut être récupérée. En utilisant ces informations avec la stoechiométrie, il est possible de compter et de comparer tous les atomes du côté substrat et produit. D'autres propriétés doivent être prises en compte : un ‘R’ générique est parfois utilisé du côté du substrat et du produit pour indiquer tout substituant. Des variables comme m et m+1 sont utilisés par KEGG pour créer des réactions plus génériques. Lors de nos tests, nous avons détecté quelques cas simples, dans lesquels un H + ou P + manquait, mais aussi quelques autres cas, dans lesquels plusieurs atomes (par exemple, 2 C, 3 H et 1 P) manquaient. Il n'est pas recommandé de corriger automatiquement ces problèmes, car les véritables composants manquants sont inconnus. Par exemple, si un P + manque du côté du substrat, des composés plus gros pourraient manquer de n'importe quel côté de la réaction. Les possibilités de composants manquants des deux côtés incluent l'ATP → ADP, le NADPH → NADH et bien d'autres. Par conséquent, notre implémentation ajoute le résultat de chaque vérification d'atome comme commentaire sur chaque réaction et les chercheurs pourraient avoir à corriger manuellement les réactions avec des atomes manquants.

Conversion et annotation du document KGML

Le document KGML complété et corrigé peut maintenant être utilisé pour générer des modèles. Par conséquent, des conversions vers BioPAX, SBML, SBML-qual et plusieurs autres formats sont nécessaires. En règle générale, l'instance de modèle doit être initialisée et toutes les entrées doivent être ajoutées au modèle. Des précautions doivent être prises lors de cette étape, car plusieurs copies d'une entrée peuvent exister dans un même document KGML. Habituellement, chaque copie graphique catalyse des réactions différentes. Mais pour les modèles de biologie des systèmes, un seul élément doit être créé pour toutes les copies, représentant une union de toutes les entrées physiquement identiques. De plus, KGML spécifie un type d'entrée appelé ‘reaction’, qui ne doit pas être converti en une entité physique dans le modèle résultant. Selon le langage de modélisation, les réactions ou les relations ou les deux doivent être convertis au format choisi.

Outre ces étapes de conversion, des opérations supplémentaires sont nécessaires afin de faciliter les efforts de modélisation ultérieurs par les chercheurs. Cela comprend des annotations et des commentaires détaillés pour tous les éléments. Par conséquent, des termes d'ontologie génétique, décrivant les éléments et leur fonction, ainsi que des identifiants pour une pléthore d'autres bases de données pour les gènes, les protéines, les interactions, les informations structurelles, les petites molécules, etc. sont ajoutés au modèle. Plus en détail, des identifiants sont ajoutés pour Entrez Gene, OMIM, Ensembl, UniProt, ChEBI, DrugBank, Gene Ontology, HGNC, PubChem, 3DMET, NCBI Taxonomy, PDBeChem, GlycomeDB, LipidBank, les numéros EC (nomenclature enzymatique) et diverses bases de données KEGG ( GÈNE, GLYCAN, RÉACTION, COMPOSÉ, MÉDICAMENT, VOIE, ORTHOLOGIE). Outre ces références croisées, d'autres annotations utiles lisibles par l'homme et la machine sont ajoutées, par exemple, des symboles de gènes officiels, des synonymes, des descriptions lisibles par l'homme, des liens vers plus de ressources ou de visualisations, ainsi que la formule chimique et le poids moléculaire des petites molécules.

L'annotation des modèles est une étape importante, car les simulations sur des données réelles ou de simples outils de visualisation de données expérimentales nécessitent des identifiants uniques pour cartographier les données expérimentales sur la structure de la voie. Si les modèles fournissent une structure de données simple avec des étiquettes, mais pas d'identifiants de référence, ils sont difficilement utilisables en conjonction avec des données expérimentales.

KEGG à BioPAX

Aujourd'hui, le niveau 3 est le niveau le plus récent de BioPAX. Mais le niveau 2 est toujours courant et certaines structures de données au niveau 3 ne sont pas disponibles au niveau 2. Par conséquent, des convertisseurs séparés pour BioPAX niveau 2 et pour niveau 3 sont nécessaires. Tout d'abord, un modèle BioPAX doit être créé et un objet de voie, correspondant au KGML d'entrée, doit être ajouté au modèle. Ensuite, plusieurs annotations et références croisées sont définies pour cette voie. Cela inclut, par exemple, l'organisme, les références croisées à d'autres bases de données et les termes d'ontologie génétique pour définir la fonction de la voie. L'étape suivante consiste à mapper chaque élément KGML à un élément BioPAX correspondant. La figure ​ La figure2 2 donne un aperçu de ces mappages.

Structure de classe simplifiée et mappage de KGML à BioPAX. La figure montre le mappage brut de KGML aux instances de classe BioPAX. L'attribut type de chaque entrée détermine comment elle est traduite (voir le tableau ​ Tableau1). 1 ). Les réactions catalysées par des enzymes sont traduites en Catalyse , tandis que les réactions non catalysées sont traduites directement en BiochemicalReaction s. Les relations sont traduites différemment, selon leur sous-type, les entités participantes et le niveau BioPAX choisi (voir Tableau ​ Tableau2). 2 ). Pour rester clair, la figure n'inclut pas les informations qui, dans BioPAX Niveau 2, héritent du contrôle et de la conversion de physicalInteraction . De plus, une Catalyse se compose de deux éléments : un Contrôleur et un élément Contrôlé. Pour nos besoins, le Contrôleur est toujours une enzyme et Contrôlé est une Réaction Biochimique. De même, les relations KGML peuvent être traduites en un élément Control qui régule soit une Conversion soit un TemplateReaction .

Ayant le modèle de voie initial, l'étape suivante consiste à créer des éléments BioPAX pour chaque entrée KGML. Cette traduction dépend principalement du type de l'entrée KGML et est répertoriée en détail dans le tableau ​ Tableau1. 1 . Les entrées avec le même identifiant (copies graphiques du même élément) sont regroupées dans une instance et un seul élément BioPAX est créé pour celles-ci. Selon l'élément BioPAX qui vient d'être créé, d'autres étapes d'annotation sont nécessaires. Pour Complex es, nous devons ajouter tous ses composants. Pour SmallMolecule s, nous ajoutons le poids moléculaire et la formule chimique aux champs BioPAX correspondants, ce qui facilite les étapes de modélisation ultérieures. Pour chaque élément, des références croisées vers d'autres bases de données et d'autres annotations sont ajoutées comme décrit dans la section précédente.

Tableau 1

Instances BioPAX et termes SBO correspondant aux types d'entrée KGML

Type d'entréeÉlément BioPAXTerme SBO
composé petiteMolécule 247 (produit chimique simple)
enzyme protéine 252 (chaîne polypeptidique)
gène protéine 252 (chaîne polypeptidique)
orthologue protéine 252 (chaîne polypeptidique)
grouper complexe 253 (complexe non covalent)
cartesentier552 (annotation de référence)

Ce tableau décrit la conversion des entrées KGML en BioPAX ou SBML. La conversion dépend de l'attribut de type d'entrée KGML. Pour BioPAX, différentes instances de classe sont initialisées. Les conversions en SBML impliquent toujours la création d'une espèce avec le terme SBO donné pour chaque entrée KGML. La spécification KGML indique qu'une entrée de type ‘gene’ ȁ est un produit génique (principalement une protéine)”. De plus, un ‘groupe’ ȁ est un complexe de produits géniques (principalement un complexe protéique)” [16]. Pour la compatibilité avec les versions précédentes de KGML, le type obsolète ‘genes’ correspond à ‘group’ depuis KGML v0.6.1. De plus, les entrées de type ‘reaction’ ne sont pas répertoriées dans le tableau, mais discutées dans une section distincte.

Les réactions de KEGG correspondent toujours à des réactions biochimiques. Ainsi, une BiochemicalReaction est la structure de données appropriée pour ces réactions et une instance de cette classe est créée pour chaque réaction KGML. Si les enzymes catalysantes sont annotées, une instance Catalyse est créée. Cette catalyse catalyse les enzymes en tant que contrôleurs et la réaction biochimique en tant qu'élément contrôlé. La réaction est annotée avec le sens de la réaction et si elle est réversible ou non. De plus, la stoechiométrie de chaque participant est annotée, ainsi que les numéros EC de toutes les enzymes catalysantes. Même aux réactions, des informations de support lisibles par l'homme sont ajoutées, comme l'équation de la réaction, d'autres voies dans lesquelles cette réaction se produit également et une description générique. De plus, le résultat de la vérification de l'équilibre des atomes est ajouté en tant que commentaire supplémentaire, ainsi que des informations complètes sur les atomes qui se trouvent du côté du substrat, ceux du côté du produit et la différence entre eux.

Outre les réactions biochimiques, BioPAX prend également en charge d'autres types de relations entre les entités. Ceux-ci incluent des éléments universels, tels que Conversion s ou MolecularInteraction s, qui sont pratiques pour traduire des relations KEGG génériques qui ne fournissent pas beaucoup d'informations. Les relations de type �tivation’, ‘inhibition’ ou ‘missing interaction’ constituent des exemples de telles traductions génériques. La différence entre ceux-ci est que Conversion s peut être utilisé pour spécifier une source et une cible, alors que MolecularInteraction s (qui est le même que physicalInteraction s dans BioPAX Niveau 2) n'ont qu'un seul pool d'entités participantes. D'autres relations KEGG peuvent être converties en classes d'interaction BioPAX plus spécifiques. Un ComplexAssembly , par exemple, est utilisé pour exprimer une liaison entre plusieurs éléments, mais aussi pour une dissociation d'éléments. Cependant, l'utilisation de cette classe nécessite que le produit ou substrat donné (dans un démontage) soit un Complex . Si ces exigences ne sont pas remplies, une conversion générique est utilisée. Les relations qui impliquent la modification d'une protéine sont traduites de manière appropriée en BioPAX en créant des processus contrôlés. Cela implique la création d'un élément de contrôle qui contient un processus et un contrôleur qui régule ce processus. Ceci est utilisé pour traduire les relations qui décrivent, par exemple, une phosphorylation.

À cette fin, une Conversion est générée, qui contient la protéine non phosphorylée comme source et un variant phosphorylé comme cible. Cette conversion est contrôlée par une instance de Controller qui contient la protéine de contrôle.

Dans BioPAX Niveau 3, certaines améliorations supplémentaires des traductions sont effectuées, telles que le codage de la phosphorylation ou d'autres modifications en ajoutant une ModificationFeature à une entité. De plus, l'expression d'une protéine peut être codée avec un TemplateReaction . Ce type d'interaction est utilisé pour décrire la production d'un ARN ou d'une protéine à partir d'une séquence matrice. Ce processus est régulé par un TemplateReactionRegulation qui contient principalement un facteur de transcription en tant que régulateur. Dans KEGG, cela est spécifié par une relation qui contient le facteur de transcription comme source, la protéine comme cible et le terme 𠆎xpression’ comme sous-type.

Un InteractionVocabulary est créé pour chaque relation traduite qui spécifie le type d'interaction en tant que terme de vocabulaire contrôlé et chaîne lisible par l'homme. À cette fin, les termes de Systems Biology Ontology (SBO) [17], Gene Ontology (GO) [18] et Molecular Interactions Ontology (MI) [19] sont utilisés. Les modifications de protéines sont en outre désignées par un vocabulaire de modification de séquence dans BioPAX niveau 3, qui utilise des termes de l'ontologie de modification de protéines (MOD) [20]. Le tableau ​ Tableau2 2 montre en détail comment chaque relation est convertie et quels termes d'ontologie sont utilisés.

Tableau 2

Instances BioPAX et termes d'ontologie correspondant aux sous-types de relations KGML

Sous-type de relationÉlément BioPAXTerme SBOterme MIGO terme
Activation conversion, contrôle 170 (stimulation) rienrien
inhibition conversion, contrôle 169 (inhibition) rienrien
expression ModèleRéaction, -Régulation 170 (stimulation) rien10467
répression ModèleRéaction, -Régulation 169 (inhibition) rienrien
effet indirect conversion 344 (interaction moléculaire) rienrien
changement d'état conversion 168 (contrôle) rienrien
liaison/association ComplexAssembly 177 (liaison non covalente) 914 5488
dissociation ComplexAssembly 180 (dissociation) rienrien
interaction manquante Interaction Moléculaire 396 (processus incertain) rienrien
phosphorylation conversion, contrôle 216 (phosphorylation) 217 16310
déphosphorylation conversion, contrôle 330 (déphosphorylation) 203 16311
glycosylation conversion, contrôle 217 (glycosylation) 559 70085
ubiquitination conversion, contrôle 224 (ubiquitination) 220 16567
méthylationconversion, contrôle214 (méthylation)21332259

Ce tableau montre comment les relations sont gérées lors de la conversion vers BioPAX ou SBML. La conversion dépend du sous-type de chaque relation. Pour chaque sous-type, l'élément BioPAX correspondant, ainsi que les termes de différentes ontologies sont spécifiés. Lors de la conversion vers BioPAX, tous les termes sont annotés en tant qu'instance de InteractionVocabulary , tandis qu'une transition SBML a un champ pour le terme SBO et d'autres termes sont ajoutés en tant que vocabulaires contrôlés sur la transition . Veuillez noter que certains éléments BioPAX sont soumis à certaines conditions et que d'autres doivent être remplacés par des classes plus génériques dans BioPAX Niveau 2, en raison des différences entre les deux versions. Veuillez consulter la section KEGG vers BioPAX pour plus de détails.

KEGG à SBML

Même s'il ne s'agit pas de la dernière version de SBML, la version 4 de niveau 2 est toujours utilisée dans de nombreuses applications et devrait donc être prise en charge pour la conversion de modèles métaboliques. La version la plus récente de SBML de niveau 3 introduit des packages d'extension et doit inclure des modèles qualitatifs (qual), des groupes et des informations de mise en page dans le document, qui sont essentielles pour la modélisation des voies de signalisation. À première vue, la conversion de KGML en SBML semble simple. Ceci est également suggéré par le schéma de mappage, illustré à la figure ​ Figure3. 3 . Mais dans SBML, la distinction entre divers types de relations ou d'entrées n'est pas faite en utilisant différentes instances de classe, comme dans BioPAX, mais en utilisant des paires attribut-valeur spéciales, telles que les termes SBO. KEGG définit des entrées et un type d'entrée, qui spécifie si l'entrée correspond à une protéine, un complexe, une petite molécule, une carte de voie référencée ou un autre type. BioPAX propose différentes classes pour faire la distinction entre ces types. SBML, similaire à KGML, a juste une classe nommée species pour coder toutes ces entrées. Le type de l'espèce doit être spécifié en utilisant les termes de la Systems Biology Ontology (SBO) [17]. Ces termes SBO sont organisés hiérarchiquement et seuls les termes SBO de la branche ‘material entity’ doivent être utilisés pour coder les entités. Le tableau ​ Tableau1 1 montre quels termes SBO sont les plus appropriés pour coder les différentes entrées KGML. De plus, comme dans les traductions BioPAX, il est important de regrouper les copies graphiques des mêmes entrées dans un élément et de créer un seul élément d'espèce pour cette entrée. Pour rendre le modèle utilisable pour d'autres applications, de nombreuses annotations et références à d'autres bases de données sont ajoutées, en utilisant des termes de vocabulaire contrôlé (CV) normalisés et des identifiants MIRIAM [21,22]. De plus, une description, divers synonymes, le numéro CAS, la formule chimique, une image de référence (formule structurelle pour les composés, image de la carte des voies pour les voies), le poids moléculaire et la masse sont ajoutés en tant qu'annotation lisible par l'homme, si disponible.

Structure de classe simplifiée et mappage de KGML vers SBML. Cette cartographie inclut les modèles qualitatifs SBML (qual) et les packages d'extension des groupes. La plupart des propriétés sont codées en tant qu'attributs sur les classes réelles. Les tableaux ​ Les tableaux1 1 et ​ et2 2 donnent plus de détails sur la traduction des entrées et des relations. SBML ne peut gérer que les réactions. Par conséquent, SBML-qual est requis pour coder correctement les relations. Ce package d'extension nécessite son propre modèle. Par la suite, le modèle SBML-core et chaque espèce doivent être dupliqués pour obtenir un modèle qualitatif incluant les relations traduites. De plus, le package d'extension des groupes peut être utilisé pour un codage correct des groupes en SBML.

Les groupes ne sont pas pris en charge par SBML-core. Afin d'encoder des entrées de type ‘group’ en SBML niveau 3, on peut utiliser le package d'extension groups [23]. Pour coder des groupes en SBML avant le niveau 3, le seul moyen est d'ajouter des annotations, par exemple en ajoutant un terme de CV avec un qualificateur BQB_IS_ENCODED_BY ou BQB_HAS_PART qui spécifie le contenu du groupe. Dans tous les cas, un terme SBO devrait également être utilisé, qui marque cette espèce comme un complexe de plusieurs autres espèces .

Les réactions KEGG sont converties en réactions SBML avec des termes SBO corrects pour les substrats (SBO:0000015) et les produits (SBO:0000011). Si la réaction est réversible, un terme SBO de réactif générique (SBO:0000010) doit être appliqué à tous les participants à la réaction. De plus, la réversibilité est annotée sur la réaction elle-même et la stoechiométrie est annotée sur tous les participants à la réaction. Les enzymes catalysantes sont incluses en tant que ModificateurSpeciesReference et les termes CV, se référant à l'identifiant de la réaction KEGG ainsi que toutes les voies, dans lesquelles cette réaction se produit, sont ajoutés. Les annotations lisibles par l'homme sur les réactions incluent la définition de la réaction, l'équation, une référence à l'équation de la réaction sous forme d'image HTML et le résultat de la vérification de l'équilibre des atomes (c'est-à-dire s'il manque des atomes dans la réaction).

Des relations sont nécessaires pour coder les voies de signalisation mais ne peuvent pas être correctement incluses dans le noyau SBML. Il n'y a pas de structure qui encode, par exemple, 𠇊 active B”—, nous ne pouvons qu'ajouter des réactions à SBML.Pour le niveau 3 du SBML, le progiciel d'extension des modèles qualitatifs (qual) récemment proposé résout ce problème [24]. Cette extension est conçue pour la modélisation qualitative et permet de modéliser des relations qui ne peuvent pas être décrites en détail. Ainsi, pour coder les relations KEGG, nous devons convertir le modèle en un modèle qualitatif et créer une transition qualitative pour chaque relation. Un terme SBO, comme indiqué dans le tableau ​ Tableau2, 2 , est affecté à la transition pour spécifier son type. Un terme GO, mentionné dans le même tableau, est en outre ajouté en tant que terme CV sur la transition .

Autres caractéristiques KGML

Les entrées KGML qui sont des réactions

La spécification KGML permet aux entrées d'avoir un type appelé ‘reaction’. Cela peut être utilisé, par exemple, pour laisser une relation pointer vers une réaction. En fait, KGML permet uniquement aux entrées d'être des cibles de relations mais ces constructions peuvent être utilisées pour relâcher les contraintes. Cependant, BioPAX permet naturellement aux interactions de pointer vers d'autres interactions en tant que sources ou cibles. Par conséquent, la structure du document n'est pas invalidée si les entrées de type ‘reaction’ sont converties en réactions réelles dans BioPAX et chaque utilisation de cette entrée est remplacée par l'utilisation de la réaction BioPAX.

Dans SBML, ces entrées sont également converties en réaction s. Aucune espèce n'est créée pour les entrées de type ‘reaction’ dans SBML-core. Pour SBML-qual, la spécification a des exigences similaires à celles de KGML : toutes les transitions doivent avoir des espèces qualitatives comme sources ou cibles. Par conséquent, pour SBML-qual, la traduction est similaire au KGML source et une espèce qualitative avec une annotation adéquate est créée pour les entrées de type ‘reaction’.

Relations de sous-type 𠆌ompound’

Certains documents KGML incluent des réactions et exclusivement des relations de sous-type 𠆌ompound’. Ces relations composées sont principalement des relations entre enzymes et composés. KEGG déclare que ce composé est “ partagé avec deux réactions successives […]” [16]. En d'autres termes, ces relations sont des copies de réactions qui ont été créées par KEGG pour une meilleure représentation graphique du cheminement. Ainsi, traduire à la fois les réactions et les relations composées produirait des informations dupliquées.

Documents avec des glycanes au lieu de composés

Parfois, KGML spécifie les glycanes comme participants à la réaction au lieu de composés. En fait, il n'y a rien de mal à cela, sauf que l'API KEGG renvoie souvent des équations de réaction avec des identifiants de composés et certains attributs, tels que la formule chimique ou le poids moléculaire, sont exclusivement disponibles pour les composés. Cela conduit à des réactions qui sont détectées à tort comme incorrectes ou à des formules chimiques manquantes. Par conséquent, si un identifiant de composé synonyme est disponible pour un glycane KEGG ou un autre identifiant de base de données KEGG qui contient des synonymes dans KEGG COMPOUND, il est conseillé de récupérer et de travailler en interne avec l'identifiant de composé. Sinon, il est très probable que des doublons des mêmes entrées mais avec des identifiants différents soient créés dans un modèle et que certaines relations ne soient pas correctement résolues.

Mise en œuvre et disponibilité

Toutes les méthodes décrites sont implémentées dans la deuxième version de KEGGtranslator (depuis la version 2.2). L'application utilise et inclut Paxtools, une bibliothèque Java pour travailler avec BioPAX qui facilite la construction et l'écriture de la structure de données interne BioPAX (http://www.biopax.org/paxtools.php). Pour établir la structure de données SBML, KEGGtranslator utilise la bibliothèque Java JSBML [25] et prend en charge SBML Niveau 2 Version 4 [26] et SBML Niveau 3 Version 1 [27].

KEGGtranslator est implémenté en Java™, fournit une interface utilisateur graphique (GUI) interactive, conviviale et facile à utiliser et est disponible gratuitement sous la licence LGPL version 3 sur http://www.cogsys.cs.uni -tuebingen.de/software/KEGGtranslator/. Les chemins KGML peuvent être téléchargés automatiquement depuis KEGGtranslator. L'application peut convertir les voies KEGG des fichiers KGML en BioPAX niveau 2, BioPAX niveau 3, SBML (core), SBML (qual) ou SBML-core et -qual dans un seul modèle. Si vous le souhaitez, des représentations graphiques peuvent être créées en SBGN, SIF, GML, GraphML, JPG et dans d'autres formats. En outre, de nombreuses options sont fournies qui contrôlent le (pré-)traitement décrit des conversions KEGG et permettent aux utilisateurs de personnaliser les modèles générés pour répondre à un grand nombre d'exigences différentes.


PRINCIPES ET APPLICATIONS EN MYCOLOGIE ET ​​PARASITOLOGIE

La capacité d'identifier avec précision les micro-organismes est fondamentale pour tous les aspects de l'épidémiologie et du diagnostic fongiques. En phytopathologie, l'identification précoce des agents pathogènes est essentielle à la reconnaissance des agents pathogènes (60). Au cours des dix dernières années, des progrès ont été réalisés dans le diagnostic moléculaire des champignons grâce à la technologie PCR. Contrairement aux méthodes conventionnelles, les échantillons peuvent être testés directement par PCR et isolés sans avoir besoin de cultures. La technique est rapide et très spécifique. Il peut être utilisé pour détecter des traces d'ADN fongique à partir d'échantillons de l'environnement avant l'apparition des symptômes. Elle permet donc la mise en place de méthodes de lutte précoce contre la maladie. La PCR peut être effectuée en routine et ne nécessite pas de compétences spécialisées pour interpréter les résultats. La technologie peut également offrir des données quantitatives plus précises, fournissant des informations supplémentaires nécessaires à la prise de décision et à l'évaluation de l'efficacité des agents fongiques dans la lutte biologique. Depuis son introduction au milieu des années 1980, la PCR est devenue la pierre angulaire de la technologie de l'ADN et a ouvert la voie à la création d'innombrables technologies associées. Il est remarquable par sa capacité à détecter des quantités d'ADN amplifiées à partir d'une ou de quelques séquences originales. La PCR conventionnelle n'est pas quantitative, mais plutôt qualitative. Il a été utilisé pour détecter, surveiller et identifier les champignons à partir d'un ensemble complet d'échantillons environnementaux et est au cœur du diagnostic moléculaire des champignons (4).

PCR fluorescente in situ utilise des amorces ou des sondes marquées par fluorescence pour détecter et localiser les champignons dans des échantillons environnementaux fixes après semi-perméabilisation (102). La fluorescence des amorces ou sondes est détectée à l'aide d'un microscope confocal. Cette technique permet la détection directe de l'organisme dans l'échantillon. Il montre également la distribution spatiale, les interactions avec l'hôte et d'autres organismes. Bago, Piche, Simon (5) d'occasion in situ PCR pour détecter et localiser les infections causées par les champignons mycorhizes arbusculaires. La portée de la PCR est infinie (5). Il peut être utilisé pour étudier une seule espèce ou des communautés entières (22,35,80).

Pneumocystis jiroveci (un champignon précédemment dénommé Pneumocystis carinii) peut provoquer une pneumonie sévère chez les patients infectés par le VIH ou immunodéprimés, mais sa détection est limitée à la microscopie d'échantillons dans les voies respiratoires. Microscopie pour la détection de P. jiroveci implique généralement l'utilisation de taches. L'immunofluorescence est plus sensible que ces colorations, mais est plus chère et nécessite des installations spécialisées. La PCR est plus sensible, en particulier chez les patients non infectés par le VIH, et peut donc être d'une utilité considérable (36). La spécificité de la PCR est limitée, mais comme ce microorganisme est un commensal omniprésent, il peut être détecté par PCR en l'absence de la maladie (37).

Un autre exemple d'utilisation de la technologie PCR en mycologie est la détection d'infections provenant de Aspergillus ssp. chez les patients atteints de neutropénie. Cette maladie est notoirement difficile à diagnostiquer en raison de la faible sensibilité de la méthode de culture et de la difficulté de trouver des échantillons histopathologiques chez les individus ayant une faible numération plaquettaire. Un traitement précoce est essentiel pour obtenir les meilleurs résultats. La PCR peut réduire le temps requis pour le diagnostic spécifique (111). La PCR en temps réel a été utilisée avec succès pour quantifier le nombre d'agents pathogènes (7,13,21,112), aidant ainsi à prendre des décisions concernant la façon de traiter les maladies fongiques et d'évaluer les effets des champignons (57).

Le diagnostic parasitologique peut être assisté par des méthodes moléculaires. De nombreux parasites ne sont pas cultivables en laboratoire et le diagnostic repose principalement sur la sérologie et la microscopie relativement moins sensible. La microscopie reste un support au diagnostic du paludisme, mais en raison de sa plus grande sensibilité, la PCR permet de diagnostiquer cette maladie même dans des situations difficiles. Les espèces de Plasmodium peuvent également être détectées dans différentes infections, ce qui peut entraver le discernement microscopique (99)


Enzymes et réactions biochimiques

La plupart des réactions chimiques au sein des organismes seraient impossibles dans les conditions des cellules. Par exemple, la température corporelle de la plupart des organismes est trop basse pour que les réactions se produisent assez rapidement pour mener à bien les processus vitaux. Les réactifs peuvent également être présents à des concentrations si faibles qu'il est peu probable qu'ils se rencontrent et entrent en collision. Par conséquent, la vitesse de la plupart des réactions biochimiques doit être augmentée par un catalyseur. UNE catalyseur est un produit chimique qui accélère les réactions chimiques. Dans les organismes, les catalyseurs sont appelés enzymes. Essentiellement, les enzymes sont des catalyseurs biologiques.

Comme d'autres catalyseurs, les enzymes ne sont pas des réactifs dans les réactions qu'elles contrôlent. Ils aident les réactifs à interagir mais ne sont pas utilisés dans les réactions. Au lieu de cela, ils peuvent être utilisés encore et encore. Contrairement à d'autres catalyseurs, les enzymes sont généralement très spécifiques pour des réactions chimiques particulières. Ils ne catalysent généralement qu'un ou quelques types de réactions.

Les enzymes sont extrêmement efficaces pour accélérer les réactions. Ils peuvent catalyser jusqu'à plusieurs millions de réactions par seconde. En conséquence, la différence de taux de réactions biochimiques avec et sans enzymes peut être énorme. Une réaction biochimique typique peut prendre des heures, voire des jours, pour se produire dans des conditions cellulaires normales sans enzyme, mais moins d'une seconde avec une enzyme.

La figure (PageIndex<1>) illustre une réaction enzymatique typique. UNE substrat est la ou les molécules sur lesquelles l'enzyme agit. Dans la réaction catalysée par l'uréase, l'urée est le substrat.

Figure (PageIndex<1>) : la séquence d'étapes pour qu'un substrat se lie à une enzyme dans son site actif, réagisse, puis soit libéré sous forme de produits.

La première étape de la réaction est que le substrat se lie à une partie spécifique de la molécule d'enzyme, connue sous le nom de site actif. La liaison du substrat est dictée par la forme de chaque molécule. Les chaînes latérales de l'enzyme interagissent avec le substrat d'une manière spécifique, ce qui entraîne la création et la rupture de liaisons. Les site actif est l'endroit sur une enzyme où le substrat se lie. Une enzyme se replie de telle manière qu'elle a généralement un site actif, généralement une poche ou une crevasse formée par le modèle de repliement de la protéine. Parce que le site actif d'une enzyme a une forme si unique, un seul substrat particulier est capable de se lier à cette enzyme. En d'autres termes, chaque enzyme catalyse une seule réaction chimique avec un seul substrat. Une fois le complexe enzyme/substrat formé, la réaction se produit et le substrat se transforme en produits. Enfin, la ou les molécules de produit sont libérées du site actif. Notez que l'enzyme n'est pas affectée par la réaction et est maintenant capable de catalyser la réaction d'une autre molécule de substrat.

Pour de nombreuses enzymes, le site actif suit un serrure et clé (A dans la figure ci-dessous) modèle où le substrat s'insère exactement dans le site actif. L'enzyme et le substrat doivent être parfaitement compatibles afin que l'enzyme ne fonctionne que comme catalyseur pour une seule réaction. D'autres enzymes ont un ajustement induit (B dans la figure ci-dessous) modèle. Dans un modèle d'ajustement induit, le site actif peut effectuer des ajustements mineurs pour s'adapter au substrat. Il en résulte une enzyme capable d'interagir avec un petit groupe de substrats similaires. Regardez la forme du site actif par rapport à la forme du substrat en B de la figure ci-dessous. Le site actif s'ajuste pour s'adapter au substrat.

Figure (PageIndex<2>): (A) modèle enzymatique de verrouillage et de clé et (B) modèle enzymatique d'ajustement induit.


Les références

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Enzymes

Les enzymes sont des protéines qui ont la capacité de se lier au substrat dans leur site actif, puis de modifier chimiquement le substrat lié, le convertissant en une molécule différente - le produit de la réaction. Substrats se lient aux enzymes tout comme les ligands se lient aux protéines. Cependant, lorsque les substrats se lient aux enzymes, ils subissent un changement chimique induit par les enzymes et sont convertis en produits.

Figure 4. Comparez l'interaction protéine-ligand à l'interaction enzyme-substrat. Notez que les protéines de liaison et les enzymes ont des sites de liaison pour leurs ligands (L) et substrats (S), respectivement. Cette zone de l'enzyme est appelée site actif car elle contient également des acides aminés qui sont importants pour la conversion du substrat en produit.

Le substrat se lie à l'enzyme en interagissant avec les acides aminés dans le site de liaison. Le site de liaison sur les enzymes est souvent appelé le site actif car il contient des acides aminés qui à la fois se lient au substrat et aident à sa conversion en produit.

Vous pouvez souvent reconnaître qu'une protéine est une enzyme par son nom. De nombreux noms d'enzymes se terminent par –ase. Par exemple, l'enzyme lactase est utilisée pour décomposer le sucre lactose, présent dans le lait des mammifères. D'autres enzymes sont connues sous un nom commun, comme la pepsine, qui est une enzyme qui aide à la digestion des protéines dans l'estomac en brisant les liaisons peptidiques dans les protéines.

Les enzymes sont des catalyseurs, ce qui signifie qu'elles accélèrent la réaction, mais les enzymes elles-mêmes ne sont pas modifiées par la réaction globale. Examinez cette image pour voir comment les enzymes fonctionnent.

Figure 5. Réaction enzymatique simplifiée. Le substrat se lie de manière réversible au site actif de l'enzyme, formant le complexe enzyme-substrat (ES). Le substrat lié est converti en produit par des groupes catalytiques dans le site actif, formant le complexe enzyme-produit (EP). Les produits liés sont libérés, ramenant l'enzyme à sa forme non liée, prête à catalyser un autre cycle de conversion du substrat en produit.

Les acides aminés dans le site actif des enzymes jouent deux rôles, et parfois ces rôles se chevauchent. Certains des acides aminés dans le site actif sont responsables de la liaison du substrat et d'autres sont responsables de faciliter la réaction chimique. Les enzymes sont généralement assez spécifiques pour leurs substrats. Bien que la lactase et la pepsine catalysent toutes deux le même type de réaction, en brisant une liaison à l'aide d'eau (hydrolyse : “hydro” signifie “eau” et le lactose est son substrat et la pepsine ne peut que rompre les liaisons peptidiques.

Question de pratique

Deux substrats—le lactose et une protéine courte—sont montrés sur la gauche. Deux enzymes sont indiquées sur la droite, étiquetées A et B. Laquelle des deux enzymes est la lactase ?


Comment fonctionnent les enzymes

Figure 6. Schéma d'une réaction catalytique montrant la différence d'énergie d'activation dans la réaction non catalysée et catalysée. L'enzyme réduit la barrière énergétique requise pour activer le substrat, permettant à davantage de substrats d'être activés, ce qui augmente la vitesse de formation du produit. Notez que la différence d'énergie entre le substrat et le produit n'est pas modifiée par l'enzyme.

Dans toutes les réactions chimiques, il y a un apport initial d'énergie qui est nécessaire avant que la réaction puisse se produire. Si ce besoin initial en énergie (appelé énergie d'activation ou barrière énergétique) est faible, la réaction se produira rapidement et facilement. Si l'énergie d'activation est importante, la réaction prendra plus de temps à se produire. Les enzymes fonctionnent pour réduire l'énergie d'activation requise pour qu'une réaction chimique se produise.

Premièrement, l'enzyme se lie au substrat et déforme légèrement sa forme. Le changement de forme active la molécule de substrat et diminue l'énergie d'activation totale requise pour que le substrat soit transformé en produit. À mesure que le nombre de molécules de substrat activées augmente, la conversion du substrat en produit augmente également. Une analogie pour cet effet est une piste de ski, avec des skieurs au bas d'un côté de la pente représentant des substrats, des skieurs au sommet de la colline représentant des substrats activés, et les produits étant le nombre de skieurs qui descendent de l'autre côté. Si la hauteur de la pente est abaissée (en raison de la présence de l'enzyme), alors plus de skieurs peuvent atteindre le sommet, augmentant ainsi le nombre de skieurs qui descendent pour devenir des produits.

Questions pratiques

Remplissez le blanc : Lorsqu'une enzyme catalyse une réaction, ________.

  1. il augmente l'énergie d'activation de la réaction.
  2. il est utilisé une fois et jeté.
  3. cela devient un produit.
  4. il agit comme un réactif.
  5. il abaisse l'énergie d'activation de la réaction.

Qu'adviendra-t-il de la vitesse à laquelle une réaction chimique se déroule si l'énergie d'activation est augmentée ?

  1. La réaction se produira plus rapidement (à un taux plus élevé).
  2. La réaction se produira plus lentement (à un taux inférieur).
  3. La vitesse de réaction ne changera pas.

En résumé : Réactions chimiques

La couche externe d'électrons dicte la facilité et le type de liaisons chimiques qu'un atome particulier formera. La formation de composés est souvent décrite visuellement dans des équations chimiques qui montrent les réactifs participant à des réactions chimiques pour former des produits.

Les voies anabolisantes assemblent de grosses molécules pour en former de plus petites. Les voies cataboliques brisent les grosses molécules en petits morceaux.

Les enzymes sont des protéines qui accélèrent les réactions en réduisant l'énergie d'activation. Chaque enzyme se lie typiquement à un seul substrat. Les enzymes ne sont pas consommées au cours d'une réaction, mais sont disponibles pour lier de nouveaux substrats et catalyser la même réaction à plusieurs reprises.


Voir la vidéo: Diaporama dégradation acides aminés (Décembre 2021).