BIOÉNERGÉTIQUE

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Structure de l'adénosine triphosphate

Structure de l'adénosine triphosphate
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Concentration ATP/ADP

Concentration ATP/ADP
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Photophosphorylation

Photophosphorylation
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Principes fondamentaux

Les sources d'énergie pour les êtres vivants

Pour leur entretien et leur développement, et aussi pour extraire du milieu où ils vivent les aliments dont ils se nourrissent, les êtres vivants ont besoin d'énergie. Selon leurs caractéristiques trophiques, la source d'énergie à laquelle ils puisent est différente. Les végétaux chlorophylliens utilisent la lumière ; ils élaborent, par photosynthèse, des composés carbohydrogénés – glucose, amidon – qui possèdent une énergie libre de formation élevée. Leur genèse correspond à la réduction du gaz carbonique par l'eau, selon une réaction globale telle que :

La formation d'une molécule-gramme de glucose au cours de ce processus correspond à une accumulation d'énergie équivalente à 2 900 kJ, dans l'air, à la pression atmosphérique.

Diverses bactéries, autotrophes également, tirent l'énergie qui leur est nécessaire de l'oxydation de substances minérales présentes dans le sol ou les eaux : sels ammoniacaux, nitrates, sulfures... Leur chimiosynthèse est beaucoup moins importante quantitativement que la photosynthèse, aussi la majeure partie de l'énergie externe captée par les êtres vivants provient-elle originellement de la lumière solaire.

Les organismes hétérotrophes, animaux, bactéries, champignons, oxydant des substances organiques élaborées par les autotrophes, utilisent l'énergie de liaison chimique des substances synthétisées par les précédents. Les cellules non chlorophylliennes des végétaux autotrophes font de même.

Une des caractéristiques des phénomènes bioénergétiques est qu'ils se réalisent à température sensiblement constante. Cela est exact pour nos propres cellules, bien que leur respiration s'accompagne d'une production de chaleur. Mais l'excédent en est immédiatement dissipé. On constate que la thermolyse équilibre la thermogenèse.

Il en est à peu près de même pour un végétal. Si sa marge thermique interne n'est pas soumis [...]

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Écrit par :

  • : professeur de biochimie à l'université René-Descartes, chef de service à l'hôpital Necker, Paris
  • : professeur honoraire à l'université de Paris-Sud, correspondant de l'Académie des sciences
  • : professeur à la faculté des sciences de l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
  • : professeur honoraire de biologie cellulaire à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

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Autres références

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ACTION & RÉACTION, physiologie

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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 protéique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/aerobiose-et-anaerobiose/#i_6782

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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/alimentation-economie-et-politique-alimentaires-malnutrition-dans-le-monde/#i_6782

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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/biochimie/#i_6782

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BIOPHYSIQUE

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BIOSYNTHÈSE DE L'ATP

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CATABOLISME

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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/catabolisme/#i_6782

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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cellule-l-organisation/#i_6782

CHIMIOSYNTHÈSES

  • Écrit par 
  • Alexis MOYSE
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chimiosyntheses/#i_6782

CHLOROPHYLLES

  • Écrit par 
  • Alexis MOYSE
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chlorophylles/#i_6782

ÉCOLOGIE

  • Écrit par 
  • Patrick BLANDIN, 
  • Denis COUVET, 
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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 alimentaire […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ecologie/#i_6782

ÉCOSYSTÈMES

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  •  • 5 448 mots
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ecosystemes/#i_6782

GLUCIDES

  • Écrit par 
  • Jean ASSELINEAU, 
  • Charles PRÉVOST, 
  • Fraidoun SHAFIZADEH, 
  • Melville Lawrence WOLFROM
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  •  • 10 médias

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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/glucides/#i_6782

LIPIDES

  • Écrit par 
  • Jean ASSELINEAU, 
  • Bernard ENTRESSANGLES, 
  • Paul MANDEL, 
  • Jean-Claude PROMÉ
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lipides/#i_6782

LITHOSPHÈRE OCÉANIQUE (MICROBIOLOGIE DE LA)

  • Écrit par 
  • Bénédicte MÉNEZ
  •  • 640 mots
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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 géolog […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lithosphere-oceanique-microbiologie-de-la/#i_6782

MÉTABOLISME

  • Écrit par 
  • Paul DI COSTANZO, 
  • Charles KAYSER, 
  • Jo NORDMANN
  •  • 8 425 mots
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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 décarbox […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/metabolisme/#i_6782

MITCHELL PETER DENNIS (1920-1992)

  • Écrit par 
  • Paul MAZLIAK
  •  • 738 mots

Il est rare qu'un chercheur du xx e  siècle crée son laboratoire sur ses propres fonds. C'est pourtant ce que fit Peter Mitchell qui révolutionna ensuite la bioénergétique. Il développa en effet une « théorie chimiosmotique » qui rencontra d'abord le scepticisme général mais qui, en moins de dix ans, réussit à convaincre toute la communauté scient […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/peter-dennis-mitchell/#i_6782

MITOCHONDRIES

  • Écrit par 
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  •  • 10 941 mots
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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 e […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mitochondries/#i_6782

NUTRITION

  • Écrit par 
  • René HELLER, 
  • Raymond JACQUOT, 
  • Alexis MOYSE, 
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nutrition/#i_6782

OBÉSITÉ

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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/obesite/#i_6782

OCÉAN ET MERS (Vie marine) - Vie dans les grandes profondeurs

  • Écrit par 
  • Lucien LAUBIER
  •  • 3 865 mots
  •  • 2 médias

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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ocean-et-mers-vie-marine-vie-dans-les-grandes-profondeurs/#i_6782

OXYDORÉDUCTIONS, biologie

  • Écrit par 
  • René HELLER
  •  • 5 922 mots
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Les oxydoréductions, réactions chimiques couplées par lesquelles une substance se réduit en prélevant des électrons à une autre qui s'oxyde, sont des étapes essentielles dans les biodégradations et les biosynthèses, autrement dit dans le métabolisme qui sous-tend l'activité vitale des organismes animaux ou végétaux. Leurs mécanismes sont bien connus, et la connaissance du potentiel d'oxydoréduct […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/oxydoreductions-biologie/#i_6782

PHOSPHAGÈNE

  • Écrit par 
  • Geneviève DI COSTANZO
  •  • 381 mots

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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/phosphagene/#i_6782

PHOTOSYNTHÈSE

  • Écrit par 
  • Jean LAVOREL, 
  • Paul MAZLIAK, 
  • Alexis MOYSE
  •  • 10 334 mots
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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 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/photosynthese/#i_6782

RATION ALIMENTAIRE

  • Écrit par 
  • Geneviève DI COSTANZO
  •  • 1 072 mots

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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ration-alimentaire/#i_6782

RESPIRATION

  • Écrit par 
  • Pierre DEJOURS, 
  • Alexis MOYSE
  •  • 2 370 mots

Dans le chapitre « Utilisation de l'énergie respiratoire »  : […] L'intensité respiratoire est très variable selon les organes, les feuilles respirant davantage par unité de masse que les organes compacts : tiges, fruits ou racines. Elle varie aussi beaucoup avec l'âge des tissus : élevée dans les tissus jeunes, elle est nettement plus faible dans les tissus adultes ; elle est très intense lors de la crise climactérique, au début de la maturation des fruits ; il […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/respiration/#i_6782

RESPIRATION CELLULAIRE - (repères chronologiques)

  • Écrit par 
  • Paul MAZLIAK
  •  • 976 mots

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 respiratio […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/respiration-cellulaire-reperes-chronologiques/#i_6782

SIDÉROBACTÉRIALES ou FERROBACTÉRIES

  • Écrit par 
  • Jacques POCHON
  •  • 1 123 mots

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, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/siderobacteriales-ferrobacteries/#i_6782

SOMMEIL

  • Écrit par 
  • Patrice FORT, 
  • Michel JOUVET, 
  • Patrick LÉVY, 
  • Véronique VIOT-BLANC
  •  • 18 052 mots
  •  • 6 médias

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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/sommeil/#i_6782

SOUFRE

  • Écrit par 
  • Fernande CHATAGNER, 
  • René LECLERCQ, 
  • Noël LOZAC'H, 
  • Serge MASSON
  •  • 6 532 mots
  •  • 11 médias

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 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/soufre/#i_6782

THERMODYNAMIQUE - Processus irréversibles non linéaires

  • Écrit par 
  • Agnès BABLOYANTZ, 
  • Paul GLANSDORFF, 
  • Albert GOLDBETER, 
  • Grégoire NICOLIS, 
  • Ilya PRIGOGINE
  •  • 9 748 mots
  •  • 8 médias

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. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-processus-irreversibles-non-lineaires/#i_6782

THERMORÉGULATION, biologie

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  • René LAFONT
  •  • 7 977 mots
  •  • 7 médias

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 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermoregulation-biologie/#i_6782

THIOBACTÉRIALES

  • Écrit par 
  • Jacques POCHON
  •  • 1 517 mots
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thiobacteriales/#i_6782

VIEILLISSEMENT

  • Écrit par 
  • Claude JEANDEL, 
  • Marc PASCAUD
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vieillissement/#i_6782

VITAMINES

  • Écrit par 
  • Marc PASCAUD
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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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vitamines/#i_6782

Voir aussi

Pour citer l’article

Pierre KAMOUN, Alexis MOYSE, Jacques TONNELAT, Paul MAZLIAK, « BIOÉNERGÉTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 août 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/bioenergetique/