chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
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CHAINE RESPIRATOIRE ET PHOSPHORYLATION OXYDATIVE. PLAN. I/Introduction II/ Vue générale de la chaine de transport mitochondriale 1/ Origine des H2 et O2 nécessaires à la chaine 2/ Localisation des coenzymes réduits - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
CHAINE RESPIRATOIRE ET PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
PLAN
I/IntroductionII/ Vue générale de la chaine de transport
mitochondriale 1/ Origine des H2 et O2 nécessaires à la
chaine 2/ Localisation des coenzymes réduits 3/ Eléments de la chaine d’oxydoréduction
mitochondriale
PLAN
III/ Les quatre complexe transporteurs de GREENIV/ Bilan énergétique de la CRMV/ Complexe VVI/ Couplage entre la chaine de transport des é
et l’ATP synthase: théorie chimiosmotiqueVII/ Régulation de la CRM
INTRODUCTION
- L’énergie emmagasinée dans les glucides, les lipides et les protéines doit être convertie en ATP (énergie rapidement utilisable) qui est produit dans les mitochondries à partir de la CRM et la phosphorylation oxydative
VUE GENERALE SUR LA CRM- Les é provenant de différentes réactions
intracellulaires sont pris en charge- Parcourent une suite d’étapes redox en direction
de l’O2 pour le réduire finalement en H2O- Abandonnent leur énergie pour constituer un
gradient de protons à travers la membrane interne de la mitochondrie
- Ce gradient permet la production d’ATP à partir d’ADP et de Pi
VUE GENERALE SUR LA CRM
VUE GENERALE SUR LA CRM
- Localisée dans la membrane interne des mitochondries où se trouvent les transporteurs d’é
- Produit de l’ATP et de l’eau grâce à un processus constitué de 2 sous ensembles distincts:
La respiration cellulaire La phosphorylation de l’ADP en ATP
VUE GENERALE SUR LA CRM
1/ Origine des H2 etO2 nécessaires à la chaine:- H2: provient des NADH,H+ et FADH2 (substrats de la
CRM)- O2 moléculaire: provient de la respiration, la
circulation sanguine et la diffusion dans les tissus 2/ Localisation des coenzymes réduits:- FADH2: mitochondries- NADH, H+:mitochondries et cytosol (nécessité de
navettes pour traverser la membrane mitochondriale)
VUE GENERALE SUR LA CRM
3/ Eléments de la chaine respiratoire:- Le transport des é est progressif et utilise une
série de systèmes redox au sein de complexes protéiques fixes et d’éléments mobiles
Quatre complexes de GREEN ( de I à IV): fixes, multi protéiques et transmembranaires
Deux transporteurs mobiles (ubiquinone et cytochrome C) qui assurent la continuité de la chaine en reliant les éléments fixes.
VUE GENERALE SUR LA CRM
- Le transport d’é du complexe I au complexe IV est séquentiel:
I – UQ – III – cyt – IV OU II – UQ – III – cyt - IV
LES QUATRE COMPLEXES TRANSPORTEURS DE GREEN
1/ Complexe I: NADH – coenzyme Q oxydoréductase:- Catalyse le transfert de l’hydrogène du NADH, H+ vers
l’ubiquinone.- Contient la FMN et des protéines fer-soufre - L’entrée du NADH, H+ dans la chaine se fait au niveau du
complexe I- Le substrat du complexe I est le NADH, H+ (E° = - 0,32 V) et l’accepteur de H+ et é est le coenzyme Q (E° =
0,06 V)NADH, H+ + UQ NAD+ + UQH2 Ubiquinone Ubiquinol
LES QUATRE COMPLEXES TRANSPORTEURS DE GREEN
- L’ubiquinol formé est très mobile dans la membrane et migre vers le complexe III
- Cette réaction d’oxydoréduction est exergonique et libère suffisamment d’énergie pour déplacer des protons de la matrice vers l’espace intermembranaire: le complexe I est donc un site de pompage de H+
LES QUATRE COMPLEXES TRANSPORTEURS DE GREEN
2/ Complexe II: succinate – coenzyme Q oxydoréductase- Contient des protéines fer-soufre et du cytochrome b- L’entrée du FADH2 se fait au niveau du complexe II- Substrats du complexe II: FADH2 et succinate,l’accepteur de H+ et é est le coenzyme Q - Le complexe II: Oxyde le succinate en fumarate et réoxyde le FADH2 (la
réaction a un E° = 0,03 V) Réduit le Co Q en QH2 (E° = 0,06 V)- L’ubiquinol formé migre vers le complexe III
LES QUATRE COMPLEXES TRANSPORTEURS DE GREEN
- La réaction ne libère pas suffisamment d’énergie pour qu’il y ait un pompage de H+
- En conséquence moins d’ATP est formé par l’oxydation du FADH2 que par le NADH,H+
- Deux autres enzymes à FAD constituent des variantes du complexe II:
La glycérol 3P déshydrogénase L’acyl CoA déshydrogénase (β oxydation)
LES QUATRE COMPLEXES TRANSPORTEURS DE GREEN
3/ Complexe III: coenzyme Q – cytochrome C oxydoréductase- Un cytochrome est une protéine héminique (Fer),
assure le transport des e- entre les complexes III et IV
- Le rôle du complexe III est le transfert des e- de QH2 au cytochrome C et en même temps pomper les H+ à travers la membrane mitochondriale interne.
LES QUATRE COMPLEXES TRANSPORTEURS DE GREEN
- La cytochrome C oxydoréductase contient 2 types de cytochrome : b et c1 ainsi qu’une protéine Fe-S.
UQH2 + 2 cyt C fe+++ UQ + 2 cyt C fe++ - Site de pompage de H+ car la réaction est
exergonique
LES QUATRE COMPLEXES TRANSPORTEURS DE GREEN
4/ Complexe IV: cytochrome C oxydase- Dernière enzyme de la CRM- Contient deux noyaux hèmes a et a3 , chacun d’entre
eux étant associé à un atome de cuivre- Les é qui sont le substrat de l’enzyme sont apportés
par le cytochrome C de l’espace intermembranaire et transférés par l’enzyme vers l’oxygène de la respiration qui diffuse des vaisseaux vers la matrice
- Réaction exergonique: c’est donc un site de pompage de H+
OXYDATION BIOLOGIQUE ET CRM
BILAN ENERGETIQUE DE LA CRM
NADH + H+ + ½ O2 H2O + NAD+ ΔG° = - 220 KJ/ mole (- 52,6 Kcal/mole)
ADP + Pi + H+ ATP + H2O ΔG° = + 30,5 KJ/ mole (+ 7,3 Kcal/mole)La synthèse d’ATP est proportionnelle au
gradient de protons Trois sites de production d’ATP car la variation
d’énergie est suffisante: complexe I, III et IV
QUELQUES EXEMPLES DE POTENTIELS REDOX DANS LES SYSTEMES D’OXYDATION
SYSTEME E° (VOLTS)
NAD+/NADH H+ - 0,32
Fumarate/Succinate + 0,03
Cytochrome b Fe+++/Fe++ + 0,08
Ubiquinone oxydée/réduite + 0,10
Cytochrome c1 Fe+++/Fe++ + 0,22
Cytochrome a Fe+++/Fe++ + 0,29
Oxygène/eau + 0,82
COMPLEXE V: ATP SYNTHASE
- Constitué de 2 éléments: S/U F1 (corpuscule de GREEN): située du côté
de la matrice et constituée de plusieurs S/U polypeptidiques différentes qui produisent l’ATP dans la mitochondrie
S/U F0 transmembranaire: canal constitué de 4 chaines polypeptidiques différentes, à travers lequel les protons regagnent la matrice (canal protonique)
COMPLEXE V: ATP SYNTHASE
- L’ATP synthase pompe les protons de l’espace intermembranaire vers la matrice
- Parallèlement, elle récupère l’énergie que les autres enzymes de la CRM utilisent pour accumuler les protons dans l’espace intermembranaire.
- Cette énergie est couplée à la phosphorylation de l’ADP par un Pi en présence de Mg++
- L’ATP translocase et la porine sont des protéines qui permettent au coenzyme ATP/ADP de traverser la membrane mitochondriale
THEORIE CHIMIOSMOTIQUE • La synthèse d’ATP dans la chaine respiratoire
mitochondriale : - Ne se fait pas directement lors des étapes d’oxydation - Est liée au transport des H+ de la matrice vers l’espace
intermembranaire• L’arrivée des H+ dans l’espace intermembranaire entraine : - Une baisse du pH de l’espace intermembranaire / matrice - Une accumulation de charges + sur la face externe de la
membrane et de charges - dans la matrice (différence de potentiel membranaire)
THEORIE CHIMIOSMOTIQUE
• Le pompage des H+ dans l’espace intermembranaire entraine un retour dans la matrice
- A travers le canal protonique F0 du complexe V (car la membrane interne est imperméable aux H+)
- Le flux de H+ fait alors tourner F1 du complexe V: synthèse d’ATP
THEORIE CHIMIOSMOTIQUE
REGULATION DE LA CRMLe contrôle de la CRM dépend de la disponibilité
de l’ADP- A l’état basal ATP>>> ADP- Si l’ADP augmente, la vitesse de la CRM augmente
très rapidement et de façon très intense Contrôle respiratoire: - Une inhibition du transfert d’é à l’O2 bloque la
synthèse d’ATP- Réciproquement, une inhibition de l’ATP synthase
bloque le transfert des électrons
REGULATION DE LA CRM
Découplage: Normalement la chaine respiratoire et la
phosphorylation oxydative sont associées. Mais le gradient de protons formé peut être dégradé sans que les protons traversent l’ATP synthase: il n’y aura pas d’ATP produit mais seulement de la chaleur