6. Transport d'électron et phosphorylations oxydatives Flashcards
Généralité
L’oxydation complète du glucose par l’oxygène moléculaire se traduit par quelle équation redox
C6H12O6 + 6O2 à 6CO2 + 6H2O DG = ~ -2900 kJ/mol
Généralité
Pour mieux représenter le transfert d’électrons, cette équation se décompose en 2 demi-réactions.
Quelles sont-elles
D’abord, les atomes de carbones sont oxydés : C6H12O6 + 6H2O –> 6CO2 + 24H+ + 24e-
Ensuite, l’oxygène moléculaire est réduit :
6O2 + 24H+ + 24e- **–> **12H2O
Généralité
Comme on le sait maintenant, une molécule de glucose est complètement oxydé en CO2 via les réactions de la glycolyse et du cycle de l’acide citrique tout en libérant…
12 paires d’électrons.
Généralité
le processus de transfert d’électrons qui relie ces 2 demi- réactions fait intervenir quoi
De nombreuses réactions enzymatiques qui récupèrent l’énergie libérée pour former l’ATP
Généralité
Les 12 paires d’électrons issues de l’oxydation d’une molécule de glucose sont transféré à quoi
Aux coenzyme NAD+ et FAD pour former 10 NADH et 2 FADH2
Généralités
Vrai ou faux: les e- vont directement du NADH/FADH2 vers l’O2
Expliquer
Faux
Ils passent par une série d’intermédiairs, les transporteurs d’électrons
Généralités
Que font les électrons lorsqu’ils passent dans la CTE-
Suite à la réoxydation du NADH et FADH2, ils participent aux réactions d’oxydo-réduction de plus de 10 centres rédox avant de réduire O2 en H2O
Généralités
Lorsque les protons H+ sortent de la matrice de la mitochondrie vers l’espace intermembranaire, que se passe-t-il
Il y a de l’énergie libre formé par le gradient de protons/pH et elle est utilisé pour la synthèse d’ATP à partir d’ADP et Pi (phosphorylation oxydative)
Généralités
La réoxydation de chaque NADH et FADH2 permet de synthétiser quoi
NADH : 3 ATP
FADH2: 2 ATP
Généralités
Le grand total de production d’ATP pour une molécule de glucose complètement oxydée en CO2 et H2O donne combien d’ATP
En incluant ceux de la glycolyse et cycle de krebs
38 ATP
Inclut 2 ATP de la glycose et 2 ATP (GTP) du cycle de krebs
Mitochondrie
Qui suis-je: Nous sommes liées à la membrane interne de la mitochondrie
Protéines qui assurent le transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives
Mitochondrie
Le transport d’électron et les phosphorylations oxydatives se déroulent où
- Membrane interne de la mitochondrie
- Matrice de la mitochondrie
Où doivent se retrouver toutes les composantes
EX: NADH résultant de la glycolyse est dans le cytoplasme
Mitochondrie
La membrane mitochondriale externe est comment
P/r à la perméabilité
Perméable
à la plupart des ions et petites molécules (ADP, ATP, Pyruvate, H+, …)
Mitochondrie
La membrane mitochondriale interne est comment
P/r à la perméabilité
Imperméable aux ions, en particulier aux protons H+
Mitochondrie
Pourquoi la membrane mitochondriale interne est sélectivement perméable/imperméable
Résulte en la formation d’un un gradient de protons, ou gradient électrochimique, qui fournit l’énergie essentielle à la respiration cellulaire.
Mitochondrie
Le gradient électrochimique est composé de
- Gradient chimique/de pH
(espace intermb plus acide que matrice, essentiel à l’activité de certaines enzymes) - Gradient électrique
(Potentiel de membrane Em est positif, espace intermb chargé +)
Mitochondrie
Qu’est ce que la force protomotrice
Pourquoi on l’appelle Force protomotrice
Le gradient électrochimique de protons
L’entrée ou la sortie d’un proton par diffusion vers la matrice génère de l’énergie libre nécessaire à la synthèse de l’ATP
Mitochondrie - Gradient de H+
Expliquer comment fonctionne le gradient de H+
Chimiosmose
- Énergie libre de l’oxydation des aliments est utilisé pour pomper les protons à travers la membrane
- Création d’un réservoir de protons d’un côté de la membrane
- Flux de protons à travers l’ATP synthase fournit énergie pour la synthèse de l’ATP
Phénomère appelée chimiosmose
Mitochondrie - Gradient de H+
La chimiosmose se définie comme le mouvement des ions, en fonction de leur gradient électrochimique, à travers une membrane sélectivement perméable (différent de semi-perméable).
Fun fact
Mitochondrie - Gradient de H+
Le gradient de H+ et la chimiosmose ont été proposés par qui
Peter D. Mitchell, biochimiste Anglais
Lui a valu le prix nobel de chimie en 78
Mitochondrie - Transport
Puisque les réactions de transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives s’y produisent, la membrane interne de la mitochondrie doit contenir des systèmes de transport permettant les processus suivants:
- NADH produit lors de la glycolyse dans le cytoplasme doit accéder à la chaîne de transport d’électrons afin d’y être oxydé ultimement par l’O2.
- métabolites produits par la mitochondrie comme l’oxaloacétate et l’acétyl-CoA (précurseurs de la biosynthèse du glucose et des acides gras respectivement) doivent atteindre leurs destinations métaboliques.
- l’ATP produit par la mitochondrie doit parvenir au cytoplasme où se déroulent la plupart des réactions qui utilisent l’ATP tandis que l’ADP et le Pi, substrats des phosphorylations oxydatives, doivent entrer dans la mitochondrie.
Système de transport
Uniport
Symport
Antiport
Uniport: Une seule molécule à la fois
Symport: 2 molécules différentes dans le même sens
Antiport: 2 molécules différentes dans le sens opposé
Mitochondrie - Transport
Translocase des nucléotides adényliques
C’est quoi
Système antiport qui transporte l’ATP de la matrice mitochondriale vers le cytoplasme en échange d’ADP
Ce système est un dimère de sous-unités identiques
Mitochondrie - Transport de Pi
Comment le Pi revient dans la mitochondrie
Par le transporteur phosphate, un système symport Pi/H+ sous la dépendance d’un gradient de pH (∆pH)
le H+ qui accompagne le Pi avait auparavant été exclu par les pompes de la chaîne de transport d’électrons couplées aux réactions d’oxydo-réductions (à venir).
Mitochondrie - transport du NADH
Pourquoi le NADH produit lors de la glycolyse doit être transporté du cytoplasme à la mb interne de la mitochondrie
Pour être réoxydé en NAD+ par transport d’électron et phosphorylation oxydative
Mitochondrie - Transport du NADH
Navette malate-aspartate
Dans le coeur, foie, rein
Système de navette où le NAD+ mitochondrial est réduit par le NADH cytosolique moyennant la réduction de l’oxaloacétate suivie de sa régénération. Il s’agit d’un processus en 2 phases de 3 étapes chacunes
A1, A2, A3, B1, B2, B3
Mitochondrie - Transport du NADH
Phase A1
(étape 1)
Transport d’électrons dans la matrice
Navette malate-aspartate
Dans le cytosol, le NADH réduit l’oxaloacétate pour donner du NAD+ et du malate lors d’une réaction catalysée par la malate déshydrogénase cytosolique
Mitochondrie - Transport du NADH
Phase A2
(étape 2)
Transport d’électrons dans la matrice
Navette malate-aspartate
Le transporteur malate-𝛼-cétoglutarate transporte le malate du cytosol vers la matrice mitochondriale en échange d’𝛼-cétoglutarate provenant de la matrice
MItochondrie - Transport du NADH
Phase A3
(étape 3)
Transport d’électrons dans la matrice
Navette malate-aspartate
Dans la matrice mitochondriale, NAD+ réoxyde le malate pour doonner du NADH et de l’oxalacétate, réaction catalysée par la malade déshydrogénase mitochondriale
Mitochondrie - Transport du NADH
Phase B1
(Étape 4)
Régénération de l’oxaloacétate cytosolique
Navette malate-aspartate
Dans la matrice, une transaminase (métabolisme des acides aminés) transforme l’oxaloacétate en aspartate avec transformation concomitante de glutamate en 𝛼-cétoglutarate
Mitochondrie - Transport du NADH
Phase B2
(étape 5)
Régénération de l’oxaloacétate cytosolique
Navette malate-aspartate
L’aspartate est transporté de la matrice vers le cytoplasme par le transporteur glutamate-aspartate en échange de glutamate cytosolique
Mitochondrie - Transport du NADH
Phase B3
(étape 6)
Régénération de l’oxaloacétate cytosolique
Navette malate-aspartate
Dans le cytoplasme, l’aspartate est transformé en oxaloacétate par une transaminase en même temps que l’𝛼-cétoglutarate est transformé en glutamate
Mitochondrie - Transport du NADH
Navette glycérophosphate
Dans le muscle squelettique et le cerveau
Navette plus simple (3 étapes) mais moins efficace sur le plan énergétique
Mitochondrie - Transport du NADH
Étape 1
Navette du glycérophosphate
Glycérol-3-phosphate déshydrogénase catalyse l’oxydation du NADH cytosolique via le dihydroxyacétone phosphate (DHAP) pour donner NAD+ et G3P
Mitochondrie - Transport du NADH
Étape 2
Navette du glycérophosphate
Les électrons du G3P sont transférés à une déshydrogénase flavoprotéique pour donner du FADH2
Mitochondrie - Transport du NADH
Étape 3
Navette du glycérophosphate
FADH2 (enzyme) est localisé sur le côté externe de la membrane interne de la mitochondrie et elle fournit des électrons à la chaine de transport
Mitochondrie - Transport du NADH
Pourquoi la navette du glycérophosphate est-elle moins énergétiquement efficace que la navette malate-aspartate?
FADH2 produit 2 ATP
NADH2 produit 3 ATP
Transport d’électrons
Réaction globale de la CTÉ
NADH ⇌ NAD+ + H+ + 2é
………………………
2é + 2H+ + 1/2 O2 ⇀ H2O
Transport d’électrons
La CTÉ est une succession de…
4 complexes protéiques paqrcourus par les électrons
Transport d’électrons
Expliquer très globalement la CTÉ
e- du NADH sont transférés au Complexe I
e- du FADH2 sont transférés au Complexe II
e- du Complexe I et II sont transférés au Complexe III grâce au coenzyme Q (CoQ ou ubiquinone)
e- du Complexe III sont transférés au Complexe IV par la protéine membranaire périphérique le cytochrome c
Transport d’électrons - potentiel rédox
La direction du flux d’électrons le long de la CTÉ est déterminé par quoi
La faculté des composantes à perdre ou a gagner ces électrons
- NAD+ a une affinité modéré pour le électrons. Sa forme réduite NADH peut facilement céder ses 2 électrons
- O2 a une très forte affinité pour les électrons et est donc un très bon agent oxydant. Accepte facilement les électrons, les attirent.
- La capacité de donner ou capter des électrons est exprimé par le potentiel d’oxydoréduction (E˚’).
NAD+ = -315 mV
O2 = +815 mV
Les électrons se déplacent des molécules à faibles potentiel redox vers un fort potentiel redox, donc du NADH à l’O2
Pas savoir les chiffres juste que NAD+ est négatif et O2 positif et pour
Transport d’électrons - potentiel redox
Un ∆E˚’ positif dans un équation résulte en un ∆G˚’ (négatif/positif)
Négatif
Transport d’électrons - potentiel redox
Un ∆E˚’ positif est indicatif d’une réaction (non spontané/spontané)
Spontané
Un ∆E˚’ positif dans un équation résulte en un ∆G˚’ négatif
Transport d’électrons
Expliquer comment l’ATP est synthétisé dans la chaine respiratoire
Quand les e- du NADH ou FADH2 s’écoulent dans la chaîne respiratoire, des protons H+ sont pompés à travers la mb interne (matrice vers espace intermb)
L’ATP sera synthétisé quand les p+ reviendront dans la matrice à travers l’ATP synthase (force protomotrice)
L’oxydation NADH/FADH2 et la phosphorylation de l’ADP sont donc couplées grâce è ce flux transmb de p+
Transport d’électrons
Le flux transmb de p+ est une réaction très (endergonique/exergonique)
Pourquoi, permet quoi
Exergonique
∆G˚’ = très - pour le NADH et FADH2
Cette énergie est suffisante pour permettre la formation endergonique de plusieurs molécules d’ATP, puisque ∆G pour ADP+Pi⇌ATP n’est que de +50
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Vrai ou faux: les complexes peuvent se déplacer latéralement à l’intérieur de la membrane de la mitochondrie
Vrai
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe I
Nom
Composantes
NADH déshydrogénase
Large complexe
46 sous-unités protéiques qui contient
- Une flavine mononucléotide (FMN)
- 6-7 centres FE-S
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
FMN
Complexe I
g. prosthétique d’oxydo-réduction qui ne diffère du FAD que par l’absence du groupement AMP
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe I
Fonctionnement
- NADH donne ses 2 électrons au FMN qui est réduit en FMNH2
- e- du FMNH2 passent sur d’Autres protéines dont les groupes prothétiques sous la forme Fe-S au sein duquel les atomes de fer peuvent alterner entre la forme Fe3+ (oxydée) et Fe2+ (réduite)
- e- sont transféré à CoQ dont la réduction conduit à la formation de CoQH2
- CoQH2 transfert ses électrons au Complexe III
4 p+ sont pompés hors de la matrice pour contribuer à la création du gradient électrochimique
(intermb +++)
(Matrice —)
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe II
Composantes
Nom
Succinate déshydrogénase du cycle de Krebs
4 sous-unités protéiques dont la succinate déshydrogénase et 4 cofacteurs
- Une molécule de FAD
- 3 centre Fe-S
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe II
Fonctionnement
- FADH2 transfère ses e- au CoQ via Fe-S
- CoQ devient CoQH2
- CoQH2 transfert ses électrons au Complexe III
FADH2 associé à la succinate déshydrogénase
**Aucun p+ **pompé hors de la matrice
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe III
Nom
Composantes
Q-cytochrome c oxydoréductase ou Complexe du cytochrome bc1
Large complexe constitué de nb sous-unités protéiques et 4 groupements prosthétiques qui participent au transfert d’électron
- 2 cytochromes de type b : bL (low) et bH (high)
- 1 centre Fe-S
- 1 cytochrome de type c
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe III
Expliquer pourquoi on appelle le processus du Complexe III “cycle Q”
Le cytochrome c ne peut accepter qu’un électron à la fois
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe III
Fonctionnement
- Transfert 2 e- du CoQH2 vers le cytochrome c
S’effectue en 2 phases car cytochrome c accepte un électron à la fois
4 protons sont pompés **dans l’expace **intermb
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Cytochrome c
- Petite hémoprotéine (protéine à hème) associée à la mb interne de la mitochondrie
- Se retrouve chez tous les organismes sauf quelques anaérobies obligatoires
- Agit comme une navette en transportant e- du Complexe III au Complexe IV due à sa mobilité
- Le fer du noyau hème transporte 1 seul e- à la fois en passant de l’état oxydé Fe3+ à l’état réduit ferreux Fe2+
Transport d’électrons - Constituants de la chaîne respiratoire
Complexe IV
Nom
Constitution
Cytochrome c oxydase ou cytochrome aa3
p48 :)
