Réaction endergonique

Définition de la réaction endergonique

Une réaction endergonique est une réaction dans laquelle l’énergie est absorbée. En termes de chimie, cela signifie que le changement net d’énergie libre est positif – il y a plus d’énergie dans le système à la fin de la réaction qu’au début de celle-ci.

Parce que les réactions endergoniques impliquent un gain d’énergie, cette énergie doit être fournie par une source extérieure pour que la réaction se produise.

En biologie, les organismes utilisent des réactions endergoniques pour stocker l’énergie provenant de sources extérieures. La photosynthèse, qui utilise l’énergie de la lumière solaire pour créer des sucres, est une réaction endergonique. Il en va de même pour l’anabolisme des acides gras, au cours duquel l’énergie des aliments est stockée dans les molécules de graisse.

En général, les réactions qui impliquent la création de nouvelles liaisons chimiques sont endergoniques. Les liaisons chimiques « stockent » l’énergie de la réaction jusqu’à ce qu’elles soient rompues, auquel cas une partie de l’énergie mise dans la réaction initiale est libérée.

C’est sur ce principe que repose le métabolisme du glucose, des acides gras et d’autres combustibles biologiques. L’énergie provenant de la lumière solaire ou d’une autre source qui a été utilisée pour créer les liaisons chimiques dans les sucres, les protéines ou les graisses est libérée lorsque ces liaisons sont rompues par des processus comme la glycolyse et la respiration cellulaire.

En général, les réactions métaboliques qui impliquent la création de liaisons chimiques sont appelées réactions « anaboliques ». Les réactions métaboliques qui impliquent la rupture de liaisons pour libérer de l’énergie sont dites « cataboliques ».

C’est ce mouvement d’énergie à travers les liaisons chimiques qui permet à la vie d’exister. Les réactions endergoniques de photosynthèse et de chimiosynthèse permettent aux créatures situées au bas de la pyramide énergétique de survivre – et de nourrir des organismes comme nous, qui obtiennent leur énergie en décomposant les sucres et les graisses pour libérer cette énergie stockée.

Fonction des réactions endergoniques

Les réactions endergoniques ont deux objectifs importants en biologie. L’un est de libérer l’énergie stockée dans les molécules alimentaires, permettant aux organismes de survivre sans récolter toute leur énergie directement de la lumière du soleil.

L’autre but est de créer les éléments constitutifs de la vie : L’ADN, l’ARN, les protéines et tous les autres éléments constitutifs des cellules doivent être créés par des réactions qui forment de nouvelles liaisons entre les éléments constitutifs chimiques. Ces réactions de création de liaisons sont généralement endergoniques.

Les organismes ont besoin d’énergie pour se développer car il faut effectivement de l’énergie pour produire de nouveaux matériaux. Pour les plantes, il peut s’agir des sucres, des lipides et des acides nucléiques dont sont constituées leurs feuilles ; pour les humains, il s’agit des lipides de nos parois cellulaires, des protéines de nos muscles et bien sûr de l’ADN de nos cellules.

Dans la plupart des cas, l’énergie nécessaire à la construction de nouvelles cellules provient de l’ATP. L’ATP est une molécule de stockage de l’énergie du glucose ; qui provient finalement, bien sûr, du soleil par l’intermédiaire des plantes photosynthétisantes.

Exemples de réactions endergoniques

Synthèse d’ADN/ARN

La synthèse d’ADN et d’ARN est fascinante parce qu’elle n’utilise pas l’ATP de la même façon que les réactions plus endergoniques. Vous vous souvenez peut-être que l’ADN a quatre bases – A, T, C et G. Eh bien, la paire de bases « A » représente l’adénosine – la même que le « A » dans « ATP ! »

Au lieu d’être dépensé puis régénéré pendant la synthèse de l’ADN, l’ATP est l’un des matériaux de construction. Le processus commence avec des trisophosphates de chacune des paires de bases : ATP, TTP, CTP et GTP.

Lorsque l’ADN polymérase déplace l’un de ces nucléotides triphosphates en position pour le fixer au brin d’ADN en croissance, l’un des groupes phosphates du nucléotide se rompt – et est remplacé par la formation d’une nouvelle liaison entre le nucléotide et le brin d’ADN !

Un peu plus loin, ce processus nécessite de l’énergie et l’utilisation d’ATP – tous les nucléotides doivent avoir des groupes phosphates attachés à eux, afin que ces groupes phosphates puissent stocker l’énergie nécessaire pour créer une liaison entre le nucléotide et le brin d’ADN.

Mais contrairement à de nombreuses réactions cataboliques, celle-ci ne transforme pas simplement l’ATP en ADP et ne le renvoie pas pour obtenir un nouveau groupe phosphate. Dans celle-ci, l’ATP, le TTP, le GTP et le CTP restent comme partie intégrante du brin d’ADN pour toujours, jusqu’à ce que le brin soit décomposé !

Synthèse des protéines

La synthèse des protéines est un exemple plus typique de la façon dont les êtres vivants déplacent l’énergie, et l’ajoutent aux réactions pour permettre la formation de nouvelles liaisons chimiques.

Lors de la synthèse des protéines, une variété d’enzymes et de ribozymes travaillent ensemble pour compléter les étapes nécessaires à l’ajout d’un acide aminé à une protéine en croissance. En tout, environ cinq ATP doivent être consommés pour ajouter un seul acide aminé à une protéine en croissance. Cela signifie que pour chaque molécule de glucose métabolisée, environ six acides aminés pourraient être ajoutés à une protéine !

Ce processus est immensément coûteux pour les bactéries ; pour les cellules d’E. coli, environ 95 % de tout l’ATP qu’elles fabriquent est utilisé pour la synthèse des protéines.

Cet investissement est largement rentabilisé à long terme, car les protéines telles que les enzymes peuvent réduire considérablement l’énergie d’activation requise pour des milliers de réactions chimiques ultérieures. Mais pour les organismes qui ne peuvent pas effectuer la respiration cellulaire, le budget énergétique est serré !

Les protéines fabriquées grâce à l’énergie de l’ATP permettent à nos métabolismes, nos muscles, et même nos cerveaux et nos organes sensoriels de fonctionner. Et il est important de se rappeler que cette énergie nous est fournie dans les aliments que nous mangeons – qui finalement, au bas de la pyramide énergétique, proviennent de la photosynthèse !

Synthèse des acides gras

La synthèse des acides gras utilise à la fois l’ATP et une autre molécule porteuse d’énergie – le NADPH – pour fournir l’énergie nécessaire à la création des acides gras.

La fabrication d’un acide gras nécessite une grande quantité d’énergie ; il faut parfois 7 ATP et 14 NADPH pour ajouter deux molécules de carbone à une chaîne d’acide gras, et certains acides gras peuvent avoir jusqu’à 26 carbones !

Mais les acides gras, tout comme les protéines, sont nécessaires au fonctionnement et à la croissance d’un organisme ; ils constituent la plupart des membranes cellulaires et intracellulaires, et servent également à d’autres fins.

Si l’acide gras est créé dans le but de stocker de l’énergie, la majeure partie de cette énergie sera stockée et l’organisme pourra y accéder plus tard, si ses réserves d’ATP et de sucre s’épuisent !

Quiz

1. Laquelle des réactions suivantes est la MOINS susceptible d’être une réaction endergonique ?
A. La synthèse d’un amidon à partir de nombreuses molécules de sucre.
B. La synthèse d’une protéine à partir de nombreux acides aminés.
C. Le catabolisme d’une graisse en ses composants à un seul carbone.
D. Aucune de ces réponses.

2. Pourquoi l’ADN polymérase n’utilise-t-elle pas l’ATP ?
A. Parce que la synthèse de l’ADN est une réaction exergonique.
B. Elle utilise plutôt le NADPH comme source d’énergie.
C. Elle utilise effectivement l’ATP – et d’autres nucléotides triphosphates, qui fournissent leur propre énergie à la réaction de synthèse.
D. Aucune de ces réponses.

3. Laquelle des affirmations suivantes n’est PAS vraie pour la synthèse des protéines ?
A. Les bactéries doivent métaboliser plus de sucre afin de payer le  » coût  » énergétique de la synthèse des protéines, car elles ne peuvent pas effectuer la respiration cellulaire.
B. La synthèse protéique est essentielle à la création des enzymes, qui sont des protéines.
C. Elle libère plus d’énergie qu’elle n’en dépense.
D. Aucune de ces réponses.

• MacNaught, A. D., & Wilkinson, A. (1997). Compendium de terminologie chimique : Recommandations de l’UICPA. Oxford : Blackwell Science.
• (n.d.). Consulté le 29 avril 2017, à l’adresse http://webprojects.oit.ncsu.edu/project/bio183de/Black/cellcycle/cellcycle_scripts.htm
• Deis, F. (n.d.). La synthèse des protéines nécessite-t-elle de l’énergie (ATP) ? Récupéré le 29 avril 2017, à partir de https://www.quora.com/Does-protein-synthesis-take-any-energy-ATP

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