6- Transport d'électrons et phosphorylations oxydatives Flashcards
1
Q
Vrai ou Faux. Les 12 paires d’électrons issues de l’oxydation d’une molécule de glucose sont directement transférées à l’oxygène.
A
Faux. Elles sont transférées aux coenzymes NAD+ et FAD pour former 10 NADH et 2 FADH2.
2
Q
Pourquoi est-ce que les électrons ne vont pas directement vers l’O2, mais passent plutôt par une série d’intermédiaires, les transporteur d’électrons?
A
Cela permet à certains complexes de pomper des protons, créer un gradient de proton de part et d’autre de la membrane mitochondriale.
3
Q
Vrai ou faux. 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.
A
Vrai
4
Q
Une molécule de glucose forme combien de NADH et FADH2?
A
10 NADH et 2 FADH2
5
Q
Qu’est-ce que la phosphorylation oxydative?
A
C’est la formation d’un gradient de protons qui sera utilisé pour la synthèse d’ATP à partir d’ADP et de Pi.
6
Q
Vrai ou Faux. Le transport des électrons fournit aux pompes à protons l’énergie nécessaire à la synthèse de l’ATP.
A
Vrai
7
Q
La réoxydation de chaque NADH permet la synthèse de combien d’ATP?
A
3 ATPs
8
Q
La réoxydation de chaque FADH2 permet la synthèse de combien d’ATP?
A
2 ATPs
9
Q
Quel est le grand total de production d’ATP pour une molécule de glucose complètement oxydée en CO2 et en H2O?
A
38 ATPs
10
Q
Vrai ou Faux. La mitochondrie est le centre énergétique de la cellule.
A
Vrai
11
Q
Vrai ou Faux. Les protéines qui assurent le transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives sont liées à la membrane externe de la mitochondrie.
A
Faux. Elles sont liés à la membrane interne.
12
Q
Quelle est la particularité de la membrane externe de la mitochondrie?
A
Elle est poreuse et perméable aux petits ions et petites molécules (ADP, ATP, pyruvate, H+).
13
Q
Vrai ou Faux. Les molécules peuvent entrer par diffusion passive à l’intérieur de la mitochondrie.
A
Faux. La membrane interne n’est pas poreuse.
14
Q
Le fait que la membrane mitochondriale interne est imperméable aux ions H+ permet quoi?
A
La formation d’un gradient de protons.
15
Q
Vrai ou Faux. La matrice mitochondriale est plus acide que l’espace intermembranaire et chargé positivement.
A
Faux. C’est l’espace intermembranaire qui est plus acide et chargé positivement.
16
Q
Qu’est-ce que la force promotrice?
A
C’est le gradient électrochimique de protons de la mitochondrie.
17
Q
Vrai ou Faux. C’est le retour d’un proton par diffusion vers la matrice qui génère de l’énergie libre nécessaire à la synthèse d’ATP.
A
Vrai. Les protons reviennent par l’ATP synthase qui fournit l’énergie. C’est le seul endroit où les H+ diffusent en suivant leur gradient.
18
Q
Vrai ou faux. La membrane interne est essentielle pour obtenir un gradient de protons.
A
Vrai
19
Q
Qu’est-ce que la chimiosmose?
A
C’est le couplage de la phosphorylation de l’ADP en ATP par l’ATP synthase en utilisant l’énergie libérée par la dissipation d’un gradient de concentration de H+ à travers une membrane.
20
Q
Pourquoi dit-on que la membrane interne est sélectivement perméable?
A
Parce qu’elle est perméable seulement lorsque les protons diffusent via l’ATP synthase.
21
Q
Quels découverte a valu le Prix Nobel de Chimie à Peter D. Mitchell?
A
Le gradient de H+ et la chimiosmose.
22
Q
De quoi est composé le gradient électrochimique ?
A
- D’un gradient chimique ou de pH (espage intermembranaire plus acide que la matrice). Ce pH plus acide est essentiel à l’activité de certaines enzymes
- D’un gradient électrique où le potentiel de membrane est positif
23
Q
Comment peut être aussi appelé le gradient électrochimique et pourquoi ?
A
Aussi appelé force prémotricee (FPM), car la rentrée, ou le retour, d’un proton par diffusion vers la matrice génère de l’énergique libre nécessaire à la synthèse de l’ATP.
24
Q
La membrane interne de la mitochondrie doit contenir des systèmes de transport permettant 3 processus, lesquels?
A
- NADH du cytoplasme doit accéder à la chaîne de transport d’électrons pour pouvoir y être oxydé par l’O2.
- Les métabolites (oxaloacétate et l’acétyl-CoA produits par la mitochondrie doivent quitter la matrice pour atteindre le cytosol.
- L’ATP doit revenir au cytoplasme où se déroule la plupart des réactions qui utilisent l’ATP, tandis que l’ADP et le Pi doivent entrer dans la mitochondrie.
25
Quelles molécules utilisent le système de transport symport?
Phosphate inorganique (Pi) + Protons (H+)
et
Pyruvate + H+
26
Quelles molécules utilisent le système de transport antiport?
L'ADP (entre) et l'ATP (sort)
27
Quel est le nom de la protéine antiport impliquée dans l'échange d'ATP pour l'ADP?
La translocase des nucléotides adénylique, c'est le dimère d'une même protéine.
28
Quelles conformations peuvent prendre la translocase des nucléotides adényliques?
2 conformations possibles
29
Quel est le système symport Pi-H+ sous dépendance du gradient de pH?
Transporteur de phosphate
30
Qu'entraîne le transport symport sur la synthèse d'ATP par l'ATP synthase?
Les H+ vont entrer par des transporteurs de Pi ou de Pyruvate sans passer par l'ATP synthase, alors cela mène à une perte d'énergie.
31
Vrai ou Faux. Le NADH cytoplasmique entre dans la mitochondrie par un récepteur spécifique pour s'y faire oxyder.
Faux. Ce n'est pas NADH qui entre dans la matrice. Elle s'oxyde en transférant ses électrons à l'intérieur de la mitochodrie. À l'intérieur de la mitochondrie, il y a une réserve de NAD+, donc un électron plus le NAD+ donne NADH à l'intérieur de la mitochondrie. C'est de cette façon que le NADH peut être utilisé à l'intérieur de la mitchondrie.
32
Décrivez la phase A (transport d'électrons dans la matrice) du transport du NADH. (3 étapes)
1. NADH réduit l'oxaloacétate pour donner du NAD+ et du malate à l'aide de la malate déshydrogénase cytosolique.
2. La transporteur malate alpha-cétoglutarate (antiport) transporte le malate du cytosol vers la matrice en échange d'alpha-cétoglurate provenant de la matrice.
3. NAD+ réoxyde le malate pour donner NADH et l'oxaloacétate catalysé par la malate déshydrogénase mitochondriale.
33
Décrivez la phase B (régénération de l'oxaloacétate cytosolique) du transport du NADH. (3 étapes)
1. Une transaminase ( aspartate amiotransférase) transforme l'oxaloacétate en aspartate en même temps de transformer le glutamate (perd son groupement aminé) en alpha-cétoglutarate
2. L'aspartate est transporté vers l'extérieur de la cellule en échange de glutamate cytosolique par le transporteur glutamate-aspartate.
3. Dans le cytoplasme, l'aspartate est transformé en oxaloacétate par une transaminase en même temps que l'alpha-cétglutarate est transformé en glutamate.
34
Quel type de navette existe dans le cerveau et dans le muscle squelettique?
La navette glycérophosphate
35
Quelles sont les différences entre la navette du glycérophosphate et la navette malate-aspartate?
La navette du glycérophosphate est plus simple (3 étapes), mais moins efficace sur le plan énergétique (1 potentiel de molécule d'ATP est perdu puisqu'on commence avec NADH cytoplasmique (potentiel de créer 3 ATP) et le NADH est transformé en FADH2 (potentiel de créer 2 ATP)).
36
Quels sont les 3 étapes de la navette du glycérophosphate?
1. Oxydation du NADH avec DHAP pour donner NAD+ et G3P/GAP grâce à l'enzyme G3P déshydrogénase.
2. Les électrons du GAP/G3P sont transférés à une déshydrogénase flavoprotéique pour donner du FADH2. Il y a régénération du DHAP pour les étapes suivantes.
3. La déshydrogénase flavoprotéique fournit des électrons à la chaîne de transport.
37
Quelle est la réaction globale de la chaîne de transport d'électrons?
38
La chaîne de transport d'électrons est une succession de combien de complexes protéiques?
4 complexes protéiques.
39
Quelle navette existe dans le coeur, le foie et le rein?
La navette malate-aspartate
40
Quels sont les 2 choix de transport du NADH ?
1. Navette malate-aspartate
2. Navette glycérophosphate
41
Vrai ou Faux. Les électrons du NADH sont transférés au Complexe II tandis que ceux du FADH2 au Complexe I.
Faux. Les électrons du NADH sont transférés au Complexe I tandis que ceux du FADH2 au Complexe II. Ensuite, ces électrons seront transférés au Complexe III grâce au coenzyme Q, par la suite au Complexe IV grâce à la protéine membranaire cytochrome c.
42
Quelle protéine membranaire assure le passage des électrons, soit du Complexe I à III ou du II à III.
La coenzyme Q
43
Quelle protéine membranaire assure le transfert des électrons du Complexe III au IV?
Le cytochrome c
44
Qu'est-ce qui fait en sorte que les électrons vont dans une seule direction?
Le potentiel rédox. Les électrons se déplacent des molécules à faible potentiel rédox (NADH molécule ayant une faible affinité pour les électrons) vers les molécules possédant un potentiel fort (O2). Le NAD+ a une affinité modérée pour les électrons tandis que l'O2 a une très grande affinité pour les électrons (accepteur terminal d'électrons alors très bon agent oxydant)
45
Vrai ou Faux. Un Δε°’ positif dans une équation résulte en un ΔG°’positif, donc un Δε°’ positif est indicatif d'une réaction non spontanée.
Faux. Un Δε°’ positif dans une équation résulte en un ΔG°’négatif, donc spontané.
46
Vrai ou Faux. L'oxydation du NADH/FADH2 et la phosphorylation de l'ADP sont couplées grâce au gradient de protons.
Vrai
47
Quel complexe de la chaîne de transport d'électron n'est inhibé par aucune molécule?
Aucun
48
Quelles protéines peuvent inhiber le complexe I?
La roténone, le MPTP ou l'amytal
49
Quelle protéine peut inhiber le complexe III?
Antimycine A
50
Quelles protéines peuvent inhiber le Complexe IV?
Le cyanure et le CO (monoxyde de carbone)
51
Vrai ou Faux. Les complexes peuvent se déplacer latéralement à l'intérieur de la membrane interne.
Vrai
52
De quoi est composé le Complexe I? (2)
- FMN (flavine mononucléotide) qui est un groupement prostétique d'oxydoréduction, diffère du FAD par l'absence du groupement AMP.
- Centres Fe-S (centres fer-soufre)
*Une partie du Complexe est enfouie dans la membrane interne de la mitochondrie.*
53
Quel est l'autre nom donné au Complexe I?
NADH déshydrogénase
54
Quel est le mode d'action du Complexe I? (5 étapes)
1. Le NADH donne ses 2 électrons au FMN qui est réduit en FMNH2.
2. Les électrons du FMNH2 passent sur d'autres protéines dont les groupes prostétiques sont sous forme de centre Fe-S. Les atomes de fer peuvent alterner entre la forme oxydée Fe3+ et la forme réduite Fe2+.
3. Les électrons sont transférés à la coenzyme Q dont la réduction conduit à la formation de CoQH2.
4. Le coenzyme Q transfert les électrons au Complexe III.
5. Parallèlement, 4 protons sont pompés hors de la matrice.
55
De quoi est formé le complexe II de la chaîne de transport d'électron?
De 4 sous-unités protéiques dont la succinate déshydrogénase et des cofacteurs :
- Molécule de FAD
- Centres fer-soufre ( Fe-S)
56
Quel est l'autre nom du Complexe II?
Succinate déshydrogénase
57
Quel est le mode d'action du Complexe II?
Lors de la réaction d'oxydoréduction du succinate en fumarate, le FAD est réduit en FADH2. Les électrons seront transférés aux centres Fe-S jusqu'à ce que les électrons soient transférés au CoQ (qui devient CoQH2). Le CoQH2 transfert les électrons au Complexe III.
58
Quel complexe ne participe pas à la mise en place du gradient de protons?
Complexe II
59
De quoi est constitué le Complexe III?
De 4 groupes prostétiques :
- 2 cytochrome de type b
- Centre Fe-S
- Cytochrome de type c
60
Quel est l'autre nom du Complexe III?
Q-cytochrome c oxydoréductase
61
Quel est le mode d'action du Complexe III?
2 électrons et 2 protons proviennent du CoQH2. Les protons sont directement pompés dans l'espace intermembranaire. Un électron à la fois est transféré au cytochrome c via le centre Fe-S. Le cytochrome c transfert un électron à la fois au Complexe IV. Ensuite, deux autres protons sont pompés vers l'espace intermembranaire. Au total, 4 protons sont pompés dans l'espace intermembranaire.
62
Vrai ou Faux. Le cytochrome c peut transporter seulement un électron à la fois.
Vrai
63
Qu'est-ce que le cytochrome c?
Une hémoprotéine associée à la membrane interne de la mitochondrie.
64
Pourquoi le cytochrome c ne transporte qu'un électron?
Parce que le fer du noyau hème peut seulement transporter un électron.
65
Quel est la forme oxydée du Fe? Et sa forme réduite?
Forme oxydée : Fe3+
Forme réduite : Fe2+
66
Quelle molécule inhibe le Complexe II?
Le malonate
67
De quoi est constitué le Complexe IV?
De 4 groupements prostétiques :
- 2 cytochromes de type a
- 2 centres cuivre
68
Quel complexe ne contient pas de groupement prostétique de type centre Fe-S?
Complexe IV
69
Quels complexes contiennent un groupement prostétique de type centre Fe-S?
I, II et III
70
Quel complexe contient un groupement prostétique de type cytochrome c?
Complexe III
71
Quel complexe contient un groupement prostétique de type cytochrome b?
Complexe III
72
Quel complexe contient un groupement prostétique de type cytochrome a?
Complexe IV
73
Quel complexe contient un groupement prostétique de type FAD?
Complexe II
74
Quel complexe contient un groupement prostétique de type FMN?
Complexe I
75
Quel complexe contient un groupement prostétique de type centre cuivre?
Complexe IV
76
Quel est l'autre nom du Complexe IV?
Cytochrome c oxydase
77
Quel est le mode d'action du Complexe IV?
Catalyse le transfert de 4 électrons du cytochrome c à l'O2, donc réduction de O2 en 2 H2O. Les 4 électrons passent par le centre cuivre et les cytochromes de type a pour finalement réduire l'O2 en H2O. L'énergie libérée lors de la réoxydation du cytochrome c sert à pomper 4 protons à l'extérieur de la matrice.
O2 + 4H+ + 4é donne 2 H2O
78
Quelle est la forme oxydée et réduite du Cuivre?
État réduit : Cu
État oxydé : Cu2+
79
Vrai ou Faux. Les cytochromes a et les centre Cu du Complexe IV transportent un seul électron à la fois.
Vrai
80
Combien de protons sont pompés à l'extérieur de la matrice à chaque étape de la chaîne de transport d'électrons?
I : 4
II : 0
III : 4
IV : 4
Total: 12 protons pompés à l'extérieur de la matrice pour 1 NADH.
81
Vrai ou Faux. Dans le cerveau, le MPTP est transformé en MPP-, un puissant inhibiteur du Complexe I.
Vrai
82
Le MPP- affecte quelle partie du cerveau?
La région du cerveau composée de neurones dopaminergiques. Les neurones ne pouvaient plus avoir accès à une source d'énergie viable, alors c'était la mort cellulaire. Cela entraîne des symptomes similaires à l'Alzheimer.
83
Vrai ou Faux. Une navette transporte les électrons jusqu'à l'ATP synthase pour la production de l'ATP.
Faux. L'ATP synthase n'est pas en contact direct avec les protéines qui assurent le transport d'électron.
84
Comment génère-t-on l'énergie libre qui sera requise pour former l'ATP par l'ATP synthase?
Chaque H+ qui retourne vers la matrice mitochondriale par diffusion, en suivant son gradient génère l'énergie requise pour la formation d'ATP.
85
Combien de protons sont nécessaires à la formation d'un ATP?
3
86
Vrai ou Faux. L'ATP synthase est une pompe à protons et un moteur moléculaire rotatif.
Vrai
87
Vrai ou Faux. L'ATP synthase catalyse une réaction irréversible.
Faux. La synthèse de l'ATP est réversible, mais en raison de la grande présence en substrat, elle va toujours dans un sens.
88
Décrivez la région F0 de l'ATP synthase.
- Elle est transmembranaire.
- Contient 3 sous-unités hydrophobes : a, b et c. a est composée de deux demi-canaux à protons (un pour l'entrée et un pour la sortie des H+).
- F0 est responsable de la translocation des protons.
89
Décrivez la région F1 de l'ATP synthase.
- Elle se trouve sur la face matricielle de la membrane mitochondriale interne.
- Est de forme sphérique constituée de 5 types de polypeptides : alpha, béta, gamma, delta et epsilon. Gamma et epsilon forment la tige centrale.
- 6 sous-unités alpha et béta qui forment un anneau hexagonal, fixent les nucléotides.
Rôle : F1 catalyse la formation de la liaison pyrophosphate de l'ATP.
90
Quelles sous-unités de la région F1 forment la tige centrale?
Gamma et epsilon.
91
Quelles sous-unités de la région F1 forment l'anneau hexagonal et fixent les nucléotides?
Alpha et béta
92
Quelle sous-unité de la région F1 possède une activité catalytique?
Béta
93
Combien de sites de liaison pour ADP+Pi sont présents dans la région F1?
3 parce que 3 sous-unités béta.
94
Par quoi les sous-unités F0 et F1 sont-elles connectées?
1. La tige centrale ( gamma et epsilon est lié à c)
2. La colonne externe (composée de sous-unité a, de 2 sous-unités b et de la sous-unité delta)
95
Vrai ou Faux. Boyer a observé que la production d'ATP peut se faire même en l'absence d'un gradient de protons.
vrai
96
Vrai ou Faux. Boyer a prouvé que l'étape nécéssitant de l'énergie dans l'ATP synthase est la libération de l'ATP nouvellement synthétisée à partir de l'enzyme et non pas la synthèse de l'ATP elle-même.
vrai
97
Que se passe-t-il lorsqu'un flux de protons passe à travers F0?
Cela induit des changements conformationnels de l'enzyme F1 qui aboutissent à la fixation des substrats du l'ATP synthase, la synthèse de l'ATP et sa libération.
98
Vrai ou Faux. Au fur et à mesure que l'ATP est synthétisé, l'ATP synthase va changer de conformation.
vrai
99
Quelles sont les 3 conformations différentes des sites catalytiques de l'ATP synthase?
- ouverte
- lâche
- serrée
100
Quelles sont les deux composantes de l'ATP synthase?
- rotor : sous-unités c + gamma et epsilon
- stator : alpha et béta + sous-unités a, b et delta.
101
Pourquoi une partie de l'ATP synthase (rotor) tourne-t-elle toujours dans le même sens?
L'entrée des protons fait en sorte qu'il se produit une rotation. Le proton a une charge positive et les acides aminés constituant les sous-unités c sont chargés positivement. Il y a alors répulsion entre le proton et la sous-unité à chaque fois que le proton entre.
102
Le site catalytique a une faible affinité pour l'ADP et Pi lorsque F1 est sous quelle conformation?
Lâche
103
1. Liaison d'ADP et de Pi au site catalytique de faible affinité lorsque F1 est en conformation ____. 2. Le passage des protons à travers l'ATP synthase induit des ____ ____ des trois sites. La conformation ____, avec son ADP et son Pi se transforme en conformation ____ où est produit l'ATP. En même temps, les 2 autres sous-unités changent de conformation : le site ____ qui contient l'ATP passe en configuration ____ et le site qui se trouvait en ____ passe en ____. 3. En même temps qu'un ATP est synthétisé sur le site ____ d'une sous-unité, celui qui est lié au ____ d'une autre sous-unité se dissocie.
lâche
changements conformationnels
lâche
serrée
serré
ouverte
ouverte
lâche
serré
ouvert
104
Sous quelle configuration de F1 est produit l'ATP?
serrée
105
Sous quelle configuration de F1 est relâchée l'ATP?
Ouverte
106
Vrai ou Faux. L'hypothèse que la synthèse d'ATP nécessite un gradient de protons a été proposé par Mitchell.
vrai
107
Quelle est l'expérience de reconstitution du modèle de Mitchell conçue par Racker et Stoeckenius?
Une bactériorhodopsine (pompe à protons) s'active seulement avec la lumière. Un ATP synthase est disposée dans la membrane, mais sans gradient de protons (sans lumière), l'enzyme ne peut pas fonctionner.
108
Quel est l'inhibiteur de l'ATP synthase?
L'oligomycine
109
Quel est le mode d'action de l'oligomycine sur l'ATP synthase?
Il bloque le canal à protons et entraîne l'arrêt de la chaîne de transport d'électrons.
110
Pourquoi l'inhibition de la synthèse d'ATP arrête également la chaîne de transport d'électrons?
Si on bloque le retour des protons, le gradient va devenir de plus en plus grand. Les pompes à protons des complexes ne seront plus asez forts (énergie libre libérée par l'oxydation de NADH et FADH2 est insuffisant) pour pomper d'autres protons à l'extérieur de la matrice.
111
Quel est le rendement en ATP pour 1 glucose avec la navette glycérophosphate et la navette-malate aspartate?
Glycérophosphate : 36
Malate-aspartate : 38
112
Vrai ou Faux. Les 2 NADH produits lors de la glycolyse vont se faire oxyder soit dans la navette glycérophosphate ou dans la navette malate-aspartate.
vrai
113
Quel est le principal mécanisme de régulation de la respiration cellulaire/phosphorylations oxydatives/synthase d'ATP?
Les besoins énergétiques en ATP.
114
La régulation de la production d'ATP dépend de 3 facteurs, lesquels?
1. Apport en NADH (valeur du ration NADH/NAD+ intramitochondrial)
2. O2, ADP et Pi : si moins d'O2, fonctionne moins bien parce que c'est l'accepteur final.
3. Activité physique : - au repos : ratio ATP/ADP*Pi élevé(vitesse diminue) - à l'effort : ratio ATP/ADP*Pi faible (vitesse s'accélère)
115
Quels sont les effets de la présence du DNP et du FCCP dans la membrane interne sur le gradient de protons?
Ils captent les protons dans l'espace intermembranaire et diffusent dans la membrane avec le proton. Cela dissipe le gradient de proton, donc il n'y a pas de synthèse d'ATP puisque les H+ ne passent pas par l'ATP synthase. Cela entraîne une libération de chaleur.
116
Pourquoi le DNP et le FCCP accélèrent le métabolisme?
Moins d'ATP est produit parce que le gradient de protons est dissipé. Alors, il faut hydrolyser les réserves de lipides et de glycogène.
117
Quel est le principal danger de l'utilisation de DNP ou de FCCP?
Ce n'est pas le manque de production d'énergie, mais bien une hausse excessive de la température corporelle.
118
Quelle est la protéine contenue dans la membrane interne des mitochondries du tissu adipeux brun? Quel est sont rôle?
Thermogénine. Cette protéine crée un canal à protons par lequel s'écoule les protons de l'espace intermembranaire vers la matrice.
119
Expliquez la courbe ci-jointe.
Si on ajoute l'oligomycine qui inhibe l'ATP synthase, il n'y aura plus d'ATP synthétisée. Un peu d'O2 sera consommée jusqu'à saturation du gradient de protons. Si on ajoute DNP, le gradient sera discipé et l'O2 sera consommée au complexe IV
120
Quel est l'effet Warburg?
L'observation que les cellules cancéreuses font beaucoup plus de glycolyse suivie d'une fermentation homolactique, ce qui forme des niveaux élevés d'acide lactique, que glycolyse suivie de l'oxydation du pyruvate dans les mito.
121
Vrai ou Faux. L'effet Warburg peut être une adaptation à des environnements riches en oxygène surtout chez les tumeurs solides.
Faux. Adaptation à des environnements pauvres en oxygène
