BIOÉNERGÉTIQUE
ACTION & RÉACTION, physiologie
Pour les thermodynamiciens, les êtres vivants sont des systèmes ouverts équilibrant de manière dynamique les entrées et sorties d'énergie. Le solde du bilan énergétique est en principe nul dans le cas des sujets adultes, dont l'état est qualifié d'homéostasique. Cette apparente stabilité physiologique correspond en fait à la somme de variations positives (gain d'énergie) ou négatives (pertes énerg […] […] Lire la suite
ADÉNOSINE TRIPHOSPHORIQUE ACIDE (ATP)
L'adénosine triphosphorique (ATP) est un mononucléotide diphosphorylé du métabolisme intermédiaire découvert en 1929 par Lohmann. Véritable « monnaie énergétique de la cellule », ce composé assure la fourniture ou la mise en réserve d'énergie dans la plupart des réactions biochimiques. Son rôle dans le transport de radicaux phosphoriques est par ailleurs essentiel. L'ATP est constitué d' adénine […] […] Lire la suite
AÉROBIOSE & ANAÉROBIOSE
Dans le chapitre « Conditions bioénergétiques de l'utilisation d'oxygène » : […] On peut considérer qu'un être vivant diffère d'un être inerte par sa faculté d' assimilation , c'est-à-dire d'autosynthèse à partir de matériaux, relativement simples, prélevés sur le milieu extérieur : les aliments. L'être vivant possède une organisation extrêmement poussée qui consiste essentiellement en : 1. une machinerie très complexe, constituée de catalyseurs protéiques, les enzymes, répar […] […] Lire la suite
ALIMENTATION (Aliments) Prise alimentaire
L' animal, comme l'homme, assure sa croissance et, en fonction du programme génétique de l'espèce, atteint à l'âge adulte une dimension et un poids corporel qui demeurent approximativement stables. Sa composition corporelle, en particulier la proportion en eau et en graisses, est identique chez tous les individus de l'espèce et constante chez l'adulte. Ces constantes impliquent l'existence d'une […] […] Lire la suite
ALIMENTATION (Économie et politique alimentaires) Malnutrition dans le monde
Dans le chapitre « Besoins alimentaires » : […] Contrairement aux végétaux – qui peuvent vivre en absorbant simplement de l'eau, du dioxyde de carbone, des éléments minéraux et de l'énergie solaire –, les humains, comme les animaux, doivent ingérer des matières organiques, parmi lesquelles des macronutriments (glucides, lipides, protides). Or, l'industrie n'est toujours pas en mesure de synthétiser de manière rentable à grande échelle ces matiè […] […] Lire la suite
AUTOTROPHIE & HÉTÉROTROPHIE
Les besoins d'aliments et d'énergie sont satisfaits de manière différente selon les êtres vivants. Un végétal chlorophyllien fabrique son protoplasme en utilisant des sels minéraux, du gaz carbonique, de l'eau et de la lumière. L'homme et les animaux n'ont pas cette capacité, leur autonomie nutritive n'est pas aussi grande, puisqu'ils exigent des aliments organiques. Leur mode de vie est hétérot […] […] Lire la suite
BACTÉRIES
Dans le chapitre « Physiologie des populations bactériennes » : […] Les cellules bactériennes sont capables de se multiplier dans des milieux de culture liquides ou sur milieux solides artificiels, dans des conditions physico-chimiques approchant les conditions de leur écosystème naturel. Cependant, certaines espèces bactériennes ne sont pas cultivables sur milieux artificiels ; c'est le cas de Mycobacterium leprae , agent de la lèpre, ou de Treponema pallidum , a […] […] Lire la suite
BACTÉRIOLOGIE
Dans le chapitre « Panorama du métabolisme bactérien » : […] À l'échelle chimique, même les plus petites cellules sont incroyablement compliquées. La plupart des chercheurs qui s'intéressent aux caractéristiques essentielles de la croissance et de la division cellulaires portent leur attention sur les bactéries. La bactérie la plus communément utilisée en bactériologie expérimentale, Escherichia coli , pèse environ 2 × 10 —12 gramme (10 12 daltons), poids […] […] Lire la suite
BIOCHIMIE
Dans le chapitre « Biochimie métabolique » : […] La biochimie métabolique a longtemps constitué le champ privilégié d'investigation des biochimistes. L'isolement, en 1833 par Payen et Perzoz, de l'amylase, enzyme pouvant scinder l'amidon, a montré l'importance des réactions chimiques catalysées par des enzymes dans le métabolisme intermédiaire, c'est-à-dire dans l'ensemble des réactions chimiques permettant soit l'extraction de l'énergie présen […] […] Lire la suite
BIOLOGIE La maintenance de l'organisme
Dans le chapitre « Renouvellement cellulaire » : […] Le renouvellement cellulaire est classiquement étudié grâce à la technique d' autoradiographie qui permet, d'une part, de détecter à l'échelle subcellulaire les molécules nouvellement synthétisées à partir d'un précurseur marqué, d'autre part, de suivre leurs mouvements. Le renouvellement des productions cutanées (ongles, poils), celui des disques segmentaires externes des bâtonnets, cellules visu […] […] Lire la suite
BIOPHYSIQUE
Dans le chapitre « Analyse et synthèse des structures cytologiques » : […] Les ensembles supramoléculaires, qui vont de l'association de quelques éléments bien définis aux architectures déjà très complexes comme des fragments isolés d'organites cellulaires, ne sont plus seulement le siège de phénomènes relativement élémentaires sous-tendant une fonction isolée, comme une activité enzymatique. Ils intègrent un grand nombre de processus chimiques et physiques d'où émergent […] […] Lire la suite
BIOSYNTHÈSE DE L'ATP
La théorie émise par Peter Mitchell (1920-1992), qu'il baptisa théorie chimiosmotique, bouleversa la bioénergétique. Jusqu'alors, on considérait que l'oxydation des substrats respiratoires dans les mitochondries était couplée avec la synthèse endergonique (consommatrice d'énergie) d'ATP (adénosine triphosphate) par phosphorylation de l'ADP : ADP (adénosine diphosphate) + phosphate + énergie → ATP. […] […] Lire la suite
CATABOLISME
Processus biochimiques de dégradation exoénergétiques subis par des molécules organiques dans les cellules vivantes pour aboutir au transfert d'une partie de leur énergie potentielle sur des molécules telles que l'acide d'adénosine triphosphorique (ATP). Celles-ci fourniront, le cas échéant, l'énergie nécessaire. Elle peut être source d'énergie mécanique, électrochimique, thermique, etc. Mais néce […] […] Lire la suite
CELLULE L'organisation
Dans le chapitre « Conversions d'énergie par la cellule » : […] Les cellules ont besoin d'énergie pour leurs différentes activités : biosynthèse de molécules, production de mouvements, transports actifs ; cette énergie est fournie par l'hydrolyse de molécules d' adénosine-triphosphate (ATP) en adénosine diphosphate (ADP) et phosphate inorganique. Dans ces conditions les travaux cellulaires ne peuvent se poursuivre que si les molécules d'ATP consommées sont r […] […] Lire la suite
CHIMIOSYNTHÈSES
La chimiosynthèse est l'élaboration, par les êtres vivants, des constituants de leur protoplasme. Ils utilisent à cette fin des matériaux divers et se servent, pour en combiner les éléments, de l'énergie chimique. La chimiosynthèse s'oppose ainsi à la photosynthèse réalisée par les végétaux et par quelques bactéries à chlorophylles qui utilisent l'énergie de la lumière. Prise dans son sens le plu […] […] Lire la suite
CHLOROPHYLLES
Dans le chapitre « Excitation photochimique des chlorophylles et photosynthèse » : […] La photosynthèse se caractérise matériellement par un transfert d'électrons et de protons de l'eau au bioxyde de carbone qui se trouve réduit avec formation de glucides . Cette opération requiert de l'énergie et, dans les meilleures conditions, il faut 8 photons-grammes (8 einsteins) par molécule-gramme de bioxyde de carbone réduit, soit l'équivalent d'environ 1 460 à 2 300 kilojoules, selon la l […] […] Lire la suite
ÉCOLOGIE
Dans le chapitre « Organisation trophique » : […] Un des problèmes majeurs de l'écologie est la description et la compréhension de la structure trophique des principaux écosystèmes. Cette structure trophique est constituée par les relations qui lient les organismes consommés à ceux qui les consomment, relations dont l'ensemble forme le réseau trophique du système. Ce terme traduit bien mieux que celui de chaînes alimentaires les relations innomb […] […] Lire la suite
ÉCOSYSTÈMES
Dans le chapitre « L'approche physico-chimique de l'écosystème » : […] La vie sur Terre est fondamentalement construite à partir de matière carbonée. Les molécules constitutives des êtres vivants, mais aussi de l'humus des sols ou de la matière organique des sédiments, dérivent du dioxyde de carbone de l'atmosphère , des bicarbonates dissous dans les eaux, parfois du méthane dans certains environnements particuliers (comme les sources hydrothermales du fond des océan […] […] Lire la suite
GLUCIDES
Dans le chapitre « Bilan » : […] Au cours de la glycolyse, une mole de glucose a été transformée en deux moles d'acide pyruvique. La formation de glucose-6-phosphate, puis de fructose-1,6-diphosphate, ont entraîné la consommation de deux moles d'ATP. En revanche, la formation d'acide glycérique-3-phosphate, puis l'utilisation du phosphoénol-pyruvate, ont permis de synthétiser deux moles d'ATP par mole de triose, c'est-à-dire qu […] […] Lire la suite
LIPIDES
Dans le chapitre « Acides saturés » : […] L' étude du mécanisme de la dégradation des acides gras a débuté avec les travaux de F. Knoop (1904) : des animaux, nourris avec des acides gras dans lesquels un cycle benzénique se substitue à un atome d'hydrogène sur le dernier carbone de la chaîne, excrètent dans l'urine (sous forme d'amides avec le glycocolle) des produits contenant un cycle benzénique et dont la nature varie selon que l'acid […] […] Lire la suite
LITHOSPHÈRE OCÉANIQUE (MICROBIOLOGIE DE LA)
Les premières photos des sources hydrothermales océaniques ramenées par le sous-marin Alvin en 1979 ont bousculé l'idée que la vie ne pouvait se développer qu'à la faveur de l'énergie lumineuse prodiguée par le Soleil. Ces oasis, où prolifère la vie, prouvent ainsi l'existence d'écosystèmes indépendants de la photosynthèse qui puisent leur énergie dans des processus géologiques et les réactions […] […] Lire la suite
MÉTABOLISME
Dans le chapitre « Bilan du cycle et chaînes d'oxydoréduction » : […] Le bilan d'un « tour » de cycle est le suivant (fig. 2) : 1. Élimination de deux atomes de carbone sous forme de deux CO 2 , lors des décarboxylations de l'isocitrate et de l'α-cétoglutarate. Toutefois, il faut remarquer que, du fait de l'action dissymétrique de l'aconitase sur le citrate, les deux atomes de carbone éliminés au cours des étapes décarboxylantes ne proviennent pas de l'acétyl-CoA, […] […] Lire la suite
MÉTABOLISME, notion de
Les organismes vivants sont en permanence le siège d'innombrables réactions chimiques, qui consomment ou produisent de l'énergie en transformant la matière, et dont l'ensemble constitue le métabolisme (du grec metabolê , « changement »). Quelle est la raison d'être de ce flux continu de matière et d'énergie ? La matière est indispensable pour croître, entretenir, réparer, se reproduire. L'énergie […] […] Lire la suite
MITCHELL PETER DENNIS (1920-1992)
Il est rare qu'un chercheur du xx e siècle crée son laboratoire sur ses propres fonds. C'est pourtant ce que fit le chimiste anglais Peter Mitchell qui révolutionna ensuite la bioénergétique. Il développa en effet dans les années 1960 une « théorie chimiosmotique » avec laquelle il rencontra d'abord le scepticisme général avant de convaincre en moins de dix ans toute la communauté scientifique, g […] […] Lire la suite
MITOCHONDRIES
Dans le chapitre « Les arguments d'ordre thermodynamique » : […] La synthèse de 1 mole d'ATP est une réaction endergonique qui requiert + 32,6 kJ . mole –1 . L'hydrolyse de l'ATP est exergonique et libère une quantité équivalente d'énergie. L'organisation de la chaîne montre qu'il existe 3 sites principaux de production de l'énergie d'oxydoréduction. Ce sont les sites (1), (2) et (3) correspondant respectivement aux complexes I, III et IV. Par la relation (▵G […] […] Lire la suite
NUTRITION
Dans le chapitre « Besoins quantitatifs énergétiques » : […] Pratiquement toute l'énergie dépensée pour le maintien structural se transforme en chaleur, directement dissipée ou utilisée pour l'évaporation de l'eau excrétée (poumons, surface cutanée). En ce qui concerne la dépense physique d'énergie (travail musculaire), elle varie considérablement selon l'activité du sujet. Étant donné le faible rendement de la machinerie biologique (de l'ordre de 15 p. 10 […] […] Lire la suite
OBÉSITÉ
Dans le chapitre « Causes » : […] L'obésité est un syndrome hétérogène d'origine multifactorielle. C'est la manifestation d'un déséquilibre du bilan énergétique aboutissant à une augmentation du stockage d'énergie sous forme de graisse dans le tissu adipeux. Ce déséquilibre résulte de l'interaction de facteurs biologiques de prédisposition principalement génétiques avec des facteurs comportementaux et environnementaux. […] […] Lire la suite
OCÉAN ET MERS (Vie marine) Vie dans les grandes profondeurs
Dans le chapitre « La vie dans les grandes profondeurs » : […] Les peuplements des profondeurs ne comportent évidemment pas de végétaux. Parmi les micro-organismes, l'existence de formes chimiolithotrophes libres ou symbiotiques est très remarquable : elle permet le développement de peuplements originaux dont la survie est indépendante des apports trophiques venant des couches éclairées et repose sur l'énergie libérée par l'oxydation, par des bactéries, de s […] […] Lire la suite
PHOSPHAGÈNE
Composé phosphoré labile, découvert dans le muscle, en 1927, par Eggleton et dénommé phosphagène parce que son hydrolyse libère une molécule d'acide phosphorique. Il a été identifié à la phosphocréatine : Les muscles contiennent, plus que les autres tissus, deux composés phosphorés riches en énergie : le phosphagène et l'adénosine triphosphate (ATP) qui disparaissent au cours de l'activité du musc […] […] Lire la suite
PHOTOSYNTHÈSE
Dans le chapitre « L'unité photosynthétique : antenne et centre » : […] On doit à deux chercheurs américains (R. Emerson et W. Arnold) la notion d'unité photosynthétique qui a joué un rôle fondamental dans la manière dont se comprend la relation structure- fonction dans l'appareil photosynthétique. Leurs travaux dans les années 1930-1940 ont révélé que, sous l'effet d'éclairs brefs et saturants (quelques microsecondes, quelques 10 —2 joule/cm 2 ), l'acte photochimiq […] […] Lire la suite
RATION ALIMENTAIRE
La ration alimentaire représente la quantité d'aliments à ingérer chaque jour pour couvrir la totalité des dépenses et assurer l'équilibre nutritif de l'individu. Cela constitue l'aspect quantitatif du problème, et à chaque aliment correspond une valeur énergétique qui doit désormais être exprimée en kilojoules (kJ) mais qui reste souvent encore évaluée en kilocalories (kcal). Une kilocalorie équi […] […] Lire la suite
RESPIRATION CELLULAIRE (repères chronologiques)
1783 A. Lavoisier (1743-1794) compare la respiration d'un cobaye à la combustion d'une bougie. Il conclut que la chaleur animale résulte de la combustion combinant l'oxygène de l'air avec les aliments carbonés transportés par le sang. Comme la matière charbonneuse de la bougie, les aliments, en brûlant dans les poumons, donnent le gaz carbonique exhalé par la respiration. 1842 R. Mayer (1814-187 […] […] Lire la suite
SIDÉROBACTÉRIALES ou FERROBACTÉRIES
Dans le chapitre « Bioénergétique » : […] Ferrobacillus ferrooxidans est certainement un autotrophe, chimiolithotrophe, c'est-à-dire pouvant tirer son énergie de l'oxydation de Fe 2+ selon la réaction : Dans les eaux très acides (pH 2 à 3) des mines, l'oxydation du fer n'est pas un phénomène chimique ; elle est sans doute due à Ferrobacillus ferrooxidans . En revanche, la question de la chimiolithotrophie des Chlamydobactériales et de G […] […] Lire la suite
SOMMEIL
Dans le chapitre « Les fonctions du sommeil lent » : […] Les régulations homéostatiques prédictives et réactives que nous avons résumées permettent de comprendre que le sommeil des Mammifères (celui de l'homme en particulier) dépend de nombreux mécanismes acquis successivement au cours de l'évolution. Quatre principales théories, non obligatoirement contradictoires, essayent d'expliquer les fonctions du sommeil (en particulier du sommeil orthodoxe ou so […] […] Lire la suite
SOUFRE
Dans le chapitre « Oxydation des sulfures en sulfates » : […] L' oxydation chimique des sulfures soit naturels, soit produits par l'utilisation domestique ou industrielle de divers combustibles (charbon, gaz, dérivés du pétrole) a lieu essentiellement dans l'atmosphère . C'est une transformation lente mais dont l'importance est considérable. Les sulfates ainsi formés sont entraînés par les pluies et répandus sur les sols des continents, dans les fleuves et […] […] Lire la suite
THERMODYNAMIQUE Processus irréversibles non linéaires
Dans le chapitre « Cycle de la glycolyse » : […] Ce cycle est l'une des voies importantes de production d'énergie cellulaire, sous forme d'adénosine triphosphate (ATP), à partir de glucose. On a observé que, dans des cellules de levures et dans les muscles, la concentration des intermédiaires glycolytiques peut présenter des oscillations entretenues dont la période est de quelques minutes (cf. rythmes biologiques , fig. 2 ). Parmi les différente […] […] Lire la suite
THERMORÉGULATION, biologie
Dans le chapitre « Les mécanismes de transfert de chaleur » : […] Il est possible de représenter l'animal homéotherme comme un corps dont le noyau central a une température T C et qui est placé dans un milieu de température T A . Ce noyau est entouré par une enveloppe, où la température décroît progressivement et qui correspond à une partie plus ou moins grande du corps, selon la température externe et l'isolation de l'animal. La chaleur s'échange à travers ce […] […] Lire la suite
THIOBACTÉRIALES
Dans le chapitre « Bioénergétique » : […] Toutes ces bactéries, sauf les Beggiatoales, utilisent l'énergie lumineuse grâce à deux types de pigments. Cette photosynthèse bactérienne ne libère pas d'oxygène comme chez les plantes, mais la réaction exige un donateur exogène d'électrons (DH 2 ), oxydé au cours du processus : DH 2 est ici l'hydrogène moléculaire, ou un composé minéral du soufre tel que H 2 S, S 2 O 3 : dans cette dernière réa […] […] Lire la suite
VIEILLISSEMENT
Dans le chapitre « Théories métaboliques » : […] Par les théories métaboliques, on affirme que le déclin métabolique est le principal facteur de la durée de vie des organismes. Schématiquement, l'organisme dispose d'un capital énergétique fixé au début de son existence, et la durée de vie est inversement proportionnelle à l'intensité du métabolisme énergétique de l'animal. La fécondité serait antagoniste de la longévité : les espèces animales […] […] Lire la suite
VITAMINES
Dans le chapitre « Vitamines et oxydoréductions » : […] Les vitamines intervenant dans les oxydoréductions où la finalité des atomes d'hydrogène transportés par la chaîne respiratoire mitochondriale est énergétique sont essentiellement la nicotinamide et la riboflavine, leur ordre d'intervention étant déterminé par l'ordre croissant des potentiels d'oxydoréduction. Les coenzymes dérivés de ces vitamines interviennent également dans certaines réaction […] […] Lire la suite
Besoins énergétiques de l'homme
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Cycle de Krebs et chaîne respiratoire
Système métabolique central : cycle de Krebs et chaîne respiratoire. On remarquera que l'oxaloacétate est le point de départ et l'aboutissant du cycle de Krebs, au cours duquel on observe 2 décarboxylations et 4 libérations d'hydrogène par oxydation. Ces hydrogènes, pris...
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Modèle métabolique du vieillissement. Ce modèle, adapté de Mars (Mitochondria, Aberrant Proteins, Radicals and Scavengers) de Kowald and Kirkwood, met en évidence les causes métaboliques: attaque par les radicaux libres, notamment les radicaux oxygénés produits par les...
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Transfert énergétique dans une cellule végétale
Les deux modalités de transfert énergétique dans une cellule végétale chlorophyllienne. Le cycle de l'énergie dans la biosphère est un cycle de transfert d'électrons. Dans la photosynthèse, les électrons transitent d'un bas potentiel, celui de l'eau, à un potentiel élevé,...
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Besoins énergétiques de l'homme
Crédits : Encyclopædia Universalis France
tableau
Cycle de Krebs et chaîne respiratoire
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dessin
Métabolisme et vieillissement
Crédits : Encyclopædia Universalis France
graphique
Transfert énergétique dans une cellule végétale
Crédits : Encyclopædia Universalis France
dessin