Monnaies énergétiques du vivant, force proton motrice

Force proton-motrice

1. La force proton-motrice désigne un gradient électrochimique de part et d'autre d'une membrane concernant les protons, on l'exprime souvent en Volts

La force proton-motrice (proton motive force en anglais) est l'appellation du gradient énergétique électrochimique concernant les protons rencontré de part et d'autres des membranes cellulaires des bactéries, de part et d'autre des membranes internes mitochondriales chez les cellules eucaryotes et pour les eucaryotes phototrophes, de part et d'autre des membranes thylacoïdes.

$$ \Delta G(J/mol) = RT \ln \frac {[H^+]_I}{[H^+]_E} - F \Delta E$$ $$ Donne \, : \, \Delta G(J/mol) = RT \ln \frac {[H^+]_I}{[H^+]_E} - F \Delta E$$ $$ Donne \, : \, \Delta G(J/mol) = \ln(10) RT \log \frac {[H^+]_I}{[H^+]_E} - F \Delta E$$ $$ Donne \, : \, \Delta G(J/mol) = \ln(10) RT {(pH_E - pH_I)} - F \Delta E$$ $$ Donne \, : \, \Delta G(J/mol) = \ln(10) RT \Delta pH - F \Delta E$$

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A.N. Soit pH_I = 7 et pH_E = 6 et ΔE = 150 mV = 0,150 V et à 30°C=303K, alors : $ \Delta G(J/mol) = 2,3*8,31*303*(-1) - 96500*0,15 \\ = -5790 - 14480 = -20300 \, J/mol \\ = -20,3 \, kJ/mol $

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Généralement dans les ouvrages, on donne la valeur énergétique du gradient proton-moteur non pas en J/mol mais en son équivalent différence de potentiel qui aurait eu la même énergie à elle seule, et on note Δp ; soit : $ \Delta G(J/mol) = -F \Delta p $.

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A.N. Avec $ \Delta G(J/mol) = -20300 J/mol $ comme dans l'exemple précédent, on obtient une valeur $ \Delta p = \frac {20300}{96500} = 0,210 \, V = 210 \, mV $.

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2. La force proton-motrice est utilisée pour régénérer l'ATP (à partir d'ADP+Pi) grâce aux ATPsynthases membranaires (et réciproquement)

Le couplage énergétique de régénération de l'ATP à partir d'ADP+Pi au niveau des ATPsynthases membranaires est le suivant :

Par exemple, dans les métabolismes énergétiques respiratoires, la force proton-motrice est en permanence reconstituée par les chaînes respiratoires membranaires et l'ADP vient se faire régénérer en continu au niveau des ATPsynthases.

Mais en fait, la réaction peut fonctionner dans l'autre sens et permettre, si nécessaire, de faire de la force proton-motrice en hydrolysant de l'ATP.

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3. La force proton-motrice est directement utilisée comme "moteur énergétique" de nombreux transporteurs membranaires (dits transports actifs secondaires)

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4. La force proton-motrice est directement utilisée comme source d'énergie par les flagelles bactériens

Les flagelles bactériens qui fonctionnent comme des hélices rigides propulsives sont mises en rotation sous l'effet de l'énergie libre force proton-motrice.

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