Transport d’électrons et phosphorylations oxydatives Flashcards
Quelles sont les deux demi-réactions qui représentent le transfert d’électrons?
D’abord, les atomes de carbones sont oxydés : C6H12O6 + 6H2O = 6CO2 + 24H+ + 24e-
Ensuite, l’oxygène moléculaire est réduit : 6O2 + 24H+ + 24e- = 12H2O
Où vont les 12 paires d’électrons issues de l’oxydation d’une molécule de glucose?
Les 12 paires d’électrons issues de l’oxydation d’une molécule de glucose ne sont pas directement transférées à l’oxygène mais plutôt aux coenzymes NAD+ et FAD pour former 10 NADH et 2 FADH2.
Les e- ne vont pas directement du NADH/FADH2 vers l’O2 mais passent plutôt par une série d’intermédiaires, les transporteurs d’électrons.
Quelles sont les quantités d’ATP produites avec la respiration cellulaire?
La réoxydation de chaque NADH permet la synthèse de ~3 ATP et la réoxydation de FADH2 permet la synthèse de ~2 ATP. Le grand total de production d’ATP pour une molécule de glucose complètement oxydée en CO2 et en H2O est de 38 ATP.
Pourquoi les e- ne vont pas directement du NADH/FADH2 vers l’O2 mais passent plutôt par une série d’intermédiaires, les transporteurs d’électrons?
Les électrons passent dans la chaîne de transport d’électrons où, suite à la réoxydation du NADH et FADH2, ils participent aux réactions d’oxydo-réduction de plus de 10 centres rédox avant de réduire O2 en H2O.
Au cours de ce processus, des protons (H+) sortent de la matrice de la mitochondrie vers l’espace intermembranaire et l’énergie libre résultant de la formation de ce gradient de pH (ou gradient de protons) est utilisée pour la synthèse d’ATP à partir d’ADP et de Pi (phosphorylations oxydatives).
Qu’est-ce qui est lié à la membrane interne de la mitochondrie?
Les protéines qui assurent le transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives sont liées à la membrane interne de la mitochondrie.
Vrai ou faux? L’espace intermembranaire de la mitochondrie est en équilibre avec l’extérieur.
Vrai. Car elle est très perméable.
Le transport d’électrons et les phosphorylation oxydatives se déroulent où?
Le transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives se déroulent dans la membrane interne et la matrice de la mitochondrie où doivent se retrouver toutes les composantes : ex. NADH résultant de la glycolyse est dans le cytoplasme.
Le gradient électrochimique de la mitochondrie est composé de quoi?
Le gradient électrochimique est composé à la fois d’un :
• gradient chimique ou de pH (espace intermembranaire plus acide que matrice; différence de pH de ~0.75). Ce pH plus acide est essentiel à l’activité de certaines enzymes.
• gradient électrique où le potentiel de membrane Em est positif de + 0,14 V (espace intermembranaire est chargé positivement). Même principe qu’une pile.
Comment appelle-t-on souvent le grandient électrochimiques de protons? Pourquoi?
Il est souvent appelé force protomotrice (FPM) car la rentrée ou le retour d’un proton par diffusion vers la matrice génère de l’énergie libre (DGo’ ~-21.5 kJ/mol) nécessaire à la synthèse de l’ATP.
Comment fonctionne le gradient de H+ qui existe à travers la membrane mitochondriale?
Le gradient de H+ qui existe à travers la membrane mitochondriale fonctionne comme un barrage hydroélectrique. L’énergie libérée par l’oxydation des aliments (via une série d’étapes) est utilisée pour pomper des protons à travers une membrane, le barrage, créant ainsi un réservoir de protons d’un côté de la membrane. Le flux de protons à travers des turbines protéiques enfouies dans cette membrane (ATP synthase) fournit l’énergie nécessaire à la synthèse d’ATP de la même manière que le débit d’eau dans les turbines génère de l’électricité. Cette phénomène est également appelée chimiosmose.
Qu’est-ce que la chimiosmose?
La chimiosmose se définie comme le mouvement des ions, en fonction de leur gradient électrochimique, à travers une membrane sélectivement perméable (différent de semi-perméable).
Puisque les réactions de transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives s’y produisent, la membrane interne de la mitochondrie doit contenir des systèmes de transport permettant quels processus?
- NADH produit lors de la glycolyse dans le cytoplasme doit accéder à la chaîne de transport d’électrons afin d’y être oxydé ultimement par l’O2.
- métabolites produits par la mitochondrie comme l’oxaloacétate et l’acétyl-CoA (précurseurs de la biosynthèse du glucose et des acides gras respectivement) doivent atteindre leurs destinations métaboliques.
- l’ATP produit par la mitochondrie doit parvenir au cytoplasme où se déroulent la plupart des réactions qui utilisent l’ATP tandis que l’ADP et le Pi, substrats des phosphorylations oxydatives, doivent entrer dans la mitochondrie.
Quels sont les différents systèmes de transport? Quelles sont leurs caractéristiques?
Une seule molécule à la fois (passif)
2 molécules différentes dans le même sens (symport) : Pi et H+ ou pyruvate et H+
2 molécules différentes dans des sens opposées (antiport) : ADP et ATP
Comment les mitochondries transportent l’ATP et l’ADP?
La membrane interne mitochondriale contient un système qui transporte l’ATP de la matrice mitochondriale vers le cytoplasme en échange d’ADP.
Le système antiport impliqué ici s’appelle translocase des nucléotides adényliques, un dimère de sous-unités identiques.
Comment les mitochondries transportent le Pi?
Le Pi revient dans la mitochondrie par le transporteur de phosphate, un système symport Pi—H+ sous la dépendance d’un gradient de pH (DpH).
Le H+ qui accompagne le Pi avait auparavant été exclu par les pompes de la chaîne de transport d’électrons couplées aux réactions d’oxydo-réductions (à venir).
Comment les mitochondries transportent le NADH?
Le NADH produit dans le cytoplasme lors de la glycolyse doit être transporté dans la membrane interne de la mitochondrie pour être réoxydé en NAD+ par transport d’électrons et phosphorylations oxydatives.
Cela s’effectue par des systèmes de navette dont la navette malate-aspartate (dans le coeur, foie, rein) où le NAD+ mitochondrial est réduit par le NADH cytosolique moyennant la réduction de l’oxaloacétate suivie de sa régénération. Il s’agit d’un processus en 2 phases de 3 étapes chacunes.
Comment décrire la phase A du transport du NADH dans les mitochondries par la navette malate-aspartate? Par quelle enzyme?
Phase A (transport d’électrons dans la matrice) :
- dans le cytosol, le NADH réduit l’oxaloacétate pour donner du NAD+ et du malate lors d’une réaction catalysée par la malate déshydrogénase cytosolique.
- le transporteur malate-a-cétoglutarate transporte le malate du cytosol vers la matrice mitochondriale en échange d’a-cétoglutarate provenant de la matrice.
- dans la matrice mitochondriale, le NAD+ réoxyde le malate pour donner du NADH et de l’oxaloacétate, réaction catalysée par la malate déshydrogénase mitochondriale.
Vrai ou faux? Le NADH n’entre jamais dans la matrice mitochondriale.
Vrai.
Comment décrire la phase B du transport du NADH dans la mitochondries par la navette malate-aspartate?
Phase B (régénération de l’oxaloacétate cytosolique) :
- dans la matrice, une transaminase (métabolisme des acides aminés) transforme l’oxaloacétate en aspartate avec transformation concomitante de glutamate en a-cétoglutarate.
- l’aspartate est transporté de la matrice vers le cytoplasme par le transporteur glutamate-aspartate en échange de glutamate cytosolique.
- dans le cytoplasme, l’aspartate est transformé en oxaloacétate par une transaminase en même temps que l’a-cétoglutarate est transformé en glutamate.
Comment expliquer le transport du NADH par les mitochondries dans le CERVEAU?
Il existe également la navette du glycérophosphate (dans cerveau et muscle squelettique) plus simple (3 étapes) mais moins efficace sur le plan énergétique.
Quelles sont les 3 étapes du transport du NADH dans les mitochondries dans le cerveau et les muscles squelettiques?
- glycérol-3-phosphate déshydrogénase catalyse l’oxydation du NADH cytosolique via le dihydroxyacétone phosphate (DHAP, intermédiaire glycolyse) pour donner NAD+ et glycérol- 3-phosphate (G3P).
- les électrons du glycérol-3- phosphate sont transférés à une déshydrogénase flavoprotéique pour donner du FADH2
- cette enzyme est localisée sur le côté externe de la membrane interne de la mitochondrie et elle fournit des électrons à la chaîne de transport.
Pourquoi la navette du glycérophosphate (dans le cerveau et dans le muscle) est moins efficace sur le plan énergétique?
Parce que le NADH fait 3 ATP tandis que le FADH en fait juste 2.
Quel est l’accepteur terminal des électrons dans les mitochondries?
Le O2. Donc pas de O2 = pas de chaîne de transport d’électrons.
La direction du flux d’électrons le long de la chaîne de transport est déterminée par quoi?
La direction du flux d’électrons le long de la chaîne de transport est déterminée par la faculté des composantes à perdre ou à gagner ces électrons.
• le NAD+ a une affinité modérée pour les électrons. Sa forme réduite (NADH) peut facilement céder ses 2 électrons.
• O2 a une très forte affinité pour les électrons et est donc un très bon agent oxydant (accepte électrons facilement—les attirent essentiellement).
• La capacité à « donner » ou à « capter » des électrons est exprimée par un paramètre nommé potentiel d’oxydoréduction (Eo’), NAD+ ayant un potentiel de -315 mV et O2, un potentiel de +815 mV.
Les électrons se déplacent des molécules à faible potentiel rédox vers les molécules possédant un potentiel fort; donc dans le cas de la chaîne mitochondriale de transport d’électrons, du NADH à l’O2
La chaîne de transport d’électrons est une succession de 4 complexes protéiques parcourus par les électrons. Quels sont-ils?
Les électrons du NADH sont transférés au Complexe I et ceux du FADH2 au Complexe II. Ensuite ils sont transférés au Complexe III grâce au coenzyme Q (CoQ ou ubiquinone), et du Complexe III au Complexe IV par la protéine membranaire périphérique, le cytochrome c.
Au cours du transport d’électrons, l’énergie libre du transport d’électrons du NADH ou FADH2 vers l’O2 pour donner H2O (via l’intermédiaire de centres rédox liés à des protéines) est couplée à quoi?
À la synthèse d’ATP (phosphorylations oxydatives).
Quelle est la réaction globale de la chaîne de transport d’électrons?
NADH = NAD+ +H+ +2e- …………………. 2e- +2H+ +1⁄2O2 = H2O
Quelle est la relation entre DE et DG?
Un DEo’ positif dans une équation résulte en un DGo’ négatif, un DEo’ positif est indicatif d’une réaction spontanée.
Durant la chaîne de transport des électrons, comment le potentiel de redox varie?
Plus on avance dans la chaîne, plus il augmente. C’est donc thermodynamiquement favorable.
Que se passe-t-il lorsque les électrons du NADH ou du FADH2 s’écoulent dans la chaîne respiratoire? Que permet cela?
Lorsque les électrons du NADH ou du FADH2 s’écoulent dans la chaîne respiratoire, des protons (H+) sont pompés à travers la membrane interne, de la matrice vers l’espace intermembranaire. Ultimement, de l’ATP sera synthétisé quand les protons reviendront dans la matrice à travers l’ATP synthase (force protomotrice). L’oxydation du NADH/FADH2 et la phosphorylation de l’ADP sont donc couplées grâce à ce flux transmembranaire de protons.
Cette réaction est très exergonique (DGo’ = -215 kJ/mol pour le NADH et -170 kJ/mol pour le FADH2). Cette énergie est suffisante pour permettre la formation endergonique de plusieurs molécules d’ATP, étant donné que la variation d’énergie libre physiologique (DG) pour la formation d’une molécule d’ATP à partir d’ADP et de Pi n’est que de +50 kJ/mol (énergie libre standard DGo’ est de +30.5).
