Bioénergétique Flashcards
Qu’est-ce que l’énergie potentielle chimique?
Énergie stocké dans les liaisons assemblant les atomes en molécules
2e loie de la thermodynamique
Lorsque l’énergie est transférée, il y aura moins d’énergie disponible qu’au début du processus.
(triangle)G??
c’est la variation d’énergie libre
Comment on fait pour favoriser des rx DG positive en biologie?
Avec des rx DG négatvie: hydrolyse de l’ATP
rx DG positive sont moins favorables, alors on les couple avec des rx DG négative favorables
Ok ATP gang shit
ATP + H20 -> ADP + Pi DG= -30kJ/mol
C’est la liaison phosphoanhydride entre les phosphate.
La conc. d’ATP est maintenu haute (10mM).
La spontanéité d’une rx dépend de…
[] réelle des rx
*** Spontanéité thermodynamique != rx rapides. La vitesse de rx est contrôlée par enzyme
Ok what the hell is charge énergétique
C’est ( [ATP] + 0,5 [ADP] )/( [ATP] + [ADP] + [AMP] )
Si la charge énergétique est basse, la conc en ATP est basse donc les rx qui requiert ATP vont être inhibé.
L’idée générale de la bioénergétique
C’est les pompes à protons.
- Oxydation de combustible fait du NADH et FADH2
- Transfert de e- du NADH et FADH2 -> génération gradient de proton
- Synthèse d’ATP
Les rx REDOX
Réduction (gain d’électrons): Oxydant + n(e-) -> Réducteur
Oxydation (perte d’électrons): Réducteur -> Oxydant + n(e-)
LEO the lion says GER
Loss of Electron is Oxydation. Gain of Electron is Reduction
FAD et NAD accepte quoi
FAD accepte 2 hydrogène (2 protons 2 électrons)
NAD accepte un hydrure (1 protons 2 électrons)
Qu’est-ce que le potentiel REDOX et E°?
REDOX: Tendance qu’une substance à d’être réduite (accepter électrons ( comme le H+)
E°: Tendance qu’une substance va agir comme un oxydant . Unité en Volt.( comme le O2)
Rx à E° négatif
- Pyruvate + 2H+ +2e- -> Lactate (-0,185)
- NAD+ + H+ + 2e- -> NADH (-0,320)
Ferrodoxin (Fe3+) + e- -> ferrodoxin (Fe2+) (-0,432) (réducteur biologique le plus puissant
Équation de Nerst et potentiel Redox
Dépend des conc des oxydant et réductant.
So des substances avec faible E peuvent accepter électron quand [oxydant] est haut (ceci est rare dans cellule)
Comportement des électrons
Vont de substances à faible potentiel Redox vers fort potentiel REDOX. Transfert des électrons est favorable ds la direction où ils perdent énergie
Comprends tu ce qui se passe ici?
Oui
Calcul de la varition d’énergie à partir de la différence de potentiel REDOX
DG = - n*F * DE°
Donc plus la différence entre les valeurs de E° est grande, plus la tendance d’ e- de passer d’une substance à une autre est grande, plus la variation d’énergie est grande.
Complexe respiratoire?
C’est les complexe I III et IV qui font le transfert d’e-.
Par chaque complexe que l’e- passe à travers, de l’énergie est stocké.
Se fait dans les mitochondries (eucaryote) ou dans la membrane plasmique (procaryote)
Comment est faite la membrane des procaryote et des mitochondries?
2 membrane. une externe qui est perméable aux grosse molécules et ions & une interne qui est imperméable aux ions et molécule non chargée.
La composition de l’espace intermembranaire est similaire au cytosol
Comment faire rentrer NADH dans mitochondrie?
- Par la navette glycérol-phosphate
- Transfert les e- du NADH vers Coenzyme Q par GDPc et GDPm
Bilan: Un NADH cytoplasmique devient NAD+ et un FAD mitochondriale devient FADH2 - Par la navette malate/aspartate
Étapes:
- Oxaloacétate devient Malate (NADH intermembranaire donne un H => NAD+)
- Malate rentre par transporteur
- Malate devient oxaloacétate (NAD+ mitochondrial devient NADH)
- Oxaloacétate =(aspartate aminotransférase)=> devient aspartate
- Aspartate va dans l’espace intermembranaire par mitochondrie et redevient oxaloacétate par asparate aminotransférase
Ok suite d’ensemble de la chaine respiratoire
Complexe I: NADH-ubiquinone réductase. Oxyde NADH. L’énergie de ces 2 e- font passer 4 H+.
Complexe 2: Succinate - ubiquinone réductase. Peuvent accepter e- par coenzyme FAD.
Q: Coenzyme Q = Ubiquinone. Transporte les 2e- du NADH ou le FADH2
Complexe III: Ubiquinol - cytochrome c réductase. avec les 2 e- pompes 4 H+ à l’extérieur.
Complexe IV: Cytochrome c réductase va pomper 2H+ et l’oxygène va être l’accepteur final d’e-
Complexe V: ATPase / ATP synthase: fait l’ATP
Composants de chaques complexe protéiques
Complexe I: 1 FMN. Centre Fer-Souffre.
Complexe II: 1 FAD; Centre Fer-Souffre ; Cytochrome
Complexe III: Centre Fer-Souffre. Cytochrome
Complexe IV: Cytochrome et cuivre
Ok complexe I Beat drop
Ca start avec le NADH qui donne 2 e- au FMN!
Le FMN donne un premier e- à un centre Fe-S qui en donne un à un autre centre Fe-S.
FMN donne son deuxième électron à premier centre Fe-S.
L’électron passe du dernier centre Fe-S se lie à l’ubiquinone qui devient semiquinone. puis le centre Fe-S lui donne un autre électron ce qui fait sa forme réduite ubiquinol
il y a 4 portes à protons donc 4 protons sortent dans l’espace intermembranaire durant le passage de la paire d’électrons dans le complexe.
Le centre Fe-S oscille entre quelle forme?
Fe2+ et Fe3+
Les 3 autres enzymes qui apportent des électrons à l’ubiquinone
- Complexe II qui inclus succinate déshydrogénase
- AcylCoA déshydrogénase de la beta oxydant
- GGPD de la navette glycerol phosphate
Qu’est-ce qui se passe avec l’ubiquinol dans le complexe III
Première round:
- QH2 donne un e- à un centre Fe-S (ISP) et cet électron
- QH2 donne un autre e- à cytochrome b -> 2 protons sont expulsé vers l’espace intermembranaire
- Le Q (ubiquinone) voyage à un autre site puis le Cytochrome b lui donne un e-
2e round
- un 2e QH2 donne c’est 2 électrons de la même façon que le premier QH2
- Le Q- prend l’autre e- qui était en attente sur le cytochrome b et 2 protons dans la mitochondrie => QH2 reformé
Ya des hèmes dans des complexes?
Oui dans les cytochromes des complexe III et IV.
- Il y a un Fe au milieu
- Il diffère par leurs chaines latérales.
P. Hema a dans cytochrome:
- longue chaine carbonnée => hydrophobe => ancrage dans la membrane
Heme b ds cyt. b:
- Petite chaine latérale
- Hème tient dans une protéine
Hème famille cyt. c:
- Liaisons covalentes avec sa protéine
Ok le process du complexe IV
- Cytochrome c transporte e- entre complexe III et IV
- il faut 4e- par 4 cyt. c sont consommée pour faire la réduction de O2
Le centre rédox du complexe a des groupements hèmes et des ions cuivre
Où va l’énergie du transport d’e- ?
Utilisé pour les pompes à protons.
- Énergie libre des e- est transformé dans un gradient des protons
Couplage oxydation/phosphorylation
Bilan 10H+
- 4H par le complexe I
- 4H du complexe III
- 2H du complexe IV
L’ATPase utilise 3H pour faire ATP
CTE: Oxydation du NADH, transport d’e-, pompage des protons, formation du gradient électrochimique, consommation d’oxygène
Phosphorylation oxydative: Synthèse de l’ATP par ATP synthase
Gradient de protons = gradient électrochimique
1) RT ln [Hout]/[Hin]: gradient de concentration chimique
2) ZFDy: effet électrique. Z= charge des ions
L’ATP synthase a fait quoi dans la vie
Elle synthétise l’ATP à partir du gradrient électrochimique. Repose sur une conversion énergétique par changement de conformation des sous-unités.
2 parties:
- F0: Enchâssée ds membrane
- F1: activité catalytique ; 3 sites catalytiques
Donc, énergie chimique des rx redox est transformé => force protomotrice => mvt mécanique => finalement en énergie chimique (ATP)
Énergétique de couplage
NADH= 2e-= 10 protons = 204kj/mol
Rendement de couplage
Qu’est-ce qu’est le rapport P/O?
C’est le nombre de phosphorylations d’ADP/ atomes d’oxygènes.
P/O = 2,5 pour NADH (10 protons) P/O = 1,5 FADH2 (6 protons)
F1ATPase a besoin de 4H+ pour synthétiser 1 ATP
*Il y a une fuite de protons
Bilan total de l’oxydation du glucose
D’abord au cytosol la glycolyse produit : 2ATP, 2NADH e 2 pyruvate. Le 2 pyruvates dans la réaction PDH produisent 2NADH et 2 Acetyl-CoA. Qui a leur tour produisent 6NADH, 2FADH2 et 2GTP. Alors nous avons 10NADH et 2FADH2. Nous savons que chaque NADH donne 2.5 ATP et chaque FADH2 1.5. ça nous donne 32 ATP.
L’efficacité est de 100 x 233,6/688= 33,9%
Le 66% de l’énergie se retrouvent sous forme de chaleur
Le mécanisme de l’ATPase
- Un proton vient de l’espace intermembranaire et rentre dans l’ATPase => fait tourner le Fo => retor
- Un proton H+ sort de l’ATPase
- Après 3 H+ qui rentre et 3 qui sort, le F1 lie un P à l’ADP pour former l’ATP
2 mécanismes pour former ATP
Phosphorylation au niveau du substrat (p. ex. dans glycolyse)
- Utilise énergie chimique d’une réaction
- Un P provient d’un métabolite riche en énergie est transféré à L’ADP ou GDP
- Pas besoin d’oxygène
- Pas besoin de NADH ou FADH2
- 10% de l’Énergie
Le gradient ionique (chimiosmose) L’ATPase
- Utilise l’énergie d’une gradient ionique converti en énergie mécanique pour catalyser une réaction chimique
- Besoin d’oxygène
- Besoin de NADH et FADH2
- 90% de l’énergie
Contrôle de la respiration mitochondriale
- La quantité d’ADP disponible (si on consomme bcp d’ATP il y a bcp d’ADP
- ATP en grande quantité est un régulateur allostérique négatif de la glycolyse, l’oxydation du pyruvate, cycle de Krebs et production de NADH/FADH2 => inhibe la respiration
- Capacité de transport d’électrons dans les complexes est régulé par oxygène disponible, donc si on est en hypoxie on peut pas faire d’ATP.
- Le NO inhibe le complexe IV (prend la place de l’oxygène) arrête le transport d’électrons dans le complexe
Suite d’évent pour l’étude de la respiration mitochondriale
- Sans rien on peut mesure la respiration basale
- On ajoute de l’oligomycin qui va agir comme inhibiteur de l’ATP synthase. On va pouvoir mesurer l’état quand il y a bcp de protons dans l’espace intermembranaire
- On ajoute un agent découplant (FCCP) ce qui va augmenter de bcp la chaleur du corps et va faire revenir les protons dans la mitochondries. Permet de mesure la consommation maximal d’oxygène
- Si on ajoute antimycine A et rotenone, respectivement inhibiteur du complexe III et complexe I. Il n’y a plus de fuite de protons possible, plus de consommation d’oxygène par les cellules
Qu’est-ce que la capacité de réserve?
Différence entre la consomation maximale d’O2 et la consommation basale
