Equilibre des réactions biochimiques et variation d'énergie libre de Gibbs

Correction exercice N°7 - TD Bioénergétique 1

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Enoncé

Dans des levures en aérobiose, le rapport des concentrations intracellulaires [ATP]φ/[ADP]φ = 10.

On considère la réaction de la glycolyse catalysée par la phosphoglycérate kinase : 1,3-diphosphoglycérate + ADP <=> 3-phosphoglycérate + ATP

Quel doit être le rapport des concentrations [3-phosphoglycérate]φ / [1,3-diphosphoglycérate]φ pour que la réaction soit thermodynamiquement spontanée dans le sens de la synthèse du 1,3-diphosphoglycérate ?

Données : T = 25°C / ΔG°'(hydrolyse 1,3-diphosphoglycérate) = - 12 kcal.mol-1 / R = 8,32 J.°K-1.mol-1

Voir le cours : Variation d'Energie Libre de Gibbs - conditions standard (ΔG'°) et physiologiques (ΔG')


Correction

Au cours de la glycolyse, la réaction est spontanée dans le sens : 1,3-diphosphoglycérate + ADP <=> 3-phosphoglycérate + ATP

Elle est donc caractérisée par :

                                                                             [3PG]φ           [ATP]φ
ΔG'formation 3PG = ΔG0'formation 3PG + R.T . ln [ ------------ . -------- ] < 0
                                                                         [1,3-diPG]φ       [ADP]φ

On calcule le rapport des concentrations [3-phosphoglycérate]φ / [1,3-diphosphoglycérate]φ fictif tel que la réaction soit spontanée dans le sens de la synthèse du 1,3-diphosphoglycérate. Dans ce cas :

                                                                             [3PG]φ           [ATP]φ
ΔG'formation 3PG = ΔG0'formation 3PG + R.T . ln [ ------------ . -------- ] > 0
                                                                         [1,3-diPG]φ       [ADP]φ

soit :

            [3PG]φ               ΔG0'formation 3PG              [ATP]φ
ln [ ------------ ] > ---------------- - ln [ -------- ] 
        [1,3-diPG]φ                     R.T                        [ADP]φ

Calcul de ΔG0'formation 3PG
(1) Réaction d'hydrolyse du 1,3-diPG : 1,3-diphosphoglycérate + H20 <=> 3-phosphoglycérate + Pi ΔG0'hydrolyse 1,3-diPG = - 12 kcal.mol-1
(2) Réaction de synthèse de l'ATP : ADP + Pi <=> ATP + H20 ΔG0'synthèse ATP = + 7,3 kcal.mol-1
(3) Réaction de formation du 3PG : 1,3-diphosphoglycérate + ADP <=> 3-phosphoglycérate + ATP ΔG0'formation 3PG
Soit : ΔG0'formation 3PG = ΔG0'hydrolyse 1,3-diPG + ΔG0'synthèse ATP = - 4,7 kcal.mol-1

On obtient donc :

            [3PG]φ 
ln [ ------------ ] > 5,66 => [3PG]φ > 287 [1,3-diPG]φ
        [1,3-diPG]φ

Conclusion

La cellule aurait des troubles métaboliques majeurs bien avant qu'un tel rapport des concentrations (287) ne puisse être atteint.

  • En conséquence, la variation de la concentration des métabolites n'est pas un mode de contrôle des voies métaboliques. En d'autres termes, les réactions qui se déroulent au voisinage de l'équilibre ne sont pas des points de contrôle du flux des voies métaboliques.
  • Les points de contrôle sont les réactions qui mettent en jeu l'hydrolyse ou la synthèse d'ATP (ou d'autres composés à haut potentiel énergétique) : en particulier les réactions catalysées pas des kinases.

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