L'oxydation et la réduction

L'oxydo-réduction est un phénomène vaguement compris mais pourtant si important

Quand vous avez compris les mécanismes d'oxydation et de réduction, vous avez compris l'essentiel car tout le vivant repose sur cette notion

Au cours de l'évolution, des millions d'années, cette construction n'a eu de cesse de ne pas déroger à cette règle: Accumuler de l'énergie + la stocker + l'utiliser selon les besoins

Explication sans chimie, sans physique, sans biologie (ou si peu).: le barrage hydro-électrique.

Toute cette évolution résulte d'efforts permanents, d'adaptation et de perfectionnement pour éviter les pertes d'énergies.
Les stratégies sont multiples, il suffit de voir combien sont différents un ours polaire, une baleine ou un dromadaire.

Pour être concret, (pour ceux qui prendront la peine de suivre), les boiteries (en premier lieu) mais également les pertes de fécondités, les inflammations ou infections diverses s'expliquent par un affaiblissement de l'activité enzymatique. Le système a des fuites!
Certaines réactions enzymatiques ne se réalisent pas parfaitement. L'affaiblissement concerne non seulement les bovins, mais aussi les sols et les plantes

La notion est compliquée à assimiler pour les éleveurs qui en sont pourtant l'épicentre tant ils peuvent agir à la fois sur les plantes et sur les animaux.

Elle demande de bonnes connaissances en biologie mais aussi en chimie et en physique mais je vais vous accompagner pour comprendre l'essentiel
Je vais essayer une approche didactique aussi claire que possible au travers d'exemples et d'analogies. C'est parti.

La respiration cellulaire:

Tous les organismes ont besoin de respirer. En absence d'oxygène, il s'agit de fermentation mais le principe est le même faisant intervenir d'autres enzymes.
Je vais donc utiliser la respiration comme exemple pour décrire les phénomène d'oxydo-réduction, c'est à dire les échanges entre un oxydant et un réducteur.
Une bactérie ne respire pas comme une plante, un poisson ne respire pas comme une poule mais les principes sont les mêmes et sont réalisés au niveau de la cellule.

Pour un éleveur bovin, la vache respire grâce à ses poumons qui n'est qu'un organe spécialisé pour échanger de gros volumes gazeux où passe le sang qui se charge de transporter l'oxygène filtré par les poumons. La pompe étant le cœur, un autre organe spécialisé.

Voyons les choses d'un peu plus près, avec un microscope. Le phénomène est exactement le même pour toutes les cellules. Toutes les cellules ont besoin de cet échange.

Chez les organismes vivants supérieurs, les eucaryotes comme les plantes, les champignons, les bovins ou les humains. Cet échange a lieu au sein même de la cellule.
Au tout début, il y a 1,5 à 2 milliards d'années, une cellule primitive eucaryote a mangé une autre bactérie qui savait produire beaucoup d'oxygène. Donc, au lieu d'en faire son repas et la digérer, elle à choisi d'en faire son esclave pour l'éternité. C'est pourquoi, dans toute cellule eucaryote on trouve l'ancêtre d'une bactérie primitive: la mitochondrie.
Grâce à cette bactérie primitive, spécialisée dans la production d'énergie, la cellule eucaryote a plus se déplacer plus facilement.
Et selon la même logique, la recherche de mobilité explique pleinement la fonction intestinale qui doit être vue comme un système racinaire invaginé dans l'organisme permettant de se déplacer. Ah! l'évolution, que c'est magnifique. Quand on réalise, on comprend mieux pourquoi de grands scientifiques, à la fin de leur vie, on finit pas croire en l'existence de Dieu ou quelque chose de supérieur, devant autant de perfection.

La mitochondrie:

Comme les poumons, elle est hautement spécialisée et réalise des échanges à l'échelle moléculaire grâce à un transfert d'électrons et de protons.
Les principes sont exactement les mêmes, seule la monnaie d'échange change comme nous allons le voir.

Je vais partir de l'exemple d'un barrage d'une station hydro-électrique. Cet important volume d'eau accumulée représente un certain potentiel d'énergie qui va ensuite être convertie en énergie électrique grace à une turbine. On passe donc d'une énergie mécanique à une énergie électrique. Le vivant repose sur ce principe de conversion à tous les niveaux.

Le principe est toujours le même, c'est juste la monnaie échangée qui change.
En biologie, la monnaie d'échange repose sur les enzymes, chacun hautement spécialisé aura comme fonction d'échanger des protons et des électrons.

Il n'y a pas de pertes, toute l'eau est utilisée pour faire tourner la turbine à 100%

Les pertes d'eau entraîne une consommation importante. La turbine fonctionne moins bien ou moins longtemps.

La respiration cellulaire (dans la mitochondrie)

• Les cellules tirent leur énergie de la dégradation du glucose.

• Cette énergie est stockée sous forme d’ATP, qui sert de "carburant" pour presque toutes les réactions vitales.

Ce processus repose entièrement sur des réactions d’oxydo-réduction :

1. Le glucose est oxydé progressivement (perte d’électrons et d’hydrogènes).

2. Les coenzymes comme NAD⁺ et FAD sont réduits en NADH et FADH₂ (ils captent les électrons).

3. Ces électrons sont ensuite transférés dans la chaîne respiratoire (dans la membrane mitochondriale).

4. L’oxygène (O₂) joue le rôle d’accepteur final d’électrons et est réduit en eau (H₂O).

5. Ce transfert d’électrons permet de pomper des protons (H⁺) et de créer un gradient électrochimique, utilisé par l’ATP synthase pour produire de l’ATP.

un peu de mal à suivre, je comprends, je vais essayer autrement par des exemples du quotidien

Le fer qui rouille, c'est un fer qui s'oxyde. Ca veut tout simplement dire qu'il perd des électrons, la monnaie d'échange.
Un silo de maïs laissé à l'air libre va également s'oxyder et perdre des électrons. Cette énergie perdue, le bovin n'en profitera pas.
Si les animaux sont nourris quotidiennement avec un maïs oxydé, la baisse d'énergie sera importante.

L'électron est la première monnaie d'échange.
Parfois c'est la seule monnaie nécessaire pour apporter de l'énergie.
Exemple: Le courant électrique qui alimente la maison et les installations électriques de manière générale
Il s'agit d'un transfert d'électron.
C'est l'énergie la plus accessible, la plus immédiate et la plus facile à exploiter
(L'énergie nucléaire est très différente, elle touche au noyau atomique qui concerne le proton)

Le proton est la deuxième monnaie d'échange
C'est le cœur de chaque atome, le noyau (comme le noyau d'un fruit). La mesure du pH concerne ce noyau.
Plus particulièrement, lorsqu'on mesure le pH, donc l'acidité, on mesure la quantité de noyaux.
Si on veut aller plus loin, la mesure est même spécifique car elle mesure la quantité de noyaux d'hydrogène.

L’oxydo-réduction est vitale en biologie car elle est au cœur de la production d’énergie. Sans les transferts d’électrons (redox), ni respiration cellulaire, ni photosynthèse, ni donc vie complexe ne seraient possibles.

Ces termes seront peut-être difficiles à assimiler:
Oxydation → perte d’un ou plusieurs électrons.
Réduction → gain d’un ou plusieurs électrons.
Dans la respiration cellulaire, le glucose est oxydé (il perd des électrons) et l’oxygène est réduit (il gagne des électrons pour former de l’eau).
Quand une molécule est oxydée (elle perd des électrons), elle cède une partie de son énergie. Les électrons qu’elle libère sont riches en énergie potentielle.
Quand une molécule est réduite (elle gagne des électrons), elle capte cette énergie portée par les électrons.

L'ATP permet de stocker l'énergie biologique tout comme le barrage permet de stocker l'énergie cinétique de l'eau. L'objectif reste le même: stocker l'énergie.

J'espère que cette explication indispensable vous a permis de comprendre un phénomène essentiel sur lequel repose tout le vivant.
Mais d'autres paramètres sont à considérer comme par exemple la conductivité, la pression ou la température.

Je pratique la pédicure bovine depuis 25 ans, le crois que j'en ai fait tout le tour.
Cependant, les maladies évolues. Les bovins deviennent plus fragiles. J'ai compris l'importance de ces réactions enzymatiques. L'organisme n'arrive plus à suivre la cadence.
Cet affaiblissement, je devais le constater. Je l'ai vérifié et mesuré.

Assimiler ces connaissances et bien d'autres, acquérir le matériel et le prendre en main a été fait.
Apprendre à interpréter les résultats est un travail qui est en cours tout comme trouver les contres mesures pour y remédier

La différence de tension en biologie

L'alimentation électrique de la maison a besoin d'une différence de tension. Une tension est nécessaire.
C'est exactement la même chose en biologie.
L'activité du cœur est mesurée par électrocardiogramme (de l'ordre de 0,4 à 3 millivolts)
L'activité du cerveau est mesurée par électroencéphalogramme. Les valeurs sont 1.000 fois plus faible (10 à 100 microvolts)

toute l'activité des organismes peut être mesurée. Et comme on peut mesurer les pertes électriques dans une installation électrique, la mesure des pertes électriques d'un organisme vivant est mesurable et ces pertes traduisent tout simplement une baisse d'échanges enzymatiques.

L'oxydo-réduction

Pour évaluer une installation électrique ou la seule monnaie d'échange est l'électron nous appliquons quelques règles de physique. Voici l'une d'elles

P= U x I la puissance (en Watts) est égale à la tension (en volts) multipliée par l'ampérage (en Ampère/heure)

Au plus la tension sera élevée, au plus le courant passera

En biologie, une formule équivalente permet de mesure ce potentiel, il s'agit de la loi de Nernst.

E= la tension, est mesurée en millivolts, traduit un potentiel d'équilibre
R, T et Z sont des constantes (le but est d'avoir une notion, on va juste retenir qu'elles sont invariables)
[Ion] ext et [Ion] int donnent les concentrations.
Au plus la différence de concentration sera importante, au plus la tension sera importante

En laboratoire, on utilise des électrode standardisées pour réaliser ces mesures. J'utilise donc des électrodes pour mesurer les pertes enzymatiques

Comment appliquer la loi de Nernst en pratique

Pour évaluer le terrain (les conditions de vie biologique) la loi de Nernst permet de faire le lien entre le pH et la tension

Dérivée de cette loi (dont je me permettrai de vous dispenser d'explications) on obtient:

En pratique, au départ d'électrodes parfaitement étalonnées, on mesurera la tension
part la différence de pH entre le milieu extérieur et le pH à l'intérieur de l'électrode.

Concrètement (clin d'oeil à mon ami virtuel Vincent Caron qui demandait une explication)
L'énergie échangée dépend du pH. A chaque niveau de pH correspond un niveau d'énergie.
Si le pH baisse (dans le milieu extérieur), l'énergie échangée augmente!