CHAPITRE 4 Flashcards
MITOCHONDRIE ET PRODUCTION D’ÉNERGIE
C’est le cycle de Krebs et la chaîne de transport d’électrons (système OXPHOS) qui ont pour fonction de produire l’essentiel de l’énergie cellulaire!
Cycle de Krebs: oxydation de l’… et formation de … réduites.
Système OXPHOS: oxydation de … réduites, consommation d’… et production d’…
Cycle de Krebs: oxydation de l’acétyl-CoA et formation de coenzymes réduites.
Système OXPHOS: oxydation de coenzymes réduites, consommation d’oxygène et production d’ATP.
Qui est le = «principaux organites producteurs d’énergie chez les organismes pluricellulaires».
Mitochondrie :)
LE CYCLE DE KREBS
Étape finale du catabolisme oxydatif des glucides, des acides gras et des acides aminés et qui assure la plus grande part des besoins énergétiques de la cellule.
Cet important apport en énergie est rendu possible grâce à l’oxydation de l’… et la formation de … réduits qui seront oxydés dans la chaîne respiratoire.
Il a lieu dans la … chez les eucaryotes, tout comme la b-oxydation, la cétogenèse et la phosphorylation oxydative.
Il fait intervenir un enzyme attaché à la membrane interne de la mitochondrie (le succinate déshydrogénase) et sept autres dispersés dans la matrice mitochondriale.
Cet important apport en énergie est rendu possible grâce à l’oxydation de l’acétyl-CoA et la formation de coenzymes réduits qui seront oxydés dans la chaîne respiratoire.
Il a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes, tout comme la b-oxydation, la cétogenèse et la phosphorylation oxydative.
Il fait intervenir un enzyme attaché à la membrane interne de la mitochondrie (le succinate déshydrogénase) et sept autres dispersés dans la matrice mitochondriale.
CYCLE DE KREBS
RETENIR
RX 1-3-4-5-6-8
BILAN DU CYCLE DE KREBS
À la fin des huit réactions du cycle, pour chaque acétyl-CoA, il se génère:
? NADH+H+
? FADH2
? ATP (à partir du GTP)
? dioxyde de carbone (CO2)
À la fin des huit réactions du cycle, pour chaque acétyl-CoA, il se génère:
3 NADH+H+
1 FADH2
1 ATP (à partir du GTP)
2 dioxyde de carbone (CO2)
3 ÉTAPES DE RÉGULATION DU CYCLE DE KREBS (IRRÉVERSIBLES)
Le citrate synthase;
- activateurs = 2
- inhibiteurs = 3
L’isocitrate DH;
- activateurs = 3
- inhibiteurs = 3
L’α-cétoglutarate DH;
- activateurs = 3
- inhibiteurs = 3
Le citrate synthase;
- activateurs = NAD+ et ADP;
- inhibiteurs = NADH+H+, ATP et citrate;
L’isocitrate DH;
- activateurs = NAD+, ADP et calcium;
- inhibiteurs = NADH+H+, ATP et α-cétoglutarate;
L’α-cétoglutarate DH;
- activateurs = NAD+, ADP et calcium;
- inhibiteurs = NADH+H+, ATP et succinyl-CoA.
À noter qu’il n’y a pas de régulation par phosphorylation ou déphosphorylation des protéines
Effet d’une … dans les cellules hépatiques:
- transport du citrate dans le cytosol pour produire, selon les besoins, des AG et/ou des TAG.
Effet d’une inhibition dans les cellules hépatiques:
- transport du citrate dans le cytosol pour produire, selon les besoins, des AG et/ou des TAG.
«Pour que le cycle de Krebs puisse se poursuivre, il faut que les coenzymes réduites NADH+H+ et FADH2, qui portent leurs électrons supplémentaires dans des liaisons riches en énergie, soient … ».
«Pour que le cycle de Krebs puisse se poursuivre, il faut que les coenzymes réduites NADH+H+ et FADH2, qui portent leurs électrons supplémentaires dans des liaisons riches en énergie, soient oxydées».
LE SYSTÈME OXPHOS
La fonction du système OXPHOS = «coordonner le transfert des … associés au … et au … vers l’O2 et la synthèse d’ATP».
Ces protons (électrons) sont d’abord transportés au sein des complexes ? (4) du système OXPHOS.
Le transfert de ces protons entre les 4 … est couplé au passage d’autres protons H+ déjà présents dans la matrice vers l’espace ….
L’énergie emmagasinée (= gradient de protons) est ensuite utilisée au sein du complexe ? pour générer l’ATP.
⭐️En fait, le complexe V est activé par le passage des protons de l’espace intermembranaire vers la matrice.
Les ATP formés seront transportés vers le … via l’antiport … (échangeur ADP/ATP) afin qu’ils soient utilisés pour combler les besoins énergétiques de la cellule.
La fonction du système OXPHOS = «coordonner le transfert des protons H+ associés au NADH+H+ et au FADH2 vers l’O2 et la synthèse d’ATP».
Ces protons (électrons) sont d’abord transportés au sein des complexes I, II, III et IV du système OXPHOS.
Le transfert de ces protons entre les 4 oxydoréductases est couplé au passage d’autres protons H+ déjà présents dans la matrice vers l’espace intermembranaire.
L’énergie emmagasinée (= gradient de protons) est ensuite utilisée au sein du complexe V pour générer l’ATP.
En fait, le complexe V est activé par le passage des protons de l’espace intermembranaire vers la matrice.
Les ATP formés seront transportés vers le cytosol via l’antiport ANT (échangeur ADP/ATP) afin qu’ils soient utilisés pour combler les besoins énergétiques de la cellule.
Dans le système OXPHOS, qui s’occupe de transférer des é ?
FMN
FAD
UBIQUINONE/UBIQUINOLE
CYTOCHROME C
LES COMPLEXES DU SYSTÈME OXPHOS
Quel est le complexe I et sa fonction ?
OXPHOS
Quel est le complexe II et sa fonction ?
OXPHOS
Quel est le complexe III et sa fonction ?
OXPHOS
Quel est le complexe IV et sa fonction ?
OXPHOS
Quel est le complexe V et sa fonction ?
OXPHOS
Qui peut transporter 2 protons ?
Capable d’accepter et de transporter 2 électrons.
FMN et FAD
CYTOCHROME C
Protéine … impliquée dans le transfert des électrons entre les complexes ? et ? de la chaîne respiratoire.
Protéine soluble impliquée dans le transfert des électrons entre les complexes III et IV de la chaîne respiratoire.
COENZYME Q (UBIQUINONE)
Dérivé de …, caractérisé par une longue chaîne … (hydrophobe) : … , donc intégré dans la …
Rôle = capter les électrons venant des complexes ? et ? et de les transférer au complexe ?
Dérivé de benzoquinone, caractérisé par une longue chaîne isoprénoïque (hydrophobe) = liposoluble, donc intégré dans la membrane
Rôle = capter les électrons venant des complexes I et II et de les transférer au complexe III
MÉCANISME DE TRANSFERT DES ÉLECTRONS
LE COMPLEXE I (NADH-UQ RÉDUCTASE)
- Le flot des électrons circule d’abord du … (cytosol et mitochondrie) au …
- du … au … (= UQH2)
Combien de protons pompés ?
- Le flot des électrons circule d’abord du NADH+H+ (cytosol et mitochondrie) au FMN
- du FMNH2 au coenzyme Q (= UQH2)
4 protons pompés
COMPLEXE II ( SUCCINATE-UQ RÉDUCTASE)
- Le flot des électrons circule d’abord du … (ou du glycérol-3P) au … (= FADH2)
- Du … au … (= UQH2)
Combien de protons pompés ?
- Le flot des électrons circule d’abord du succinate (ou du glycérol-3P) au FAD (= FADH2)
- Du FADH2 au coenzyme Q (= UQH2)
Ne contribue pas à la création d’un gradient de protons. = Aucun proton pompé.
LE COMPLEXE III (UQH2-CYTO C RÉDUCTASE)
Le complexe III oxyde l’… en …, les e- transférés servant à réduire le …
Le … et l’… sont des **transporteurs mobiles **
Ils transfèrent les e- entre les complexes
combien d’électrons sont pompés ?
Le complexe III oxyde l’UQH2 en UQ, les e- transférés servant à réduire le cytochrome C
4 protons pompés
LE COMPLEXE IV (CYTOCHROME C OXYDASE)
Finalement, le complexe IV couple l’oxydation du … à la réduction d’… en …
Combien d’électrons pompés ?
Finalement, le complexe IV couple l’oxydation du cytochrome C à la réduction d’oxygène en eau
2 protons sont pompés.
LE DEVENIR DES PROTONS POMPÉS PAR LES COMPLEXES 1, 3 ET 4 OXPHOS
- Augmentation de [?] dans l’espace intermembranaire.
- Production d’un … …
- Différence de potentiel électrique et un gradient de pH entre l’… et la …
Dissipation : Retour des … vers la … pour rééquilibrer les charges : Pas à travers I, II, III, IV ni par diffusion
QUEL ALORS EST LE MOYEN POUR REGAGNER LA MATRICE ?
- Augmentation de [H+] dans l’espace intermembranaire.
- Production d’un gradient électrochimique
- Différence de potentiel électrique et un gradient de pH entre l’espace intermembranaire et la matrice
Dissipation : Retour des protons vers la matrice pour rééquilibrer les charges : Pas à travers I, II, III ni IV, Ni par diffusion !!!!!
Un moyen pour regagner la matrice est de passer au travers du complexe V, l’ATP synthase!
STRUCTURE ET FONCTION DE L’ATP SYNTHASE
Fonction: «transporter des protons le long du … … (ou force proton-motrice) et de récupérer l’énergie pour fabriquer de l’… à partir de l’… et du … (Pi)».
Fonction: «transporter des protons le long du gradient électrochimique (ou force proton-motrice) et de récupérer l’énergie pour fabriquer de l’ATP à partir de l’ADP et du phosphate inorganique (Pi)».
STRUCTURE ET FONCTION ATP SYNTHASE
L’ATP synthase est composée de deux grandes parties facilement séparables par une coupure …:
1) Le domaine … , un complexe … intégré à la …
Rôle:
- Transport … des protons … vers la …
- La stœchiométrie des sous-unités est 1a, 2b, 12c.
2) Le domaine …, qui est …, qui est périphérique ou …
Rôle:
- Synthèse de l’… à partir de … et …
- La stœchiométrie des sous-unités est 3a, 3b, 1d, 1g, 1e
- F1 est lié à Fo par une courte tige, les sous-unités … (dimère = 2b)
L’ATP synthase est composée de deux grandes parties facilement séparables par une coupure protéolytique:
- Le domaine F0, un complexe protéique intégré à la membrane.
Rôle: Transport sélectif des protons H+ vers la matrice
La stœchiométrie des sous-unités est 1a, 2b, 12c. - Le domaine F1, hydrophile, qui est périphérique ou extrinsèque
Rôle: Synthèse de l’ATP à partir de Pi et ADP
La stœchiométrie des sous-unités est 3a, 3b, 1d, 1g, 1e
F1 est lié à Fo par une courte tige, les sous-unités b2 (dimère = 2b)
VOIR VIDEO ATP SYNTHASE
https://www.youtube.com/watch?v=k_DQ1FjFuYM
FONCTIONNEMENT DE L’ATP SYNTHASE
L’ATP synthase est composée d’une partie … (stator) et d’une partie … (rotor).
Les sous-unités a, b, alpha, beta et delta constituent le …
Les sous-unités c, epsilone et gamma constituent le …
Le passage des protons H+ à l’interface entre le rotor et le stator dans le domaine membranaire … cause la …
L’ATP synthase est composée d’une partie fixe (stator) et d’une partie mobile (rotor).
Les sous-unités a, b, a, b et d constituent le stator
Les sous-unités c, e et g constituent le rotor.
Le passage des protons H+ à l’interface entre le rotor et le stator dans le domaine membranaire F0 cause la rotation.
FONCTIONNEMENT DE L’ATP SYNTHASE
- La rotation des sous-unités Gamma-Epsilone déforme les sous-unités alpha-beta du domaine extra-membranaire …
- La rotation causée par le passage des protons H+ est nécessaire à la synthèse d’…
À noter: il faut le passage des ? protons H+ vers la matrice pour former une molécule d’ATP
- La rotation des sous-unités ge déforme les sous-unités ab du domaine extra-membranaire F1.
- La rotation causée par le passage des protons H+ est nécessaire à la synthèse d’ATP.
À noter: il faut le passage des 3 protons H+ vers la matrice pour former une molécule d’ATP
FONCTIONNEMENT DE L’ATP SYNTHASE
Mécanisme: chacun des sites catalytiques formés par les sous-unités alpha-beta passe successivement par trois états caractérisés par des constantes d’affinité différentes pour les substrats (ADP +Pi) et le produit (ATP):
Conformations:
1) « … »,
2) « … » et
3) « … »
Mécanisme: chacun des sites catalytiques formés par les sous-unités ab passe successivement par trois états caractérisés par des constantes d’affinité différentes pour les substrats (ADP +Pi) et le produit (ATP):
Conformations: 1) « ouverte », 2) « relâchée » et 3) « fermée »
MÉCANISMES DE CHANGEMENT DE LIAISONS
Dans le site catalytique de l’ATP synthase, chaque module αβ passe successivement par les trois états en fonction de la rotation de la … du rotor.
Dans le site catalytique de l’ATP synthase, chaque module αβ passe successivement par les trois états en fonction de la rotation de la tige du rotor
TRANSPORT DE L’ATP FORMÉ DANS LES MITOCHONDRIES
L’ATP mitochondrial doit se diriger vers le … pour y être utilisé pour les divers travaux cellulaires.
Inversement, l’ADP et le H2PO4- (Pi) doivent entrer dans la … pour la synthèse d’ATP.
Combien ? protéines de transport localisées dans la membrane interne assurent ce cycle .
L’… = …, échangeur … pour …
La … = … du H2PO4- et des protons H+ (ou, indistinctement, l’échange électroneutre entre H2PO4- pour OH-)
L’ATP mitochondrial doit se diriger vers le cytosol pour y être utilisé pour les divers travaux cellulaires.
Inversement, l’ADP et le H2PO4- (Pi) doivent entrer dans la mitochondrie pour la synthèse d’ATP.
2 protéines de transport localisées dans la membrane interne assurent ce cycle .
L’adénine nucléotide translocase ou ANT = antiport, échangeur ADP pour ATP
La phosphate translocase = symport du H2PO4- et des protons H+ (ou, indistinctement, l’échange électroneutre entre H2PO4- pour OH-)
ANT OU ADÉNINE NUCLEOTIDE TRANSLOCASE
Antiport: déplace l’… vers l’… contre l’… vers l’….
La réaction d’échange est … et rendue possible par le composant électrique du gradient de protons H+.
Force nécessaire pour la réaction d’échange = potentiel de membrane … généré par le système OXPHOS:
1 charge … par molécule d’ATP
L’ATP est attiré vers les charges … localisées dans la partie … de la membrane …
Antiport: déplace l’ADP vers l’intérieur contre l’ATP vers l’extérieur.
La réaction d’échange est électrogénique et rendue possible par le composant électrique du gradient de protons H+.
Force nécessaire pour la réaction d’échange = potentiel de membrane POSITIF généré par le système OXPHOS:
1 charge négative par molécule d’ATP
L’ATP est attiré vers les charges positives localisées dans la partie extérieure de la membrane interne
LA PHOSPHATE TRANSLOCASE (SYMPORT)
Travaille en concert avec l’… : véhicule le transport de H2PO4- qui entre dans la matrice … avec ? proton …
Travaille en concert avec l’ANT: véhicule le transport de H2PO4- qui entre dans la matrice mitochondriale avec UN proton H+
LA PHOSPHATASE TRANSLOCASE (SYMPORT)
Force nécessaire pour l’échange = gradient de …
Coût de l’entrée = ? H+ par molécule d’ATP, ce qui contribue à dissiper le gradient … et à rééquilibrer le … entre la … et l’espace ….
Force nécessaire pour l’échange = gradient de pH
Coût de l’entrée = 1 H+ par molécule d’ATP, ce qui contribue à dissiper le gradient électrochimique et à rééquilibrer le pH entre la matrice et l’espace intermembranaire.
LES SYSTÈMES NAVETTES
Contexte: Lors de la glycolyse, les cofacteurs … produits doivent être transportés vers la chaîne de transport d’électrons … pour produire de l’…
Problème: les NADH+H+ sont incapables de franchir la membrane … …
Solution: faire entrer les cofacteurs NADH+H+ cytosolique dans la mitochondrie sous une autre forme par 2 systèmes dits “navettes”:
1) La navette …
2) La navette du …
Bénéfices:
- Le transfert des électrons du NADH+H+ dans la mitochondrie se fait par transfert des … vers le … ou le …
- La concentration de cofacteurs … est restaurée dans le …
Contexte: Lors de la glycolyse, les cofacteurs NADH+H+ produits doivent être transportés vers la chaîne de transport d’électrons mitochondriale pour produire de l’ATP.
Problème: les NADH+H+ sont incapables de franchir la membrane mitochondriale interne.
Solution: faire entrer les cofacteurs NADH+H+ cytosolique dans la mitochondrie sous une autre forme par deux systèmes dits “navettes”:
1) La navette malate-aspartate
2) La navette du glycérol 3-phosphate
Bénéfices:
- Le transfert des électrons du NADH+H+ dans la mitochondrie se fait par transfert des protons H+ vers le malate ou le glycérol 3-P
- La concentration de cofacteurs NAD + est restaurée dans le cytosol
NAVETTE MALATE-ASPARTATE
Système biochimique de … des cofacteurs NADH+H+ de la … sous forme de … à travers la membrane … de la … pour la production d’… chez les …
Système biochimique de translocation des cofacteurs NADH+H+ de la glycolyse sous forme de malate à travers la membrane interne de la mitochondrie pour la production d’ATP chez les eucaryotes
NAVETTE MALATE-ASPARTATE
La navette malate-aspartate comporte:
1) Les formes … et … du malate …, … et …
2) Les formes cytosoliques et mitochondriales de l’…, … et …
3) ? protéines de transport ancrées dans la membrane interne de la mitochondrie :
* l’… (AMK) qui échange … de part et d’autre de la membrane un … contre un …; et
- l’… (AAG) qui échange de la même façon, un … contre un …
La navette malate-aspartate comporte:
1) Les formes cytosoliques et mitochondriales du malate déshydrogénase, MDHc et MDHm
2) Les formes cytosoliques et mitochondriales de l’aspartate aminotransférase, ASATc et ASATm
3) Deux protéines de transport ancrées dans la membrane interne de la mitochondrie :
- l’antiport malate/a-cétoglutarate (AMK) qui échange réversiblement de part et d’autre de la membrane un malate contre un a-cétoglutarate; et
- l’antiport aspartate/glutamate (AAG) qui échange de la même façon, un aspartate contre un glutamate
NAVETTE MALATE-ASPARTATE
- Dans le cytosol, les deux protons H+ du NADH+H+ sont transportés dans la matrice par le …, formé par la … à partir de l’…
- Dans la matrice, les deux protons H+ du malate sont transférés vers un … par la … pour former du … et de l’…
Les deux protons H+ du NADH+H+ seront transférés au complexe ? de la chaîne de transport d’électrons.
Dans le cytosol, les deux protons H+ du NADH+H+ sont transportés dans la matrice par le malate, formé par la MDHc à partir de l’oxaloacétate
Dans la matrice, les deux protons H+ du malate sont transférés vers un NAD+ par la MDHm pour former du NADH+H+ et de l’oxaloacétate.
Les deux protons H+ du NADH+H+ seront transférés au complexe I de la chaîne de transport d’électrons.
NAVETTE DU GLYCÉROL-3-PHOSPHATE
Système biochimique de translocation des cofacteurs NADH+H+ de la glycolyse sous forme de … à travers la membrane … de la mitochondrie.
Système biochimique de translocation des cofacteurs NADH+H+ de la glycolyse sous forme de glycérol 3-phosphate à travers la membrane interne de la mitochondrie.
La navette glycérol 3-P comporte:
1) Les formes cytosoliques et mitochondriales du glycérol 3-P déshydrogénase
- G3P-DHc, réaction: … + … -> … + …
- G3P-DHm, réaction: … + … -> … + …
2) Deux protéines de transport ancrées dans la membrane … de la mitochondrie :
- Un transporteur du glycérol 3-P … vers la …
- Un transporteur du DHAP … vers le …
La navette glycérol 3-P comporte:
1) Les formes cytosoliques et mitochondriales du glycérol 3-P déshydrogénase
* G3P-DHc, réaction: DHAP + NADH+H+ -> glycérol 3-P + NAD+
* G3P-DHm, réaction: glycérol 3-P + FAD -> DHAP + FADH2
Deux protéines de transport ancrées dans la membrane externe de la mitochondrie :
Un transporteur du glycérol 3-P cytosolique vers la matrice
Un transporteur du DHAP mitochondrial vers le cytosol
LA NAVETTE DU GLYCÉROL 3-PHOSPHATE
Dans cette navette, les ? électrons du NADH+H+ transportés par le glycérol 3-P sont transférés au complexe ? de la chaîne de transport d’électrons
Dans cette navette, les 2 électrons du NADH+H+ transportés par le glycérol 3-P sont transférés au complexe II de la chaîne de transport d’électrons
OXYDATION DU NADH+H+ CYTOSOL PAR OXPHOS
BILAN FORMATION D’ATP
Combien faut-il de H+ pour former 1 ATP ?
4 H+ pour 1 ATP
BILAN FORMATION ATP PAR MOL GLUCOSE
Réactions/voies requises pour une production maximale d’ATP en aérobie:
- La glycolyse + les systèmes navettes
- L’oxydation du pyruvate en acétyl-CoA + le cycle de Krebs
- La phosphorylation oxydative.
BILAN ÉNERGÉTIQUE DE LA GLYCOLYSE
La glycolyse consomme ? moles d’ATP
Mais génère ? moles d’ATP par mole de glucose:
Donc, elle produit au total:
? moles d’ATP
? moles de NADH+H+
? moles de pyruvate
La glycolyse consomme 2 moles d’ATP…
Mais génère 4 moles d’ATP par mole de glucose:
Donc, elle produit au total:
2 moles d’ATP
2 moles de NADH+H+
2 moles de pyruvate
BILAN ÉNERGÉTIQUE OXYDATION PYRUVATE PAR LE PDH
Le PDH produit par 1 mole de glucose:
? moles de NADH+H+
? moles d’acétyl-CoA
Le PDH produit par mole de glucose:
2 moles de NADH+H+
2 moles d’acétyl-CoA
BILAN DU CYCLE DE KREBS
Pour chaque mol de glucose :
? moles de NADH+H+
? moles de FADH2
? moles d’ATP (à partir du GTP)
6 moles de NADH+H+
2 moles de FADH2
2 moles d’ATP (à partir du GTP)
BILAN FORMATION ATP PAR MOL DE GLUCOSE
