Transport d'électrons et phosphorylations oxydatives

Question 1

la glycolyse et le cycle de Krebs libèrent combien de paires d’électrons par l’oxydation du glucose

Answer 1

12 paires d’électrons

glycolyse:
2 NADH

pyruvate en acétyl-CoA:
2 NADH

cycle de Krebs:
2 FADH2
6 NADH

Question 2

Quelle est l’équation de l’oxydation complète du glucose dans la glycolyse et le cycle de Krebs?

Answer 2

glucose + 6O2 -> 6CO2 + 6 H2O

demi-réactions
-oxydation des atomes de carbones :
glucose + H2O -> 6CO2 + 24H+ + 24é

-réduction de l’oxygène:
6O2 + 24H+ + 24é -> 12H2O

Question 3

Pourquoi est ce que les é ne vont pas directement du NADH/FADH2 vers l’O2, mais passent par des transporteurs d’électrons ?

Answer 3

pour générer un gradient de protons utilisé par l’ATP synthase

Question 4

La réoxydation de chaque NADH et FADH2 génère combien de molécules d’ATP?

Answer 4

NADH: 3 ATP
FADH2: 2 ATP

Question 5

Où sont liées les protéines qui assurent le transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives?

Answer 5

liées à la membrane interne de la mitochondrie

Question 6

Quelle est la perméabilité de chaque membrane de la mitochondrie ?

Answer 6

membrane externe: semi-perméable
-> les ions et les petites molécules passent

membrane interne: sélectivement perméable
-> les ions, surtout les H+, ne peuvent pas passer

Question 7

De quoi est composé le gradient électrochimique?

Answer 7

-gradient chimique/pH: l’espace intermembranaire est plus acide que la matrice mitochondriale

-gradient électrique: différence de potentiel, l’espace intermembranaire est chargé positivement

Question 8

Comment est souvent aussi appelé le gradient électrochimique/ de protons ?

Answer 8

force protomotrice (FPM), le retour d’un proton par diffusion vers la matrice génère de l’énergie libre

Question 9

C’est quoi la chimiosmose?

Answer 9

Le mouvement des ions, en fonction de leur gradient électrochimique, à travers une membrane sélectivement perméable

découvert par Peter D. Mitchell, prix Nobel en 1978

Question 10

Quelles molécules doivent être transportés vers différentes structures pour initier les réactions de transport d’électrons et les phosphorylations oxydatives?

Answer 10

1. le NADH produit de la glycolyse dans le cytoplasme doit accéder à la chaine de transport des électrons
2. les métabolites produits par la mitochondrie comme l’acétyl-CoA et l’oxaloacétate doivent atteindre leurs destinations métaboliques (doivent sortir de la mitochondrie)
3. 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 + Pi doivent entrer dans la mitochondrie pour les phosphorylations oxydatives

Question 11

Quelles molécules utilisent le système de transport symport ?

Answer 11

-Pi et H+
-pyruvate et H+

les deux entrent dans la matrice mitochondriale

Question 12

Quelles molécules utilisent le système antiport?

Answer 12

-ADP et ATP

ADP entre dans la matrice mitochondriale et l’ATP sort

le système s’appelle: translocase des nucléotides adényliques (dimère de 2 sous-unités identiques)

-ce transport est couteux car l’équivalent d’un proton est perdu (la sortie de l’ATP vers l’extérieur de la mitochondrie est contre le gradient de H+, on perd un H+)
-système de payage

Question 13

Comment fonctionne le système symport du Pi?

Answer 13

Pi de l’espace intermembranaire revient dans la matrice mitochondriale par le transporteur de phosphate

-dépend d’un gradient de pH
-Le H+ utilisé est celui pompé par les pompes de la chaine de transport des électrons
-système de payage

Question 14

Par quel système le transport du NADH se fait-il?

Answer 14

Le NADH produit de la glycolyse dans le cytoplasme doit entrer la matrice mitochondriale pour être réoxydé

système de navette malate-aspartate
-dans le coeur, foie et rein
-2 phases de 3 étapes chacun

Question 15

Comment se déroule le transport du NADH?

Answer 15

Phase A: transport d’électrons dans la matrice
1. le NADH du cytosol réduit l’oxaloacétate pour donner du NAD+ et du malate par l’enzyme malate déshydrogénase cytosolique
2. le transporteur malate-α-cétoglutarate transporte le malate du cytosol vers la matrice en échange d’α-cétoglutarate provenant de la matrice
3. Dans la matrice, le NAD+ réoxyde le malate pour donner du NADH et de l’oxaloacétate par l’enzyme malate déshydrogénase mitochondriale

Phase B: régénération de l’oxaloacétate cytosolique
4. dans la matrice, une transaminase transforme l’oxaloacétate en aspartate avec la transformation du glutamate en α-cétoglutarate
5. l’aspartate est transporté de la matrice vers le cytoplasme par le transporteur glutamate-aspartate en échange de glutamate cytosolique
6. dans le cytoplasme, l’aspartate est transformé en oxaloacétate par une transaminase en même temps que l’α-cétoglutarate est transformé en glutamate

Question 16

Quelle est l’autre manière de transporter le NADH?

Answer 16

par la navette du glycérophosphate (dans le cerveau et les muscles squelettiques)
-> moins efficace énergétiquement (car le produit est du FADH2 qui génère 2 ATP vs NADH qui en produit 3)

1. la glycérol-3-phosphate déshydrogénase catalyse l’oxydation du NADH cytosolique via le DHAP pour donner du NAD+ et du glycérol-3-phosphate
2. les électrons du glycérol-3-phosphate sont transférés à une déshydrogénase flavoprotéique pour donner du FADH2
3. cette enzyme est localisée sur le côté externe de la membrane interne et fourni des électrons à la chaine de transport

Question 17

Quelle est la réaction globale de la chaîne de transport d’électrons?

Answer 17

NADH ⇌ NAD+ + H+ + 2é ………… 2é+ 2H+ 1/2 O2 -> H2O

Question 18

Comment est ce que la direction du flux est déterminée dans le transport des électrons?

Answer 18

le flux est déterminé selon la faculté des composantes à perdre ou à gagner ces électrons

-NAD+ a une affinité modérée pour les électrons, NADH peut facilement céder ses 2 électrons
-O2 a une affinité très forte pour les électrons et est alors un très bon agent oxydant

E°′ détermine la capacité à donner ou capter des électrons
-> les électrons se déplacent des molécules à faible potentiel rédox vers des molécules avec un potentiel plus fort (termine à O2 qui a le plus fort)

Question 19

Pourquoi est ce que l’oxydation du NADH/FADH2 est couplée avec la phosphorylation de l’ADP?

Answer 19

car, l’ATP sera synthétisé quand les protons reviendront dans la matrice vers l’ATP synthase

oxydation de NADH/FADH2: très exergonique qui permet la formation endergonique de plusieurs molécules d’ATP qui est une réaction endergonique

Question 20

Quels sont les inhibiteurs des complexes?

Answer 20

complexe 1:
-roténone
-amytal
-MPTP

complexe 3:
-antimycine A

complexe 4:
-cyanure
-CO

Question 21

De quoi est formé le complexe 1?

Answer 21

complexe 1: NADH déshydrogénase

46 sous-unités protéiques qui contient:
-une FMN: groupement prosthétique d’oxydo-réduction (diffère du FAD que par l’absence du groupement FAD)
-6/7 centres fer-soufre

Question 22

Comment fonctionne le complexe 1?

Answer 22

-Le NADH donne ses 2 éléctrons au FMN qui est réduit en FMNH2
-les électrons du FMNH2 passent aux protéine avec le groupement prosthétique Fer-soufre, où le fer peux alterner entre la forme oxydée Fe+3 et la forme réduite Fe+2
-les électrons sont transférés à une molécule de CoQ qui est réduit en CoQH2
-les électrons sont transférés au complexe III

*parallèlement, 4 protons sont pompés hors de la matrice, contribuant au gradient

Question 23

De quoi est formé le complexe II?

Answer 23

Complexe II: succinate déshydrogénase

4 sous-unités protéiques et 4 cofacteurs
-une molécule de FAD
-3 centre fer-soufre

Question 24

Comment fonctionne le complexe II?

Answer 24

-FAD devient FADH2 associé à la succinate déshydrogénase transfère ses électrons aux protéines avec le centre fer-souffre
-les électrons sont transférés au CoQ qui devient CoQH2
-les électrons sont transférés au complexe III

• aucuns protons libérés pour le gradient

Question 25

De quoi est formé le complexe III?

Answer 25

Complexe III: Q-cytochrome c oxydoréductase/ complexe du cytochrome bc1 nombreuses sous-unités et 4 groupes prosthétiques: -2 cytochromes de type b: bL et Bh -1 centre fer-soufre -1 cytochrome de type c

Question 26

Comment fonctionne le complexe III?

Answer 26

-COQH2 transfère ses 2 électrons vers les cytochromes bL et bH -> centre fer-soufre -> cytochrome c -le cytochrome ne peut qu'accepter un électron à la fois, donc s'effectue en 2 cycles (cycle Q) -le cytochrome c apporte les électrons au complexe IV *4 protons sont pompés pour le gradient

Question 27

Caractéristiques du cytochrome c

Answer 27

-hémoprotéine (protéine à hème) associée à la membrane interne -le fer du noyau hème passe de l'état oxydé Fe+3 à l'état réduit Fe+2 -se trouve chez tous les organismes sauf quelques anaérobie -le cytochrome agit comme une navette

Question 28

De quoi est formé le complexe IV?

Answer 28

Complexe IV: cytochrome c oxydase/ cytochrome aa3 nombreuses protéines et 2 groupes prosthétiques: -2 cytochromes (Fe) de type a (a et a3) -2 centres cuivre (CUa et CUb)

Question 29

Comment fonctionne le complexe IV?

Answer 29

-les électrons du cytochrome c sont transférés au centres cuivre et aux cytochromes a qui ne transportent qu'un électron à la fois (les centres cuivre alternent entre l'état réduit Cu+ et oxydé Cu+2) -les cytochromes c sont ré-oxydés en cédant un é -4 H+ sont prélevés dans la matrice -les 4é et 4H+ réduit l'O2 en H2O *4 H+ sont pompés pour le gradient en utilisant l'énergie libérée de la ré-oxydation du cytochrome c 8H+ +4 cyt c+2 + O2 -> 4cyt c+3 +2H2O + 4H+ (ext)

Question 30

lien entre MPTP et la maladie de Parkinson

Answer 30

-dans le cerveau MPTP est transformé en MPP+, un inhibiteur du complexe 1 -cela peux être réversé en donnant du L-dopa

Question 31

Quels sont les autres noms pour l'ATP synthase?

Answer 31

FoF1 ATPase complexe V

Question 32

Est-ce que l'ATP synthase est en contact avec les complexes 1,2,3,4?

Answer 32

non, elle est couplée au transport des électrons, mais ne se touchent pas Puisqu'ils ne se touchent pas, l'énergie libre libérée par le transfert d'électrons doit être mise en réserve sous une forme utilisable pour l'ATP synthase. Cette conservation implique le gradient de protons

Question 33

C'est quoi le couplage énergétique/transduction d'énergie?

Answer 33

Puisque l'ATP synthase et le transport des électrons ne se touchent pas, l'énergie libre libérée par le transfert d'électrons doit être mise en réserve sous une forme utilisable pour l'ATP synthase. Cette conversion est appelée couplage énergétique et implique la chimiosmose

Question 34

Combien de protons sont nécessaires pour générer une molécule d'ATP par l'ATP synthase?

Answer 34

3 protons sont nécessaires pour la synthèse d'un ATP

Question 35

Comment est ce que les protons traversent la membrane interne pour faire fonctionner l'ATP synthase?

Answer 35

par diffusion facilitée

Question 36

Quelle est la structure de l'ATP synthase?

Answer 36

-située dans la membrane interne qui est en zigzag (permet plus de surfaces de contact) -contient au moins 16 protéines différentes dans deux régions, Fo et F1

Question 37

Quelles sont les deux fonctions de l'ATP synthase?

Answer 37

-pompe à protons -moteur moléculaire rotatif

Question 38

est ce que l'ATP synthase catalyse une réaction réversible?

Answer 38

oui, -elle peut synthétiser l'ATP en utilisant le gradient des protons traversant la membrane -elle peut hydrolyser l'ATP pour pomper des protons contre le gradient Lorsque le gradient est présent, elle fait juste la synthèse d'ATP

Question 39

De quoi est formé la région Fo et de quoi est-elle responsable ?

Answer 39

-transmembranaire 3 sous-unités hydrophobes: a,b,c -a possède deux demis-canaux à protons, un pour l'entrée et un pour la sortie -les 2 sous-unités b connectent a et δ Fo est responsable de la translocation des protons

Question 40

De quoi est formé la région F1 et de quoi est-elle responsable ?

Answer 40

-sur la face matricielle de la membrane mitochondriale interne forme sphérique constituée de 5 types de polypeptides: α, β, γ, δ, ε -γ et ε forment une tige centrale -6 sous-unités α, β qui sont disposées selon un anneau hexagonal et fixent les nucléotides. (seul β a une activité catalytique pour synthétiser de l'ATP) -δ est collé sur α, β -> 3 sites de liaison pour ADP+pi/ATP F1 catalyse la formation de la liaison pyrophosphate de l'ATP

Question 41

Par quoi les sous-unités Fo et F1 sont-ils connectés?

Answer 41

-la tige centrale γ et ε qui est lié à l'anneau formé par les sous-unités c -une colonne externe constituée de la sous-unité a, des deux sous-unités b et de la sous-unité δ

Question 42

Quelle expérience prouve que le gradient de protons n'est pas utilisé pour la synthèse d'ATP

Answer 42

Boyer réalise des études d'échange de 18O dans l'ATP synthase

Question 43

Quelle étape de l'ATP synthase nécessite un apport d'énergie?

Answer 43

C'est la libération de l'ATP (la formation d'ATP ne nécessite pas d'énergie, c'est le changement de conformation qui libère l'ATP qui en a besoin)

Question 44

Quels sont les conformations que peuvent avoir les sites catalytiques de l'ATP synthase?

Answer 44

les 3 sites catalytiques αβ sont dans une conformation différente: -ouverte -lâche -serrée Lorsque la force protomotrice active l'ATP synthase, ils passent d'un état à l'autre

Question 45

Quelles sont les 2 parties de l'ATP synthase qui permettent la catalyse rotationnelle?

Answer 45

rotor: -dodécamère c12 associé aux sous-unités γ et ε stator: -hexamère α3β3 et les sous-unités a, b et δ

Question 46

lien entre la synthèse d'ATP et les conformations des sites catalytiques

Answer 46

1. ADP + Pi se lie au site catalytique de faible affinité quand F1 est en conformation lâche 2. le passage des protons à travers l'ATP synthase induit des changements de conformation des trois sites. La conformation L, avec son ADP + Pi se transforme en conformation serrée où est produit l'ATP. En même temps, le site serré qui contient l'ATP passe en configuration ouverte et le site ouvert devient lâche 3. En même temps que l'ATP est synthétisé au site serré, l'ATP lié au site ouvert se dissocie

Question 47

Comment est ce que le modèle de Mitchell est confirmé par Racker et Stoeckenius?

Answer 47

-bactériorhodopsine, pompe à protons activée par la lumière -micelle -ATP synthase

Question 48

Quelle molécule inhibe l'ATP synthase?

Answer 48

oligomycine -elle bloque le canal à protons (fo) -la gradient de protons devient trop fort et l'énergie de l'oxydation du NADH/FADH2 est insuffisante pour pomper plus de protons contre le gradient -> la chaine de transport des électrons est stoppée

Question 49

Quel est le principal signal de régulation de la respiration cellulaire?

Answer 49

les besoins énergétiques en ATP

Question 50

De quoi dépend la production d'ATP?

Answer 50

-l'apport en NADH (ratio nadh/nad+ grand favorise production d'ATP) -l'apport en O2, ADP et Pi -activité physique au repos: ratio ATP/ADP élevé à l'effort: le ratio s'abaisse

Question 51

Quelles molécules sont connues pour découpler le processus de transfert d'électrons dans la synthèse d'ATP par découplage?

Answer 51

-DNP -FCCP -ce sont des composés acides faibles liposolubes qui traversent les membranes sous forme neutre ou protonée

Question 52

Comment fonctionne le déciuplage par DNP et FCCP?

Answer 52

-dans un gradient de pH, ils fixent les protons sur le côté cytosolique, diffusent dans la membrane et libèrent des protons du côté matriciel de la membrane, dissipant le gradient -les protons ne passent alors pas par l'ATP synthase, mais la chaine de transport des é continue de fonctionner -ce découplage produit de la chaleur

Question 53

Avant que le mécanisme de découplage ne soit identifié, on savait que DNP et FCCP accéléraient le métabolisme, pourquoI?

Answer 53

car le manque d'ATP devait être remplacé par d'autres sources d'énergie comme les lipides qui provoquait une perte de poids

Question 54

Quelles conséquences ont une pilulle de DNP comme pillule amaississante?

Answer 54

-diminution production ATP -chaleur (surchauffage des cellules)

Question 55

Pourquoi est ce que le découplage est important chez certaines espèces?

Answer 55

-les animaux en hibernation génèrent naturellement beaucoup de chaleur par découplage des phospharylations oxydatives -la membrane interne des mitochondries du tissu adipeux brun contient la thermogénine qui créer un canal à protons passif par lequel s'écoulent les protons vers la matrice pour générer de la chaleur

Question 56

Quel est l'effet Warburg?

Answer 56

-les cellules cancéreuses ont des taux glycolytiques qui sont jusqu'à 200 fois plus élevés qu'à l'origine (ils font plus de glycolyse (et ensuite acide lactique) qu'ils utilisent l'oxydation du pyruvate, même s'il ne sont pas en manque d'oxygène)

Question 57

Comment est ce que l'infarctus du myocarde affecte le cycle de la respiration cellulaire?

Answer 57

-il y a un manque d'oxygène au coeur et au cerveau (chaine de transport des électrons est impossible) -L'unique apport en ATP est la glycolyse, qui est insuffisante

Question 58

Comment est ce qu'on parvient à fourni les besoins essentiels en ATP?

Answer 58

-recyclage de l'ADP/ATP grâce à la chaine de transport des électrons et aux phosphorylations oxydatives (chaque ATP est recyclé 350 fois par jour)

Question 59

Est ce que le rendement en ATP est efficace?

Answer 59

quand même -62/66% de l'énergie provenant de l'oxydation du glucose est transformé en ATP -une partie de l'énergie non-capturée en ATP est convertie en chaleur (augmente le rendement)