CHAPITRE 7

Question 1

Quels processus sont responsables de la production d’énergie dans les mitochondries ?

Answer 1

La production d’énergie dans les mitochondries est principalement assurée par le cycle de Krebs (ou cycle de l’acide citrique), qui oxyde l’acétyl-CoA et génère des coenzymes réduites, ainsi que par la chaîne de transport d’électrons (système OXPHOS), qui oxyde les coenzymes réduites, consomme de l’oxygène et produit de l’ATP.

Question 2

Qu’est-ce que le cycle de Krebs et quel est son rôle dans le métabolisme cellulaire ?

Answer 2

Le cycle de Krebs, également connu sous le nom de cycle de l’acide citrique, est l’étape finale du catabolisme oxydatif des glucides, des acides gras et des acides aminés, assurant la plus grande part des besoins énergétiques de la cellule. Ce processus produit de l’énergie en oxydant l’acétyl-CoA et en générant des coenzymes réduits, qui seront ensuite oxydés dans la chaîne respiratoire pour produire de l’ATP. Le cycle de Krebs se déroule dans la mitochondrie chez les eucaryotes, tout comme la β-oxydation, la cétogenèse et la phosphorylation oxydative. Il implique plusieurs enzymes, dont le succinate déshydrogénase attaché à la membrane interne de la mitochondrie, ainsi que d’autres enzymes dispersés dans la matrice mitochondriale.

Question 3

Quelles sont les étapes impliquées dans la préparation aux réactions de décarboxylations dans le cycle de Krebs ?

Answer 3

La première étape du cycle de Krebs implique la préparation aux réactions de décarboxylations. Elle débute par la condensation de l’acétyl-CoA avec l’oxaloacétate pour produire du citrate. Cette réaction est catalysée par l’enzyme citrate synthase.

Question 4

Quelle est la réaction catalysée par l’enzyme citrate synthase dans le cycle de Krebs ?

Answer 4

L’enzyme citrate synthase catalyse la condensation de l’acétyl-CoA (2C) avec l’oxaloacétate (4C) pour former du citrate (6C) et du CoA-SH.

Question 5

Quelle est la deuxième étape du cycle de Krebs et quelles réactions implique-t-elle ?

Answer 5

La deuxième étape du cycle de Krebs implique les réactions irréversibles de décarboxylations. Elle transforme l’isocitrate en α-cétoglutarate, puis en succinyl-CoA. Ces réactions sont catalysées respectivement par les enzymes isocitrate déshydrogénase et α-cétoglutarate déshydrogénase.

Question 6

Quels sont les produits des réactions catalysées par l’isocitrate déshydrogénase et l’α-cétoglutarate déshydrogénase dans le cycle de Krebs ?

Answer 6

L’isocitrate déshydrogénase convertit l’isocitrate (6C) en α-cétoglutarate (5C), produisant également du CO2 et du NADH+H+. L’α-cétoglutarate déshydrogénase transforme l’α-cétoglutarate (5C) en succinyl-CoA (4C), produisant également du CO2 et du NADH+H+.

Question 7

Quelle est la fonction de la troisième étape du cycle de Krebs ?

Answer 7

La troisième étape du cycle de Krebs vise à régénérer l’oxaloacétate à partir du succinyl-CoA, de sorte qu’il puisse à nouveau accepter un acétyl-CoA pour initier le cycle.

Question 8

Quelles sont les réactions impliquées dans la régénération de l’oxaloacétate à partir du succinyl-CoA ?

Answer 8

La régénération de l’oxaloacétate à partir du succinyl-CoA comprend plusieurs réactions enzymatiques :

La succinyl-CoA synthase catalyse la réaction entre le succinyl-CoA, le GDP et le Pi pour former du succinate, du GTP et du CoA-SH.
Le GTP ainsi produit est ensuite converti en ATP par une réaction catalysée par une autre enzyme.
La succinate-fumarate déshydrogénase convertit le succinate en fumarate, produisant du FADH2.
La fumarase catalyse la conversion du fumarate en malate.
Enfin, la malate déshydrogénase convertit le malate en oxaloacétate, produisant du NADH+H+.

Question 9

Quels sont les produits générés à la fin des huit réactions du cycle de Krebs pour chaque acétyl-CoA qui entre dans le cycle ?

Answer 9

Pour chaque acétyl-CoA qui entre dans le cycle de Krebs, les produits générés sont :

3 molécules de NADH+H+,
1 molécule de FADH2,
1 molécule d’ATP (ou GTP),
2 molécules de dioxyde de carbone (CO2).

Question 10

Quels étapes sont irréversibles et constituent les cibles de régulation du
cycle de Krebs (3)?

Answer 10

Citrate synt., Aconitase DH, Alpha-cétoglutarate DH

Question 11

: Quel est l’effet d’une inhibition dans les cellules hépatiques sur le transport du citrate ?

Answer 11

L’effet d’une inhibition dans les cellules hépatiques est le transport du citrate dans le cytosol. Ce processus permet de produire, selon les besoins métaboliques, des acides gras (AG) et/ou des triglycérides (TAG).

Question 12

Comment se fait la régulation des protéines dans ce contexte ?

Answer 12

Dans ce contexte, il n’y a pas de régulation des protéines par phosphorylation ou déphosphorylation. D’autres mécanismes de régulation doivent être impliqués pour contrôler les processus cellulaires et métaboliques.

Question 13

C’est quoi le système OXPHOS?

Answer 13

coordonner le transfert des protons
H+ associés au NADH+H+ et au FADH2 vers l’O2 et la synthèse d’ATP»

Question 14

Comment l’énergie emmagasinée sous forme de gradient de protons est-elle utilisée pour générer de l’ATP ?

Answer 14

L’énergie emmagasinée sous forme de gradient de protons est utilisée au sein du complexe V (ATP synthase) pour générer de l’ATP. Le complexe V est activé par le passage des protons de l’espace intermembranaire vers la matrice mitochondriale.

Question 15

Encore, C’est quoi le système OXPHOS?

Answer 15

Le système OXPHOS est un ensemble de protéines dont la moitié est
directement impliquée dans le transport d’électrons et la
phosphorylation oxydative

Question 16

Quels sont les cinq types d’espèces moléculaires ou ioniques différentes qui assurent le transfert des électrons dans la chaîne respiratoire ?

Answer 16

-Les flavines (FMN et FAD)
– Les cytochromes sans (b et c1) ou avec des sites cuivriques (a et a3).
– Les centres fer-soufre,
– Le coenzyme Q (ou ubiquinone)
– Le cytochrome C

Question 17

Quelles sont les caractéristiques des flavines FMN et FAD dans la chaîne respiratoire ?

Answer 17

Les flavines FMN et FAD, dérivées de la vitamine B2 (riboflavine), agissent comme transporteurs d’électrons dans la chaîne respiratoire. Le complexe I contient du FMN (flavine mononucléotide), tandis que le complexe II contient du FAD (flavine adénine dinucléotide). La partie fonctionnelle des flavines, l’anneau isoalloxazine, est capable d’accepter et de transporter deux électrons.

Question 18

Quel est le rôle du cytochrome C dans la chaîne respiratoire ?

Answer 18

Le cytochrome C est une protéine soluble impliquée dans le transfert des électrons entre les complexes III et IV de la chaîne respiratoire.

Question 19

Quelles sont les caractéristiques du coenzyme Q dans la chaîne respiratoire ?

Answer 19

Le coenzyme Q, également connu sous le nom d’ubiquinone (UQ) ou coenzyme Q10 chez l’homme, est dérivé de la benzoquinone. Il est caractérisé par une longue chaîne isoprénoïque, ce qui le rend liposoluble et capable de s’intégrer dans la membrane. Son rôle est de capter les électrons provenant des complexes I et II et de les transférer au complexe III dans la chaîne respiratoire.

Question 20

Quel est le mécanisme de fonctionnement du complexe I ou NADH-UQ Réductase dans la chaîne respiratoire ?

Answer 20

Le complexe I, également appelé NADH-UQ Réductase, fonctionne en faisant circuler le flux des électrons du NADH+H+ (présent dans le cytosol et la mitochondrie) vers le FMN, puis du FMNH2 vers le coenzyme Q (également appelé UQ, qui devient UQH2). Ce processus conduit à la réduction du NAD+ en NADH+H+ et à la génération d’UQH2. Pendant ce processus, quatre protons sont pompés à travers la membrane mitochondriale

Question 21

Quel est le rôle et le mécanisme de fonctionnement du complexe II ou Succinate-UQ Réductase dans la chaîne respiratoire ?

Answer 21

Le complexe II, également appelé Succinate-UQ Réductase, contribue au flux des électrons en faisant circuler d’abord les électrons du succinate (ou du glycérol-3P) vers le FAD, formant ainsi du FADH2. Ensuite, le FADH2 transfère les électrons au coenzyme Q (ou UQ), formant de l’UQH2. Contrairement au complexe I, le complexe II ne contribue pas à la création d’un gradient de protons et n’effectue pas de pompage de protons à travers la membrane mitochondriale.

Question 22

Quel est le rôle et le mécanisme de fonctionnement du complexe III ou UQH2-cyto C Réductase dans la chaîne respiratoire

Answer 22

Le complexe III, également appelé UQH2-cyto C Réductase, joue un rôle crucial dans le transfert d’électrons entre les complexes de la chaîne respiratoire. Il oxyde l’UQH2 en UQ, tout en réduisant le cytochrome C. Le cytochrome C et l’UQ agissent en tant que transporteurs mobiles d’électrons entre les complexes. Ce processus conduit à la formation de cytochromes C réduits. Pendant ce processus, quatre protons sont pompés à travers la membrane mitochondriale.

Question 23

Quel est le rôle et le mécanisme de fonctionnement du complexe IV ou cytochrome C oxydase dans la chaîne respiratoire ?

Answer 23

Le complexe IV, ou cytochrome C oxydase, joue un rôle crucial dans la dernière étape de la chaîne respiratoire. Il couple l’oxydation du cytochrome C à la réduction de l’oxygène en eau. Dans ce processus, les électrons provenant du cytochrome C réduit sont transférés à travers le complexe IV, réduisant ainsi les ions oxygène et formant de l’eau. Deux protons sont également pompés à travers la membrane mitochondriale pendant cette réaction.

Question 24

Comment les protons pompés par les complexes I, III et IV du système OXPHOS contribuent-ils à la production d’énergie dans la cellule ?

Answer 24

Les protons pompés par les complexes I, III et IV du système OXPHOS entraînent une augmentation de la concentration de protons (H+) dans l’espace intermembranaire de la mitochondrie. Cela crée un gradient électrochimique, qui se manifeste par une différence de potentiel électrique et un gradient de pH entre l’espace intermembranaire et la matrice mitochondriale. Pour rééquilibrer les charges, les protons ont tendance à retourner vers la matrice mitochondriale, mais ils ne peuvent pas le faire directement à travers les complexes I, II, III ou IV, ni par diffusion. Le moyen par lequel les protons peuvent regagner la matrice est de passer à travers le complexe V, également connu sous le nom d’ATP synthase. C’est à travers ce complexe que l’énergie potentielle stockée dans le gradient de protons est convertie en énergie chimique sous forme d’ATP

Question 25

Quelle est la structure et la fonction de l’ATP synthase ?

Answer 25

L’ATP synthase est une enzyme essentielle dans la production d’ATP dans la mitochondrie. Sa fonction principale est de transporter des protons le long du gradient électrochimique, également appelé force proton-motrice, et de récupérer l’énergie pour convertir l’ADP et le phosphate inorganique (Pi) en ATP. Structurellement, elle se compose de deux grandes parties distinctes :

Le domaine F0 : Il s’agit d’un complexe protéique intégré à la membrane mitochondriale. Son rôle est d’assurer le transport sélectif des protons (H+) vers la matrice mitochondriale. Sa stœchiométrie des sous-unités est généralement de 1a, 2b, 12c.

Le domaine F1 : C’est la partie hydrophile de l’enzyme, qui est périphérique ou extrinsèque par rapport à la membrane. Son rôle est de synthétiser de l’ATP à partir du Pi et de l’ADP. Sa stœchiométrie des sous-unités est généralement de 3a, 3b, 1d, 1g, 1e. Le domaine F1 est lié au domaine F0 par une courte tige, comprenant généralement un dimère de sous-unités b2.

Question 26

Comment fonctionne l’ATP synthase ?

Answer 26

L’ATP synthase fonctionne grâce à un mécanisme de rotation entre sa partie fixe, appelée stator, et sa partie mobile, appelée rotor.

Le stator est constitué des sous-unités a, b, a, b et d.
Le rotor est composé des sous-unités c, e et g.
Lorsque des protons H+ passent à l’interface entre le rotor et le stator dans le domaine membranaire F0, cela entraîne la rotation du rotor.

Question 27

Comment se déroule le fonctionnement de l’ATP synthase ?

Answer 27

Le fonctionnement de l’ATP synthase implique la rotation des sous-unités ge, ce qui déforme les sous-unités ab du domaine extra-membranaire F1. Cette déformation est nécessaire à la synthèse d’ATP. Il est important de noter que la formation d’une molécule d’ATP nécessite le passage de 3 protons H+ vers la matrice

Question 28

Quel est le mécanisme impliqué dans le fonctionnement de l’ATP synthase ?

Answer 28

Le mécanisme impliqué dans le fonctionnement de l’ATP synthase consiste en ce que 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). Ces états sont les conformations “ouverte”, “relâchée” et “fermée”.

Question 29

Comment se produit le mécanisme de changement de liaisons dans le site catalytique de l’ATP synthase ?

Answer 29

Le mécanisme de changement de liaisons dans le site catalytique de l’ATP synthase est orchestré par chaque module αβ, qui passe successivement par trois états différents en fonction de la rotation de la tige du rotor.

Question 30

Quelles sont les deux protéines de transport responsables du transport de l’ATP formé dans les mitochondries ?

Answer 30

Les deux protéines de transport sont :

1.L’adénine nucléotide translocase (ANT), qui fonctionne comme un antiport et échange l’ADP pour de l’ATP.
2.La phosphate translocase, qui agit comme un symport et transporte à la fois le H2PO4- et des protons H+ ou, alternativement, échange électroneutre entre H2PO4- et OH-.

Question 31

Quel est le rôle de l’adénine nucléotide translocase (ANT) dans le transport de l’ADP et de l’ATP à travers la membrane mitochondriale interne ?

Answer 31

L’adénine nucléotide translocase (ANT) agit comme un antiport, déplaçant l’ADP vers l’intérieur de la membrane mitochondriale contre l’ATP vers l’extérieur. Cette réaction d’échange est électrogénique, ce qui signifie qu’elle nécessite de l’énergie. Cette énergie est fournie par le potentiel de membrane positif généré par le système OXPHOS. Chaque molécule d’ATP transportée génère une charge négative, attirant l’ATP vers les charges positives localisées dans la partie extérieure de la membrane interne.

Question 32

Quel est le rôle de la phosphate translocase dans le transport des phosphates à travers la membrane mitochondriale interne ?

Answer 32

La phosphate translocase travaille en collaboration avec l’adénine nucléotide translocase (ANT) pour transporter le phosphate (H2PO4-) dans la matrice mitochondriale en échange d’un proton H+. Cette réaction se produit en symport avec l’ANT. Le gradient de pH agit comme une force motrice pour cet échange. Chaque molécule d’ATP transportée coûte l’entrée d’un proton H+, ce qui contribue à dissiper le gradient électrochimique et à rééquilibrer le pH entre la matrice et l’espace intermembranaire.

Question 33

C’est quoi la navette du malate-aspartate?

Answer 33

C’est un 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.

Question 34

Quels sont les composants de la navette malate-aspartate utilisée pour le transport des cofacteurs NADH+H+ dans la mitochondrie ?

Answer 34

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 un malate contre un a-cétoglutarate à travers la membrane.
L’antiport aspartate/glutamate (AAG), qui échange de la même manière un aspartate contre un glutamate à travers la membrane.

Question 35

Comment fonctionne la navette du malate-aspartate pour le transport des cofacteurs NADH+H+ dans la mitochondrie ?

Answer 35

Dans la navette du malate-aspartate :

1.Dans le cytosol, les deux protons H+ du NADH+H+ sont transportés dans la matrice mitochondriale par le malate, formé à partir de l’oxaloacétate par l’enzyme MDHc.
2.Dans la matrice mitochondriale, les deux protons H+ du malate sont transférés vers un NAD+ par la malate déshydrogénase mitochondriale (MDHm) pour former du NADH+H+ et de l’oxaloacétate.
3.Les deux protons H+ du NADH+H+ ainsi formé seront ensuite transférés au complexe I de la chaîne de transport d’électrons.

Question 36

C’est quoi la navette du glycérol 3-phosphate?

Answer 36

C’est un 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.

Question 37

Quels sont les composants de la navette du glycérol 3-P ?

Answer 37

La navette du glycérol 3-P comprend les éléments suivants :

Les formes cytosoliques et mitochondriales de la glycérol 3-P déshydrogénase :
G3P-DHc, qui catalyse la réaction de conversion du dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et du NADH+H+ en glycérol 3-P et NAD+.
G3P-DHm, qui catalyse la réaction de conversion du glycérol 3-P et du FAD en DHAP et FADH2.
Deux protéines de transport ancrées dans la membrane externe de la mitochondrie :
Un transporteur du glycérol 3-P, permettant le transfert du glycérol 3-P depuis le cytosol vers la matrice mitochondriale.
Un transporteur du DHAP, permettant le transfert du DHAP depuis la matrice mitochondriale vers le cytosol.

Question 38

Où sont transférés les deux électrons du NADH+H+ transportés par le glycérol 3-P dans cette navette ?

Answer 38

Les deux électrons du NADH+H+ transportés par le glycérol 3-P sont transférés au complexe II de la chaîne de transport d’électrons.

Question 39

Combien d’ATP sont produits par l’oxydation du NADH+H+ et du FADH2 dans la chaîne respiratoire ?

Answer 39

L’oxydation du NADH+H+ produit 2,5 ATP et celle du FADH2 produit 1,5 ATP dans la chaîne respiratoire.

Question 40

Quelles sont les réactions et voies nécessaires pour une production maximale d’ATP en aérobie par mole de glucose ?

Answer 40

Pour une production maximale d’ATP en aérobie par mole de glucose, les réactions et voies suivantes sont requises :

1.La glycolyse, y compris les systèmes navettes.
2.L’oxydation du pyruvate en acétyl-CoA, suivi du cycle de Krebs.
3.La phosphorylation oxydative.

Question 41

Combien de moles d’ATP consomme la glycolyse et combien en produit-elle par mole de glucose ?

Answer 41

La glycolyse consomme 2 moles d’ATP et produit 4 moles d’ATP par mole de glucose. En conséquence, elle produit au total 2 moles d’ATP, 2 moles de NADH+H+, et 2 moles de pyruvate.

Question 42

Quels sont les produits générés par le Pyruvate Déshydrogénase (PDH) par mole de glucose ?

Answer 42

Le Pyruvate Déshydrogénase (PDH) produit par mole de glucose 2 moles de NADH+H+ et 2 moles d’acétyl-CoA.

Question 43

Quels sont les produits générés par le cycle de Krebs par mole de glucose ?

Answer 43

Le cycle de Krebs génère par mole de glucose 6 moles de NADH+H+, 2 moles de FADH2 et 2 moles d’ATP (à partir du GTP).

Question 44

Quel est le bilan de la formation d’ATP par molécule de glucose dans le processus aérobie complet, incluant la glycolyse, l’oxydation du pyruvate, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative ?

Answer 44

1.La glycolyse produit 2 ATP, 2 NADH+H+ et 2 pyruvates par molécule de glucose. Selon la navette utilisée, les 2 NADH+H+ cytosoliques peuvent générer 5 ATP (navette malate-aspartate) ou 3 ATP (navette glycérol 3-phosphate).
2.L’oxydation du pyruvate en acétyl-CoA produit 2 NADH+H+, soit 5 ATP.
3.Le cycle de Krebs oxyde les 2 acétyl-CoA pour produire 20 ATP : 15 ATP à partir de 6 NADH+H+ et 3 ATP à partir de 2 FADH2, ainsi que 2 ATP à partir de 2 GTP.
Au total, cela donne 30 ATP produits par molécule de glucose.

Question 45

Combien de molécules d’ATP peut produire une molécule de glucose dans le processus aérobie complet?

Answer 45

Une molécule de glucose peut produire un maximum de 32 molécules d’ATP lorsqu’elle est complètement oxydée en suivant les étapes de la glycolyse, de l’oxydation du pyruvate, du cycle de Krebs et de la phosphorylation oxydative

Question 46

Quel est le rôle énergétique des acides gras lorsqu’ils sont métabolisés dans les hépatocytes?

Answer 46

L’acétyl-CoA formé lors de la β-oxydation des acides gras peut suivre deux voies métaboliques : le cycle de Krebs pour produire de l’ATP ou la cétogenèse pour produire des corps cétoniques. L’oxydation complète d’une mole de palmitate (un acide gras de 16 carbones) génère 106 moles d’ATP, comprenant l’activation initiale (-2 ATP), la production d’ATP à partir des coenzymes réduits (FADH2 et NADH+H+), ainsi que la production d’ATP par l’oxydation des acétyl-CoA dans le cycle de Krebs.

Question 47

Quel est le rôle énergétique des corps cétoniques lorsqu’ils sont métabolisés dans les tissus cibles?

Answer 47

Lors de la cétolyse, les corps cétoniques sont transformés en acétyl-CoA dans les tissus cibles. L’oxydation complète d’une mole d’acétoacétate génère 20 moles d’ATP, comprenant la production d’ATP par l’oxydation des acétyl-CoA dans le cycle de Krebs et la formation d’ATP à partir des coenzymes réduits (FADH2 et NADH+H+).