Module 10 - Chaîne de transport d'électrons et la phosphorylation oxydative

Question 1

Que sont les caractéristiques de la mitochondrie?

Answer 1

• Siège du métabolisme oxidatif chez les eucaryotes
• Contient la plupart des enzymes dans le cycle de Krebs (incluant le PDH) (Module 9) ainsi que ceux qui catalysent l’oxydation des acides gras (Module 13), etc.
• La central énergétique de la cellue (THE MITOCHONDRIA IS THE POWERHOUSE OF THE CELL)
• Composée de deux membranes (interne et externe) et la matrice à l’intérieur.

Question 2

Où se trouve la chaîne de transport d’électrons dans la cellule?

Answer 2

Dans la membrane interne de la mitochondrie.

Question 3

Comment est-ce que l’ATP traverse la membrane mitochondriale?

Answer 3

En utilisant la translocase ATP/ADP - un système antiport qui permet d’échanger l’ATP-4 produit dans la mitochondrie pour l’ADP-3 dans le cytosol.

Question 4

Comment est-ce que le phosphate (groupement Pi) traverse la membrane mitochondriale?

Answer 4

En utilisant le transporteur de phosphate (aussi apeller translocase Pi) - un système symport qui permet le mouvement d’une molécule de H2PO4- avec un proton H+ du cytosol vers la matrice mitochondriale.

Question 5

Vrai ou Faux: L’ATP ne peut pas sortir de la mitochondrie si de l’ADP ne rentre pas et vice-versa.

Answer 5

Vrai.

Question 6

Que sont les deux systèmes de navettes spécialisées qui transportent le NADH cytosolique (ou les équivalents réducteurs) dans la mitochondrie?

Answer 6

• La navette malate-aspartate

- La navette du glycérol-3-phosphate

Question 7

Que sont les principaux centres d’oxydoréduction trouvés dans les complexes de la chaîne de transport d’électrons?

Answer 7

Le NADH, le FAD, le FMN, l’ubiquinone, les centres fer-soufre, les hèmes.

Question 8

Qu’est-ce qu’un cytochrome?

Answer 8

Des protéines constituées d’un hème complexé à un atome de fer.

Question 9

Combien de complexes y-a-t’il dans la chaîne de transport d’électrons? Quel est la fonction de chacun des complexes?

Answer 9

Complexe I: catalyse l’oxydation du NADH par la CoQ.
Complexe II: catalyse l’oxydation du FADH2 par la CoQ.
Complexe III: catalyse l’oxydation de la CoQ par le cytochrome c.
Complexe IV: catalyse l’oxydation du CoQ (réduit) par l’O2.

Question 10

À part les complexes, quel autres enzymes sert de portes d’entrées pour les électrons dans la chaîne de transport d’électrons?

Answer 10

• La glycérol-3-phosphate qui catalysent l’oxydation du glycérol.
• L’acyl-CoA déshydrogénase qui catalysent l’oxidation des acides gras.
  Les deux transfèrent leur électrons au FAD puis au CoQ pour former de l’ubiquinol (QH2).

Question 11

Vrai ou Faux: Tout comme les complexes I, III et IV, les réactions d’oxydoréduction catalysées par le complexe II, la glycérol-3-phosphate déshydrogénase et l’acyl-CoA déshydrogénase libèrent suffisamment d’énergie pour expulser des protons.

Answer 11

Faux: ils ne font que injecter les électrons dans la chaîne.

Question 12

À quoi sert la majorité de l’énergie produit par la chaîne de transport d’électrons?

Answer 12

Elle sert à former et maintenir un gradient de protons. Le reste est dissipé sous forme de chaleur.

Question 13

Combien de protons seront pompés dans l’espace intermembranaire de la mitochondrie pour une paire d’électrons si les électrons sont transférés au complexe 1 (NADH > O2)? Au complexe 2(FADH2 > O2)?

Answer 13

NADH: 10 protons seront pompés de la matrice dans l’espace intermembranaire.
FADH2: Seulement 6 protons seront pompés de la matrice dans l’espace intermembranaire.

Question 14

Que sont les deux composants du gradient de protons?

Answer 14

Gradient chimique: L’énergie électrochimique inhérente

Question 15

Qu’est-ce que l’ATP synthase (Complexe 5)? Où retrouvent-t’on les différentes composantes de l’ATP synthase?

Answer 15

ATP synthase: le complexe qui permet d’utiliser l’énergie emmagasinée dans le gradient de protons pour synthetiser de l’ATP à partir d’ADP et de Pi. F0 se trouve dans la membrane mitochondriale interne et F1 se troue dans la matrice mitochondriale.

Question 16

Que sont les fonctions des deux composantes de l’ATP synthase?

Answer 16

F0: forme un canal dans la membrane, permettant le passage d’H+. Le flux de protons entraîne la rotation de F0, qui agit comme moteur pour la production d’ATP dans F1.
F1: Catalyse la synthèse d’ATP.

Question 17

Quelle étape est effectuée par chaque sous-unité β du F1 dans l’ATP synthase?

Answer 17

1: La fixation de l’ADP et du Pi
2: La synthèse d’ATP
3: La libération d’ATP

Question 18

Combien de protons sont nécessaire pour synthetiser une molécule d’ATP?

Answer 18

4: 3 vont assurer le fonctionnement de l’ATP synthase et 1 pour transporter le phosphate.

Question 19

Quel est le rendement total d’ATP de la chaîne de transport d’électrons par molécule de glucose oxydé si le point d’entrée des électrons est la navette malate-aspartate? Si le point d’entrée est la navette glycérol-3-phosphate?

Answer 19

Malate-aspartate: 32 ATP

Glycérol-3-phosphate: 30 ATP

Question 20

L’ATP synthase et la chaîne de transport d’électrons sont interdépendants: si la chaîne de transport d’électrons est inhibée, logiquement, l’ATP synthase ne peu plus fonctionner. Pourquoi est-ce que l’inverse est-il aussi vrai?

Answer 20

Si l’ATP synthase est inhibé, les protons ne peuvent plus retourner dans la matrice mitochondriale. Par contre, la chaîne d’électrons va continuer à pomper des électrons à l’extérieure de la mitochondrie, ce qui génère un gradient de protons énorme. La force proton-motrice augmente jusqu’à ce que l’énergie libre requise pour pomper les électrons égale ou excède l’énergie relâchée par le transfert d’électrons de NADH à O2. Le flot d’électrons cesse; le système est à l’équilibre.

Question 21

Quel sont les principaux régulateurs de la glycolyse? À quel rapport sont-ils sensibles?

Answer 21

La glycolyse est principalement contrôlée par la phosphofructokinase (PFK). La PFK est sensible au rapport ATP/ADP mais pas sensible au rapport NADH/NAD+.

Question 22

Quel sont les principaux régulateurs de la formation d’acétyl-CoA?

Answer 22

La formation d’acétyl-CoA à partir du PDH est contrôlée par le rapport acétyl-CoA/CoASH, NADH/NAD+ et ATP/ADP.

Question 23

Quel sont les principaux régulateurs du cycle de Krebs?

Answer 23

Le cycle de Krebs est contrôlée par le rapport NADH/NAD+ ainsi que le rapport ATP/ADP (au niveau de la citrate synthase, l’isocitrate déshydrogénase et l’α cétoglutarate déshydrogénase)

Question 24

Quel sont les principaux régulateurs de la chaîne de transport d’électrons?

Answer 24

La chaîne de transport d’électrons est contrôlée par la présence d’oxygène et les rapports NADH/NAD+ et ATP/ADP.

Question 25

Quel est la réponse physiologique quand il y a une demande accrue en ATP (ex. exercise légère)? Quand il y a une demande réduite en ATP?

Answer 25

Demande accrue (le système va rester en aérobie):
1. Rapport ATP/ADP descend
2. l’ATP synthase augmente
3. la chaîne de transport d’électrons augmente en réaction à la baisse du gradient de protons
4. la consommation en O2 augmente et le rapport NADH/NAD+ descend
5. Le cycle de Krebs et le PDH sont stimulés
6. La glycolyse est stimulée.
Pour la demande réduite, les augmentation, les stimulations et les descente sont inversées.

Question 26

Quel est la réponse physiologique quand il y a une immense demande d’ATP (ex. exercise intense)?

Answer 26

Le système va passer en conditions anaérobie:

1. Rapport ATP/ADP descend énormément
2. l’ATP synthase augmente
3. la chaîne de transport d’électrons augmente en réaction à la baisse du gradient de protons
4. La disponibilité de l’O2 devient limitante
5. l’accroissement de l’activité de la chaîne de transport d’électrons amène une descente du rapport NADH/NAD+)
6. Le cycle de Krebs et PDH sont stimulés
7. La glycolyse est fortement stimulée.