La respiration cellulaire Flashcards
Quels sont les 3 substrats qui permettent la formation d’ATP ?
• Les HDC : le glucose rentre dans la glycolyse et est transformé en 2 molécules de pyruvate en libérant 2 molécules d’ATP.
Il y a aussi des électrons qui sont arrachés lors de réactions d’oxydation et qui sont portés par des transporteurs d’électrons = NAD.
Point de vue du catabolisme des HDC on a la glycolyse = se déroule dans le cytoplasme de toutes les cellules.
Le pyruvate a plusieurs possibilités :
o S’il y a peu/pas d’O2 : conditions d’hypoxie/anaérobies : pyruvate est transformé en lactate.
o S’il y a de l’O2 : conditions aérobies : ex : dans la mitochondrie : pyruvate est transformé en acétyl-CoA par oxydation.
Le reste des catabolismes se déroulent dans la mitochondrie :
• Les acides aminés : ils seront oxydés et transformés en acétyl-CoA.
• Les acides gras : ils subissent un processus d’oxydation et sont transformés
en acétyl-CoA.
Au cours de toutes ces 3 réactions d’oxydation, il y a des électrons qui sont arrachés et qui sont transportés par 2 transporteurs : NAD et FAD, les transformant en NADH + H+ et en FADH2.
Vers quoi convergent les 3 substrats permettant la formation d’ATP ?
Il y a une convergence de l’oxydation de ces 3 substrats vers l’acétyl-CoA = molécule très importante. Elle rentrera dans le cycle de Krebs = cycle de l’acide citrique = 8 réactions au départ de l’acétyl-CoA et de l’oxaloacétate pour la formation du citrate.
Après 8 réactions le citrate est retransformé en oxaloacétate.
Un acétyle = formé de 2 atomes de C qui seront libérés sous forme de 2 CO2 par décarbonation.
Au cours de ce cycle de Krebs il y a plein de réactions d’oxydations qui arrachent les électrons, un peu comme les réactions d’oxydation pour les AG, aa et HDC.
Ces électrons seront transportés par les transporteurs d’électrons = NAD et FAD.
Ces transporteurs viendront libérer leurs électrons au niveau de la chaine de cytochromes.
Lorsque les électrons y sont libérés, ça libère de l’énergie.
Cette énergie sera alors utilisée pour phosphoryler l’ADP en ATP.
Les électrons seront captés par la molécule d’O2 et c’est pour cela que toute cette voie s’appelle la respiration cellulaire = car les électrons, après leur chemin sur les cytochromes, devront être captés par l’O2. Cet O2, en présence des protons, formera des molécules d’eau.
Quelles sont les différences entre la respiration pulmonaire et la respiration cellulaire ?
Une respiration cellulaire, voire mitochondriale puisque tout se passe dans la mitochondrie, nécessite de l’O2 et on rejette du CO2 (// poumon qui inhale de l’O2 et qui rejette du CO2).
En comparaison à la respiration pulmonaire, on parle de 3 phases de la respiration cellulaire :
➢ Phase n°1 = production d’acétyl-CoA
➢ Phase n°2 = cycle de Krebs
➢ Phase n°3 = phosphorylation oxydative.
Comment la pyruvate déshydrogénase va-t-elle permettre de transformer le pyruvate en acetyl-CoA ?
Le pyruvate = produit final de la glycolyse. Il est présent dans le cytoplasme et va rentrer dans la mitochondrie.
La transformation du pyruvate possède 3 atomes de carbone ≠ acétyle qui en possède 2 : il y a donc libération de un CO2.
Une liaison covalente s’établit entre le CoA et la structure à 2 atomes de carbone.
Le complexe de la pyruvate déshydrogénase comporte 3 enzymes = E1, E2 et E3 = complexe très volumineux. Il comporte 5 cofacteurs :
◆ La thiamine pyrophosphate = TPP = sur E1
◆ Le lipoate = lié à la lysine présente dans le domaine lipoyle de l’enzyme = sur E2.
◆ CoA-SH (= fonction thiol permettant d’établir des liens covalents avec le C) = sur E2.
◆ Le FAD = sur E3.
◆ Le NAD = sur E3.
Cette réaction = fortement exergonique et irréversible de la G vers la D avec un ΔG°’ = -33,4kJ/mol.
Quelles sont les étapes de la réaction de transformation du pyruvate en acétyl-CoA ?
- Sur E1 : le TPP va réagir avec le pyruvate = produit final de la glycolyse rentré dans la mitochondrie. Il y a ainsi libération du CO2. Il y a établissement d’un lien covalent entre le TPP et les 2 autres atomes de C; formation ainsi d’un hydroxy-éthyle-TPP.
- E2 : possède dans son site catalytique une lysine contenant un pont disulfure S-S. Ce pont disulfure va réagir avec l’hydroxy-éthyle et le prendre en charge sur un de ses S. Il y a donc formation :
≫ D’une liaison covalente S-C : les 2 atomes de C sont donc transférés de la thiamine du TPP sur le bras lipoyllysine avec formation d’une liaison covalente. On passe d’une liaison S-S à une liaison S-hydroxy-éthyle sur le 1er bras (généré par la rupture de la liaison covalente S-S).
≫ D’un 2ème bras (= généré aussi par la rupture de la liaison covalente S-S) = SH : il a la capacité de bouger dans le sens des aiguilles d’une montre. - Le 3ème cofacteur arrive = le CoA qui possède aussi une fonction SH qui va réagir et donc le S du bras lipoyllysine va libérer l’acétyle et établir une réaction covalente avec le S du CoA. Le produit final = l’acétyl-CoA avec une liaison S-C covalente et 2 atomes de C.
- Au niveau de E3 : le bras lipoyllysine y arrive complètement réduit, donc pour qu’il puisse s’occuper d’une 2ème molécule de pyruvate, il faut rétablir le pont disulfure. Cette E3 contient un cofacteur = FAD = va arracher les 2 électrons et les 2 protons de ces 2 fonctions thiol de manière à rétablir le pont disulfure du bras lipoyllysine. En les arrachant, le FAD se charge de ces 4 ions et se transforme en FADH2 qui devra être converti/reconverti en FAD pour que tout ce cycle puisse continuer avec d’autres molécules
de pyruvate. - C’est alors le cofacteur NAD qui va accepter les 2 électrons et les 2 protons du FADH2 de manière à ce que le FAD soit rétabli.
- Il va ainsi se charger des 2 électrons et d’un proton pour former le NADH + H+.
De quoi est constitué le bras lipoyllysine ?
Sur la partie E2 de l’enzyme pyruvate déshydrogénase, il y a une lysine sur laquelle s’encre un bras d’acide lipoïque.
Ce bras d’acide lipoïque se termine par un pont disulfure qui peut être totalement oxydée/réduite ou peut porter l’acétyl-Co-CH3 en établissant une liaison covalente avec le S d’une des fonctions thiol ; c’est la forme acétylée.
De quoi est constitué le CoA-SH ?
Il est formé d’une sorte de nucléotide (car ça contient un sucre = le ribose qui établit une liaison covalente entre son C3’ et un phosphate, ça contient aussi une base = l’adénine et il y a 2 phosphates).
On parle de Coenzyme A car la base = une adénine.
Suite aux 2 phosphates il y a la vitamine B5 = hydrosoluble
= acide pantothénique et accroché à cette VitB5 il y a du
bêta-mercapto-éthylamine.
!!! : Il y a une fonction thiol réactive SH = elle établit une liaison
covalente avec l’acétyle pour former l’acétyl-CoA.
Cette liaison S-CoA = S-C = riche en énergie : chaque fois qu’elle est rompue elle libère de l’énergie.
De quoi est constitué le FAD ?
Présent dans E3 :
C’est de la flavine-adénine-dinucléotide.
On y retrouve 2 nucléotides : un de chaque côté des pointillés.
Le ribose linéaire lie une flavine = une sorte d’analogue de base ; elle est capable d’accepter 2 électrons et 2 protons pour former ainsi du FADH2.
>< Le ribose cyclique.
Un autre cofacteur ressemble au FAD = le FMN = flavine-
mononucléotide : Il ne possède pas le nucléotide du bas.
C’est composé d’un phosphate, d’un ribose linéaire et de la flavine = elle aussi, comme dans le FAD, capable d’accepter un total de 2 électrons et de 2 protons, se transformant ainsi en FMNH2.
La riboflavine = la vitamine B2 = la flavine + le ribose (sans le phosphate).
De quoi est composé le cycle de Krebs ?
Il est composé de 8 réactions. C’est une voie métabolique en forme de cycle car le 1er produit de la 1ère réaction = l’acide citrique. L’acétyl-CoA provient de l’oxydation : - Des hydrates de carbones - Des acides gras - Des acides aminés
Quels sont les rôles du cycle de Krebs et où se produit-il ?
Il a plusieurs rôles :
• Dans l’énergie : dans la production d’ATP. Il va y avoir transformation d’énergie (contenue dans la liaison entre le S du CoA et le C de l’acétyle) en ATP, en NADH et en FADH2 = acceptent les électrons et les protons.
• C’est une voie catabolique car l’acétyl-CoA = substrat de la 1ère réaction du cycle. Or cet acétyl-CoA provient de l’oxydation des aa, des AG et du pyruvate en
conditions aérobies.
• C’est aussi une voie anabolique car les métabolites intermédiaires du cycle de Krebs vont servir de
base pour des précurseurs comme le glucose (évoque la gluconéogenèse; l’oxaloacétate = intermédiaire réactionnel de la synthèse de glucose lors de la gluconéogenèse, et c’est aussi le 1er substrat de la 1ère réaction du cycle de Krebs/ou le dernier produit de la dernière réaction de ce cycle). À partir d’autres intermédiaires réactionnels il y aura aussi synthèse d’acides aminés, de purines, de pyrimidines, de porphyrines (servant à synthétiser des hèmes pouvant être associés à des globines pour former de l’hémoglobine, ces hèmes peuvent aussi être associés à d’autres molécules et former des cytochromes responsables du transport d’électrons).
Ce cycle de Krebs se déroule dans la mitochondrie des cellules eucaryotes >< dans le cytoplasme des cellules procaryotes n’ayant pas de mitochondries.
Quelle est la 1ère réaction du cycle de Krebs ?
1ère réaction = formation du citrate à partir d’acétyl-CoA et d’oxaloacétate via une citrate synthase.
L’acétyle vient se placer sur le C1 de l’oxaloacétate pour former l’acide citrique = le citrate et libérer le CoA.
Réaction très exergonique avec un ΔG°’ = - 32,2kJ/mol.
Quelle est la 2ème réaction du cycle de Krebs ?
2ème réaction = la transformation du citrate en iso-citrate via un échange de la fonction hydroxyle d’un C au C adjacent.
∆G°’ = 13,3 kJ/mol
Quelle est la 3ème réaction du cycle de Krebs ?
3ème réaction = la transformation de l’iso-citrate en alpha-céto-glutarate ; il y a une décarboxylation et une oxydation.
Le NAD se charge de 2 électrons et de 2 protons et se transforme ainsi en NADH + H+. Il y a donc une décarboxylation oxydative.
Ça libère une molécule de CO2 et il y a oxydation avec 2 électrons et 2 protons qui sont arrachés.
Quelle est la 4ème réaction du cycle de Krebs ?
4ème réaction = l’alpha-céto-glutarate va être transformé en succinyl-CoA via le complexe de l’alpha-cétoglutarate-déshydrogénase.
Cette enzyme a une morphologie similaire à celle de la pyruvate déshydrogénase avec les 3 sous- unités : E1, E2 et E3 + 5 cofacteurs : TPP, lipoate, CoA-SH, FAD et NAD.
C’est une décarboxylation oxydative avec libération de CO2 et 2 électrons et 2 protons sont arrachés pour former du NADH + H+.
De plus, il y a formation d’une liaison covalente avec le CoA et l’énergie est conservée dans cette liaison S-C = riche en énergie.
Réaction irréversible avec un ΔG°’ = - 33,5kJ/mol.
Quelle est la 5ème réaction du cycle de Krebs ?
5ème réaction : transformation du succinyl-CoA en succinate avec libération du CoA via la
succinyl-CoA synthase.
Et comme on va rompre le lien covalent riche en énergie entre le S et le C, ça libère beaucoup d’énergie qui est utilisée pour transformer du GDP + Pi en GTP.
Le GTP formé peut-être transformé en ATP par une enzyme = la nucléoside diphosphate kinase via une réaction réversible qui ne consomme aucune énergie.
Qu’on produise du GTP ou de l’ATP c’est pareil car cette enzyme fera la conversion sans consommation ou perte d’énergie.
Il y a ainsi production d’une molécule de GTP puis ATP.
