Énergétique Cellulaire Flashcards
- La membrane externe des mitochondries est-elle perméable?
- Qu’en est-il de la membrane plasmique de la cellule?
- Oui
- Elle n’est pas perméable à toutes les molécules et nécessite des transporteurs pour certaines d’entre elles
Est-ce que les mitochondries possèdent leur propre génome?
Pourquoi?
Oui, leur génome est très petit et code pour 13 protéines toutes membres de la chaîne de transport des électrons
-> Origine des mitochondries = bactéries (procaryote)
Que comporte en gros la chaîne de transport des électrons (respiratoire)?
Une multitude de protéines assemblées en différents complexes dont 13 d’entre elles sont codées par le génome mitochondrial
De qui est hérité de génome mitochondrial? Quel type de transmission?
Transmission verticale uniquement maternelle (provient de la mère) du génome mitochondrial
- Quelle est la particularité du cycle de l’acide citrique?
- Qu’est ce que ça implique?
- C’est un cycle -> produit de la chaîne est aussi un substrat du début de la chaîne
- Pour alimenter cette voie métabolique il faut fournir un élément issu de la glycolyse + un élément qui termine cette même chaîne
- En cas de pertes lors du cycle, il faudra reremplir le cycle
- Quelles molécules alimentent le cycle de l’acide citrique? (2)
- D’où provient-elle?
- Acetyl-CoA qui vient du pyruvate
- Oxaloacetate produite par le cycle de l’acide citrique
Que ce passe-t-il si on effectue des prélèvements d’intervenants du cycle de l’acide citrique?
Exemples de ce qu’on peut prélever?
Il faudra reremplir le cycle sinon il s’arrêtera par manque d’intermédiaire
On peu prélever:
-Citrate (pour faire des lipides)
-alpha-Ketoglutarate (pour faire des a.a.)
-Malate (pour faire du glucose dans certaines conditions)…
Qu’est-ce qui, en amont, permet d’alimenter le cycle de l’acide citrique? (2)
- Le catabolisme du glucose et surtout son produit = pyruvate
- Dégradation d’acides gras
=> convergence lors de voies cataboliques pour former la même molécule d’acetyl CoA
- À quel moment des voies métaboliques les électrons sont ils massivement extraits?
- Qu’est-ce que ça permet?
- Au moment du cycle de l’acide citrique
- Électrons permettent la Transformation du carbone organique en carbone minéral (CO2)
Peut-on extraire des électrons du CO2?
Non
Quel type de carbone est le CO2?
Carbone inorganique (minéral)
Que produit-on à la fin de la combustion? (À quels moments?)
- CO2 (dans le cycle de l’acide citrique)
- H2O (dans la chaîne de transport des électrons)
2 autres noms du cycle de l’acide citrique?
- Cycle de Krebs
- TCA cycle (tricarboxylic acid cycle)
Comment peut-on qualifier le cycle de l’acide citrique?
= carrefour métabolique (dans la matrice mitochondriale)
- beaucoup de sorties possibles (à partir du pyruvate/acides gras)
- Pourquoi y-a-t-il plusieurs étapes limitantes dans le cycle de Krebs?
- Sont elles toujours au début?
- Car cycle de Krebs = carrefour métaboliques
-> plusieurs sorties (voies de bifurcation métaboliques) à différents embranchements suivants les états énergétiques + besoins cellulaires - Pas forcément (même si normalement une réaction limitante est au début, ce n’est pas vraiment le cas pour le cycle de Krebs -> 3 du début)
Par quel embranchement du cycle de Krebs sortir pour produire des lipides?
- Des acides aminés?
- Embranchement citrate
- Embranchement alpha-Ketoglutarate
Que se passe-t-il quand aucune sortie a vraiment lieu au cours du cycle de l’acide citrique?
Dégradation max -> production de CO2
Que nécessite une bifurcation dans un embranchement du cycle de Krebs?
Des voies de régulations plus en aval = réactions limitantes
- Quelle est le définition du cycle de l’acide citrique?
- Représente quoi?
- Nécessite de faire quoi pour commencer?
- Voie où dans la cellule?
- Carrefour de quoi? (2)
- Où dans l’organisme?
- Fournisseur de quel % de l’énergie cellulaire?
- Fournit quoi?
- Produit quoi au final?
- Voie catabolisme aérobie
- Caractéristiques:
1. Tronc commun final de l’oxydation des nutriments
2. Oxydation du groupement acétyl sous sa forme active acétyl-CoA (= porté par une coenzyme CoA) => transfert d’électrons aux NAD+ et FAD)
3. Voie mitochondriale
4. Carrefour de l’anabolisme (fournit des précurseurs) et du catabolisme
5. Dans toutes les cellules (sauf globules rouges)
6. Fournit 90% de l’énergie cellulaire
7. Fournit des précurseur pour la biosynthèse (anabolisme)
8. Produit 1 ATP via 1 GTP
Quelle est le rôle de la coenzyme CoA?
Apporte le groupement acétyl activé au cycle de l’acide citrique
Y-a-t’il une différence de quantité de mitochondries entre les cellules?
Exemples?
Oui, les cellules peuvent êtres plus ou moins enrichies en mitochondries
Possibilité d’avoir plus ou moins de mitochondries dans un même type de tissu:
-> plus de mitochondries dans les fibres lentes que dans les fibres rapides
-> plus de mitochondries dans le tissu adipeux brin que dans le tissu adipeux blanc
Pourquoi dit-on que le cycle de Krebs = Voie catabolisme oxydatif aérobie?
- Catabolisme: -> DÉGRADATION de l’acétyl-CoA (= intermédiaire utilisable refournit après chaque tour) pour produire du CO2
- Oxydatif: -> RÉACTIONS OXRED avec NAD+ et FAD qui sont des accepteur d’équivalents réducteurs
- Aérobie: -> DÉPEND DE LA FOURNITURE EN O2 sur la chaine respiratoire (Cycle fonctionne uniquement s’il y a possibilité de réoxyder (régénérer) NADH et FADH2 dans la chaîne respiratoire = réaction qui dépend de la fourniture en O2))
Quelle type de Coenzyme est le NAD?
Type cosubstrat d’oxred
-> Peut participer à une réaction, la quitter, puis participer à une autre réaction
-> pas liée de manière covalente à son enzyme
Quelle type de Coenzyme est le FAD?
Type prosthétique d’oxred
-> Liée de façon covalente à son enzyme par modification post-traductionnelle
-> Ne peut pas quitter le site de son enzyme
-> Prend en charge les électrons et les restitue directement au partenaire suivant (un peu plus oxydant) en 1 fois
Est-ce que le cycle de l’acide citrique lui-même consomme de l’oxygène?
NON mais son activité dépend très étroitement de la fourniture en O2 sur la chaîne respiratoire
Au niveau de quels intermédiaires du cycle de l’acide citrique ont lieu les décarboxylations? Combien d’intermédiaires?
2 intermédiaires :
- Isocitrate (C6)
- alpha-Cétoglutanate (C5)
=> pertes de carbone sous forme de CO2
Qu’est-ce que la double décarboxylation durant le cycle de Krebs implique?
Nécessité de réalimenter le cycle en 2 carbones à chaque tour (acétryl-CoA)
-> 2 carbones de l’acétyle sous forme de 2 CO2 éliminés à chaque tour
Acétyl porté par CoA est une molécule à combien de carbones?
2
Quel est le produit de la chaîne du cycle de Krebs à chaque tour?
Oxaloacétate (C4)
Comment redémarrer le cycle de Krebs à partir du produit Oxaloacétate (C4)
-> Ajout de 2 carbones par arrivée de Acétyl-CoA
=> Condensation de l’Oxaloacétate (C4) avec Acétyl-CoA (C2) pour produire un Citrate (C6)
- Combien y a-t-il de réactions au total dans le cycle de l’acide citrique (dont réaction d’oxydo-réduction) ?
- Combien d’entre elles produisent de du GTP?
- 8 réactions dont 4 d’oxred (transfert électrons sur NAD+ (3x2 e-) et FAD 1x2 e-))
- 1 (syccinyl-coA->succinate) réaction produit de du GTP (converti en ATP) -> liaison haute énergie
Réactions oxred du cycles de l’acide citrique (4) (réactants+ coenzymes)
- Isocitrate (C6) -> alpha-Cétoglutarate (C5) => Coenzyme NADH
- alpha-Cétoglutarate (C5) -> Succinyl-CoA (C4) => NADH
- Succrinate (C4) -> Fumarate (C4) => FADH2 (covalente)
- Malate (C4) -> Oxaloacétate (C4) => NADH
Quelle réaction du cycle de Krebs produit de GTP?
Que va-t-il devenir?
- Succinyl-CoA (C4) -> Succrinate (C4)
- Converti en ATP => énergie utilisable par la cellule
Origines (3) de l’Acétyl-CoA (pour alimenter le cycle de Krebs) :
De quoi dépendent-elles?
Origines:
- Graisses -> acide gras et glycérol
- Polysaccharides -> glucose et autres sucres => glycolyse
- Protéines -> acides aminés
=> dépendent de l’état nutritionnel
Origine de l’acétyl-CoA: Glucide (3 étapes)
- Dans le cytosol: à partir d’un hexose (6C) la glycolyse produit deux pyruvates (3C)
- Dans la mitochondrie, le pyruvate perd 1C sous forme de CO2 en produisant de l’acétyl-CoA
- Les 2C restants sont perdus dans le cycle de l’acide citrique sous forme de CO2
Origine de l’acétyl-CoA: Lipides (3)
- A partir d’un triglyceride (hydrolysé), production de 3 acides gras (+1 glycérol)
- Dans la mitochondire: beta-oxydation d’un acide gras (catabolisme) produit (son nombre de C/2 d’acétyl-CoA
-
Corps cétoniques (en période de jeûne) produisent aussi de l’acétyl-CoA
(-> Fournit de l’énergie au système nerveux central)
Origine de l’acétyl-CoA: Protéines (2, 3 voies de sortie possibles)
- Le catabolisme des protéines produit des acides aminés
- Les acides aminés forment
—> soit du pyruvate
—> soit de l’acétyl-CoA
—> soit entrent directement dans le cycle de l’acide citrique
Qu’est-ce qu’implique l’entrée des a.a. dans la cycle de Krebs?
La perte du groupement amine
(a.a. sans amine = formation de pyruvate)
le pyruvate est issu d’acides aminés
Qu’est-ce qui lie la glycolyse au cycle de l’acide citrique?
La décarboxylation du pyruvate
Comment accélérer le cycle de Krebs en réponse aux besoins énergétique cellulaires?
(3 rapports)
fourniture d’acétyl-CoA règle la vitesse du cycle
En augmentant les rapports:
Quelle enzyme transforme le pyruvate mitochondrial en acétyl-CoA?
Pyruvate déshydrogénase
Pyruvate-déshydrogénase (formation/ rôle/ moment d’action/ besoin/ contrôle):
- Complexe de 3 enzymes (E1, E2, E3)
- Rôle: commande le flux d’entrée de l’acétyl-CoA + régule la transformation du pyruvate en acétyl = concentration de régulation tissu-spécifique
- Agit: en amont du cycle
- Activité dépend de la disponibilité de 2 coenzymes (sous leur forme libre): NAD+ et CoA
- Activité contrôlée par modification covalente (mécanisme de phosphorylation/déphosphorylation)
Réaction (type) qui caractérise la régulation d’une enzyme sous forme covalente?
Donner un exemple d’une enzyme contrôlée par modification covalente:
Réaction de phosphorylation/ déphosphorylation
Ex: Pyruvate-déshydrogénase
Comment inactiver la Pyruvate-déshydrogénase (PDH)?
Qu’est-ce qui inhibe l’«inhibiteur»?
PDH phosphrylée = inactive -> besoins énergétiques sont couvert (pas besoin de PDH)
-> Activation de la PDH-Kinase (PDK) = frein de la PDH
-> PDH-Kinase inhibée par pyruvate donc Pyruvate augmente l’activité de la PDH
PDH-Kinase (rôle/activation/inhibition):
- Phosphryle la PDH (qui devient inactivée)
- Activée par: ATP, NADH, Acétyl-Coa (= effecteurs positifs)
-
Inhibée par: pyruvate (= effecteur négatif)
=> Enzyme sous contrôle allostérique
= PRINCIPE D’HOMÉHOSTASIE (balance)
Comment activer la Pyruvate-déshydrogénase (PDH)?
PDH déphosphorylée = active
-> Activation de la PDH phosphatase (DPD)
PDH-Phosphatase (rôle/activation)
-
Déphosphoryle la PDH
-> spécificité cellulaire - Activée par: Ca+ (muscle -> contraction musculaire) + insuline (tissus adipeux -> stockage)
Comment est contrôlée l’enzyme Pyruvate-Déshydrogénase?
Par modification covalente
Donner les 3 réactions irréversibles et limitantes qui règlent la vitesse du cycle de l’acide citrique (+ caractéristiques)
-> Activité régulée par disponibilité en substrats
-> Inhibées par leurs produits
-> Contrôle allostérique (inhibiteurs: ATP, NADH)
Que fournit le cycle de l’acide citrique (3)?
des précurseurs = anabolisme
- Quel est le rôle de la néoglucogenèse ?
- Que doit-elle faire?
- Quel problème rencontre-t-elle?
- Quelle est la solution?
- Fournit du phosphénolpyruvate cytosolique pour permettre au foie (et un peu aux reins) de fournir du glucose à l’organisme
- Remonter la chaîne de la glycolyse: pyruvate -> phosphoénolpyruvate
- Réaction phosphoénolpyruvate -> pyruvate TOTALEMENT IRRÉVERSIBLE (∆G°’ = -30)
- Contourner la chaîne depuis le cycle de l’acide citrique:
Qu’est-ce que l’anaplérose?
= Perte des intermédiaires dans le cycle de l’acide citrique
-> cycle doit être réapprovisionné
En cas d’anaplérose, qu’est-ce qui permet de réapprovisionner le cycle de l’acide citrique? Comment?
Pyruvate carboxylase = voie anaplérotique
-> formation d’oxaloacétate (4C), nécessaire pour redémarrer le cycle, à partir de pyruvate (3C) + CO2 (consomme 1 ATP, énergivore)
Comment activer la chaîne respiratoire?
Passage d’un complexe à un autre:
Cycle de l’acide citrique -> chaîne de transport des électrons (carbone n’est plus impliqué, laissé dans la chaîne de l’acide citrique)
Qu’est-ce que la chaîne respiratoire (oxydations phosphorylantes)?
2 phases
= chaîne de transport des électrons -> dans la membrane interne des mitochondries
PHASE 1: CIRCULATION DES ÉLECTRONS
- Réoxydation du NADH -> NAP+ et FADH2 -> FAD
- Électrons (fournis par NADH) -> Complexe 1 -> complexe 3 -> complexe 4 (= chaîne de circulation des e-)
-> À chaque fois l’électrons passe sur un partenaire plus oxydant jusqu’à arriver à l’Oxygène (champion des oxydations) -> Combustion (consomme O2 produit H2O) = RESPIRATION
-> circulation d’électrons implique changement de partenaire = réactions d’oxred qui s’accompagnent à chaque fois de dissipation d’énergie (+ perte d’énergie sous forme de chaleur)
PHASE 2: SYNTHÈSE DE L’ATP à partir d’ADP + Pi (couplée à la phase 1)
-> Complexe 5 fabrique l’ATP
- But = transformation de cette énergie (restante ≠ chaleur) en ATP
Quelle est l’enzyme chargée de la réoxydation du NADH? (Chaîne respiratoire)
Complexe 1 de la chaîne respiratoire (principalement)
-> première sous-unité réalise la réaction oxred du NADH en NAD+
-> À l’intérieur du complexe il y a une multitude de réactions d’oxred
D’où provient le NADH réoxydé par le Complexe 1 (enzyme) (2)?
- Issu du cycle de l’acide citrique
- Issu de la navette malate-aspartate (NADH cytosolique devenu mitochondrial)
Où à lieu la chaîne de transport des électrons?
Dans la membrane interne des mitochondries = réseau tubulaire
-> invaginations permettent d’augmenter la surface de la membrane interne qui comporte la chaîne respiratoire + les transporteurs spécifiques -> augmentation de l’efficaité de la fonction mitochondriale
Les mitochondries sont très dynamiques d’un point de vu cellulaire, qu’est-ce que ça implique?
Possibilité de fission (séparation) et de fusion entre les tubes des membranes internes des mitochondries (plusieurs mitochondries qui peuvent se lier entre elles à l’intérieur d’une cellule)
Qu’est-ce que le processus de respiration dans les mitochondries (en simple)?
Consommation d’O2 en produisant du H2O
Quels sont les complexes enzymatiques et les transporteurs mobiles qui interviennent dans la chaine respiratoire?
- 4 complexes fixes (I, II, III, IV) = pompe à protons
- dont 1 (complexe II) qui est à la fois une enzyme du cycle de l’acide citrique (succinate-déshydrogénase, FAD comme coenzyme) et une enzyme de la chaîne respiratoire
= pas transmembranaire - 2 transporteurs mobiles d’électrons (coenzyme Q et cytochrome c)
Coenzyme Q: prend en charge les électrons du complexe 1 et les transfert au complexe 3
Cytochrome C: Transfert d’e- entre complexes 3 et 4 (+ participe à l’apoptose cellulaire)
=> Activité des 4 complexes fixes doivent être couplés au Complexe V qui synthétise l’ATP
Que se passe-il dans les Complexes 1, 3 et 4 de la respiration cellulaire?
Transformation d’énergie de potentiel redox (électrons) dissipée en énergie d’un gradient de protons (H+)
Énergie permettant de pomper les protons contre un gradient fournie par la perte de potentiel redox au cours des réactions d’oxydoréduction
Est-ce que l’ATPsynthase du Complexe 5 (de la chaîne respiratoire) utilise directement l’énergie du potentiel redox?
Qu’est-ce qu’elle utilise ?
Nom de cette théorie?
NON -> elle utilise le gradient de protons en agissant comme seule voie de passage des protons (=canal) vers le milieu mitochondrial pour ensuite phosphoryler l’ADP en ATP = THÉORIE CHIMIO-OSMOTIQUE
Qu’est-ce que la théorie chimio-osmotique (3)?
Potentiel redox des couples
- NAD+/NADH,H+
- O2/H2O
-> Qu’est-ce que ça implique? (Énergie produite + utilisation)
- -320 mV
- +820mV
-> Potentiel redox correspond à une forme d’énergie libre (kJ/mol)
=> passage de -320 à +820 fournit un ∆E de 1140mV (~220 kJ/mol)-> énergie consacrée à pomper des protons dans la chaîne respiratoire + perte sous forme de chaleur (car système supraconducteur)
Formule de la différence de potentiel redox entre couple redox:
Comment mettre en évidence le rôle de moteur moléculaire de l’ATPsynthase?
Biologie moléculaire: ajout d’un filament d’actine (fluo) qui tourne = rotation de l’ATPsynthase
Quel est le rôle de l’ATPsynthase dans la chaine respiratoire? (2)
- = Moteur moléculaire dans le COMPLEXE V qui permet de condenser l’ADP et le phosphore inorganique (du milieu) pour récupérer de l’ATP
- Dissipe le gradiant de protons
Quel est le rôle de l’ATP/ADP translocase?
Transfert/ transport de l’ATP depuis la mitochondrie vers le cytosol en échange d’ADP (nécessite du phophore inorganique)
Quelle enzyme fait le lien entre la chaîne de l’acide citrique et la chaîne respiratoire (succinate-DH)?
Le Complexe II
Rendement de la chaîne respiratoire (en faisant abstraction de la perte du rendement effectif):
Énergie dans 1 mole d’ATP:
30,5 kJ
Que devient le rendement de la chaîne respiratoire si on saute le Complexe 1 et qu’on passe directement au Complexe 2)
Il diminue: Rendement 28%
Que se passe-t-il à chaque fois qu’on rentre du phosphore inorganique pour permettre à la translocase de transférer de l’ATP hors de la mitochondire?
Concurrence avec ATPsynthase car le phosphore inorganique apporte un proton -> production d’ATP moins efficace
Combien d’ATP produits pour les réactions de phosphorylation oxydative
- du NADH?
- du FADH2?
- 3 ATP
- 2 ATP
Phosphorylation de substrat vs Phosphorylation oxydative
Phosphorylation de substrat: formation d’ATP dans la GLYCOLYSE
Phosphorylation oxydative: formation d’ATP dans la MITOCHONDRIE
BILAN catabolisme oxydatif aérobie (4 + total):
1. Phase glycolyse (anaérobie):
- 2 ATP (générés par phosphorylation de substrat)
- 2x1 NADH ou 2x1 FADH2
2. Phase de formation d’un intermédiaire « utilisable », l’acétyl-CoA:
- 2x1 NADH
3. Phase du cycle de l’acide citrique:
- 2 ATP (dérivés de 2 GTP)
- 2 x 1FADH2
- 2 x 3NADH
= 12x2 soit 24 ATP
4. Phase de la chaîne respiratoire:
- 32 (2 FADH2 dérivés de la navette glycérophosphate) ou 34 (2 NADH dérivés de la navette malate/aspartate) ATP
TOTAL = 36 (navette glycérophosphate) ou 38 (navette malate/aspartate) ATP
Comment la phase de chaîne respiratoire conduit à la production de 32 ou 34 ATP?
Pourquoi est-ce qu’on chauffe quand on fait du sport?
Intervenants (8) du cycles de l’acide citrique:
- Citrate (C6)
- Isocitrate (C6)
- alpha-Cétoglutarate (C5)
- Succinyl-CoA (C4)
- Succinate (C4)
- Fumarate (C4)
- Malate (C4)
- (1) Oxaloacétate (C4)
