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BIOENERGETIQUE

Dr. GHRAIRI Taoufik

Faculté de Médecince Ibn ElJazar

Département de Biochimie

Thermodynamique chimique

Oxydoréduction

Chaîne respiratoire mitochondriale

A.U: 2010-2011

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La bioénergétique, c’est quoi?

Catabolisme ATP R° nécessitant de l’énergie

aliments

La bioénergétique s’intéresse aux lois qui régissent la production, les échanges d’énergie à l’intérieur de la cellule et les réaction chimiques qui sont impliquées

Les êtres vivants utilisent d’énergies pour exécuter des travaux

Ces transferts d’énergies obéissent aux lois de la thermodynamique

3

4

Bref Historique!

La thermodynamique est une science qui naît à la fin du XVIIème siècle.

Denis Papin (1647-1714) physicien français, qui a imaginé l’ancêtre des machines à vapeur.

von helmholtz (1847) 1er principe

R. Clausius (1865) 2ème principe

J.Gibbs (1839-1903) enthalpie libre (G)

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A pour objet l’étude des échanges d’énergie qui

accompagnent les changements d’états d’un système.

Repose sur le concept de Système (ouvert, fermé ou isolé)

& Deux lois.

La thermodynamique :

I. INTRODUCTION GENERALE

Elle se préoccupe que de l’état initial et final du système.

Energie interne (U) : énergie thermique totale

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1ière Loi :

C’est le principe de la conservation de l’énergie

U=Q+W

U: énergie interne, exprimé en J

Q:chaleur échangée

w:travail effectué lors du changement (Chimique, électrique…)

L’énergie de l’univers est constante. Elle peut être transformée, transportée ; elle ne peut être ni détruite, ni créée.

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Enthalpie H: Energie interne d’un composé chimique déterminer

sous forme de chaleur à pression constante dans un

calorimètre.

A B H=HB-HA

Si H<0, le système cède de la chaleur au milieu extérieur

La réaction est exothermique

Si H>0, le système absorbe de la chaleur

La réaction est endothermique

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Enthalpie standard de formation

Enthalpiede liaison

glucose : Hf°=-1274 kJ.mol-1

2H + O H2O

6C +12H+ 6O C6H1206

H=-927 kJmol-1

Loi de Hess

L’enthalpie globale d’une réaction est la somme des enthalpies des réactions individuelles qui la composent.

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Définition de l’entropie:

- L’entropie «S» est considérée comme un reflet du

désordre d’un système.

- Toute réaction chimique tendant à diminuer l’ordre

dans une molécule est favorisée au plan énergétique

L’entropie du système et de son environnement augmente au cours d’une réaction spontané : S>0

2ème Loi :

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II. Notions d’énergie totale et d’énergie libre

Tout composé biochimique possède une énergie interne

A pression constante, cette énergie est appelée enthalpie H.

La fraction utilisable de cette énergie est appelé énergie libre (G)

G=H-T.S

II.1. Définition

(exprimée en calorie.mol-1 ou en joule.mol-1).

11

AB

On : G=GB- GA

Si G<0 (GB<GA), réaction exergonique et spontanée 

Si G>0 (GB>GA), réaction endergonique et non spontanée

Si G=0, la réaction est en équilibre

Donc G= H-T S

en Biochimie en s’intéresse au G

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II.2. Calcul de G

aA + bB cC + dD

[C]c [D]d

[A]a [B]bK= constante de la réaction :

G=G° + RT lnK

G= variation de l’enthalpie libre du système.

G°= variation de l’enthalpie libre standard.

R= constante des gaz parfaits, 1,987 cal/mol ou 8,314 J/mol

T= la température Kelvin (t°C + 273)

K= constante d’équilibre de la réaction

Relation de Gibs:

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II.3. Conditions standard et calcul de G°

Les conditions standard chimique :

La concentration de chaque réactant est égale à 1 M ou 1 mol/l

La température T est égale à 298°K

La concentration des protons est égale à 1 M soit un pH=0

Dans ces conditions K=1 et lnK=0

G=G°G=G° + RT .lnK

=0

A l’équilibre G=0 G=G° + RT .lnK

=0

G° = -RT .lnKe

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II.4. Conditions biologiques et calcul de G’ et G°’

En biologie, les réactions se déroulent à pH 7.

La variation d’enthalpie libre est notée G’

G’=G°’ + RT lnK

Les conditions standard biologiques sont: 

Concentration des réactants dissous =1 M Température : 25 °C ou 298 °K Concentration des protons =10-7 ou pH 7

G°’ dans les conditions standard :

G°’=-RT lnKe

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La phospohoglucoisomérase catalyse la réaction suivante :

Expemple:

Glucose-6-Phosphate Fructose-6-Phosphate

Ke=2

G°= -RT lnKe

= -8,314x298xln2=-1,7 kJ/mol

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II.5. Nature additives de la variation de G

Dans une cellule aucune réaction n’est isolée.

A B C D

Elle est impliquée dans une séquence de réaction

AB G’AB Pour chaque étape on peut écrire :

BCCD

G’BC

G’CD

La réaction globale est : AD G’AD

G’AD=G’AB+ G’BC+ G’CD

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Exp.: Enthalpie libre standard d’hydrolyse de l’ATP

ATP + H2O ADP + H3PO4

G’°?

ATP + Glucose Glucose-6-phosphate + ADP

Glucose-6-phosphate + H2O Glucose + H3PO4

Ke1=661 G’°1=-4 kcal/mol

Ke2=171 G’°2=-3,3 kcal/mol

G°’ATP=G°’1+ G°’2=-4+(-3,3)=-7,3 kcal/mol

La réaction d’hydrolyse de l’ATP est la somme des

deux réactions 1 et 2

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II.6. Enthalpie libre standard d’hydrolyse des liaisons phosphates riches en énergie

Le métabolisme cellulaire permet la formation ce liaison phosphate riche en énergie.

L’hydrolyse de ces liaisons libère de l’énergie qui peut être utilisée

R-OPO3 + H20 ROH + H3PO4 G°’ <0

II.6.1. Les phosphodérivés riches en énergie

E

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Phosphodérivés G°’ kcal/mol

Potentiel de transfert

Phosphoénolpyruvate (PEP)

Phosphoglycérolphosphate

Phosphocréatine

Acétylphosphate

Phosphoarginine

ATP

Glucose-1-P

Fructose-1-P

-14,8

-11,8

-10,3

-10,3

-7,7

-7,3

-5,0

-3,8

14,8

11,8

10,3

10,3

7,7

7,3

5,0

3,8

G’°<-7,3 kcal/mol

Phosphodérivés à haut potentiel de transfert

Exp :

PEP+ ADP pyruvate + ATP (enz. : pyruvate kinase)

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II.6.2. ATP : phosphodérivés essentiel

Energie du catabolisme Energie utilisable ds

le travail cellulaire et les biosynthèse

L’hydrolyse de l’ATP fournit de l’énergie à la cellule

L’ATP est présente dans toutes les cellules:10-4 à 10-3 M

7,3 kcal

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Rôle de l’ATP

• Donneur de phosphate (phosphorylation)

• Donneur de pyrophosphate (activation de B1)

• Donneur d’AMP (activation des AG ou AA)

• Donneur d’adénosine (synthèse de coenzyme B12)

• Donneur d’énergie

Energie mécanique

Energie osmotique

Energie chimique

Energie électrique

Energie calorique

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7. Principe du couplage des réactions

Les réactions cellulaires de biosynthèse et de catabolisme nécessitent un apport d’énergie (R° endergoniques).

Cette énergie peut être fournie par une R° exergonique.

A V +

B + W

Il suffit au moins que: E1 = E2

R° exerg.:

R° enderg.:

Valable pour des réactions simultanées et se déroulent en un même lieu de la cellule.

L’ATP peut être transportée d’un lieu à un autre

E1

E2

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PEP + H2O Pyruvate + Pi

ADP + Pi H2O + ATP

G’°=-50 kJ.mol-1

G’°=+30 kJ.mol-1

Exemple de couplage :

PEP + ADP Pyruvate + ATP G’°=-15 kJ.mol-1

Glucose + Pi Glucose-P + ADP G’°=+15 kJ.mol-1

ATP + H2O ADP + Pi G’°=-30 kJ.mol-1

Glucose + ATP Glucose-P + ADP G’°=-15 kJ.mol-1

pyruvate kinase

hexokinase

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Phosphocréatine+H2O Créatine + Pi G’°=-44 kJ.mol-1

ADP + Pi ATP + H2O G’°=+30 kJ.mol-1

Phosphocréatine + ADP Créatine + ATP G’°=-13 kJ.mol-1Créatine P-kinase

Phosphocréatine est très importante dans le muscle caridiaque

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Les différent types de couplages cellulaires

couplage chimio-chimique (couplage d'une réaction exergonique à une réaction endergonique).

coulage chimio-osmotique (couplage d'une réaction exergonique à un transport de matière défavorisé).

couplage osmo-chimique (couplage d'un transport spontané de matière à une réaction endergonique).

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RESUMÉ

Les transferts d’énergie dans les systèmes biologiques obéissent aux loi générales de la thermodynamique

- L’énergie n’est pas gratuite (1er principe),

- Les transformations spontanées induisent un gaspillage d’énergie vers des formes moins «nobles», notamment un échange sous forme de chaleur (2ème principe).

Il est bon d’insister sur la différence entre G et G°!

- G° est une constante pour une réaction chimique.

- la valeur de G dépend des concentrations respectives des réactants et c’est le signe de G qui dans des conditions déterminées indique le sens de la réaction

27

28

I. REACTION D’OXYDO-REDUCTION

I.1. Définition

Les réactions d’oxydo-réduction font intervenir des transferts d’électrons d’un composé à un autre.

• Oxydation: perte d’électrons

Cu2+ + 2é Cu

Bilan Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu

ox2 red2

(Zn2+/Zn) et (Cu2+/Cu) sont des couples redox (ou des demi-piles)

Zn Zn2+ + 2é red1 ox1

• Réduction : gain d’électrons

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I.2. Notion de potentiel redox

Les réactions rédox sont caractérisées par un potentiel d’oxydo-réduction (E).

Formule de Nerst: E=E°+ RT ln[oxy]/[red]

E°: potentiel standard[oxy]; [red]: concentrations des formes oxydées et réduitesn: nombre d’électrons échangésR: constante des gaz parfaits = 1,987 cal/mol ou 8,314 J/molT : température en °KF : 1 Faraday=23060 cal.V-1

Ainsi: pour Cu2+/Cu E=E°+RT/nF *ln([Cu2+]/[Cu])

Zn2+/Zn E=E°+RT/nF *ln([Zn2+]/[Zn])

nF

Fumarate succinate

Exp. de R° de réduction:

Il mesure la tendance à céder des é (le pouvoir réducteur)

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Le potentiel d’oxydo-réduction est mesuré par rapport à un couple de référence: l’électrode à hydrogène.

H+ + é ½H2 E°=0 par définition

Ainsi : Cu2+ + 2é Cu E°= +0,35

Zn2+ + 2é Zn E°= -0,75

E°<0 la substance a une affinité faible pour les électrons

E°>0 la substance a une affinité élevée pour les électrons

D’où pour le système E°=E°Cu- E°Zn=0,35+0,75=1,1v

Si E°>0: réactions d’oxydo-red. possible spontanément

Si E°<0: réactions d’oxydo-red. non possible nécessitent de l’énergie

oxydant réducteur

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I. 3. Mesure du potentiel redox

Solution de sulfate de Zinc (Zn2+ + SO4

2-)

Pont salin

Lame de ZnLame de CuIons SO4

2-

Sens du courant

Sens de passage des électrons

Solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO4

2-)

Les cellules électrochimiques (pile Daniel):

E° sont définis par rapport au potentiel d’une électrode à hydrogène E°=0 (H+/H) .

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I.4. Conditions standard : calcul de E°

E° d’un couple dépend de la concentration des formes réduite et oxydée, de la température et du pH

Pour cette raison on défini les conditions standard suivante:

Température: 25 °C ou 298 °K

Concentration de chacun des réactant dissous = à 1 M

Concentration des protons égale à 1 M (pH 0) Dans ces conditions ln[oxy]/[red]=0

Formule en déduit que E=E°

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I.5. Conditions standard biologiques : calcul de E’ et E°’

Ds les tissus biologiques le pH est 7. Le potentiel est défini à pH 7.

Il est noté E’.

Les conditions biologiques standard sont:

Température: 25 °C ou 298 °K

Concentration de chacun des réactant dissous = à 1 M

Concentration des protons égale à 10-7 M (pH 7)

Avec le même raisonnement on définit le potentiel redox standard noté E°’.

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I.6. Variation d’énergie libre dans les réactions redox

On sait que : - Seules les R° rédox dont E>0 sont spontanées

- Seules les R° dont G<0 sont spontanées

Ainsi ds une R° d’oxydo-réduction spontanée, E>0 et G<0

La relation ente les deux paramètre est:

G=-nF E

n: nombre d’électrons échangés entre le réducteur et l’oxydant

F: Constante de Faraday

E= variation du potentiel en volt

=différence entre le potentiel de l’accepteur et le potentiel du donneur d’électrons

Ds les condition standard chimiques: G°=-nF E° à pH 0

biologiques: G°’=-nF E°’ à pH 7

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I.7. Potentiels standard d’oxydoréduction de quelques couples

Couples Redox et R° de dissociation E°’

Acétate + 2H+ + 2é acétaldéhyde2H+ + 2é H2

Cétoglutarate + CO2 +2H+ +2é isocitrate

NAD+ + 2H+ +2é NADH,H+

NADP+ + 2H+ +2é NADPH,H+

Acétaldéhyde + 2H+ + 2é éthanolPyruvate + 2H+ +2é lactate

Fumarate +2H+ +2é succinateUbiquinone + 2H+ +2é ubiquinol

2Cyt b6 ox +2é 2 Cyt b6 red

2Cyt C ox +2é 2 Cyt C red

2Cyt f ox+2é 2 Cyt f red

2Cyt a3 ox +2é 2 Cyt a3 red

½ O2+ 2H+ +2é H20

-0,58-0,421-0,38-0,32-0,32

-0,197-0,185-0,03+0,1-0,06

+0,254+0,365+0,385+0,815

Les deux couples NADH,H+/NAD+ et NADPH,H+/NADP+ occupent une position intermédiaire.

Ils sont accepteurs ou donneurs d’é dans les R° biochimiques

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II. NADH, H+ et FADH2/FAD : deux couples redox, accepteurs d’électrons impliqués dans la production d’ATP

Nicotinamide Adénine Dinucléotide

(NAD)Flavine adénine dinucléotide (FAD)

NADH,H+/NAD+ et FADH2/FAD sont impliqués ds les R° redox du catabolisme catalysées par les Déshyrogénases.

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Nicotinamide Adénine Dinucléotide (NAD)

E°’=-0,32 v

E°’=-0,22 v

Flavine adénine dinucléotide (FAD)

Ainsi le NAD est le coenzyme le plus réducteur, ensuite vient le FAD.

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Ubiquinol/Ubiquinone ou coenzymeQ/coenzymeQH2

E°’=0,04

• Coenzyme Q est un transporteur d’hydrogène liposoluble

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les Cytochromes

• Chromoprotéines ayant un groupement prosthétique

• Au niveau de l’hème, l’atome de fer oscille entre les états Fe2+ (ferreux) et Fe3+ (ferrique)

2Fe3+ + 2é 2Fe2+

HC

CH2

CH3

CH

N

N

H3CN

CH3

CH2

CH3

CHN

HC

CH2 COOH

CH2

CH2CH2 H2C

HOOC

CH2

Fe++

• exemple : cytochrome b: E°’=0,04 v

cytochrome c: E°’=0,26 v

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- G’ du transfert des é jusqu’à l’oxygène

Les électrons de NADH, H+ et de FADH2 sont transportés à travers la CR jusqu’à l’oxygène.

NADH, H+ +½O2 NAD+ +H2O

FADH2 + H+ +½O2 FAD + H2O

E°’=1,135 v

E°’=0,88 v

NADH, H+, FADH2 sont donc des cofacteurs réduits riches en énergie

G°’=-52,4 kcal

G°’=-40,7 kcal

3 ATP

2 ATP

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RESUMÉ

R° d’oxydoréduction Réaction mettant en jeu l’échange des électrons entre deux couples Redox Oxydation : perte d’électrons :H22H+ + 2é

Réduction : gain d’électrons : ½O2 + 2é O2-

Total : H2 + ½O2 H2O

Potentiel standard biologique

E°’ E°<0la substance a une affinité faible pour les éE°>0la substance a une affinité élevée pour les é

Différence de potentiel E E=E(accepteur)-E(donneur)

Travail de transport d’électrons

Equation de Nerst E=E°+RT*log([ox]/[red])/nFE°: potentiel standardn: nombre d’électrons échangésR: constante des gaz parfaits=8,314 J/molT : température en °KF : constante de Faraday=96500 coulombs

Relation entre G° et E° G°=-E°.n.F

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BIOENERGETIQUE

Dr. GHRAIRI Taoufik

Faculté de Médecince Ibn ElJazar

Département de Biochimie

Chaîne respiratoire

A.U: 2008-2009

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Rappel- Plusieurs réactions d’oxydo-réduction dans la cellules.

½O2 +2H+ +2é H2O

NAD+ + 2H+ + 2é NADH, H+

E°’=+0,82 v

E°’=-0,32 v

G°’=-52,4 kcal

E°’= E°’accept- E°’donneu=0,82-(-0,32)=+1,14 v

NADH, H+ +½O2 NAD+ +H2O

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- NADH, H+ et FADH2 sont accepteurs d’électrons impliqués dans la production d’ATP

Nicotinamide Adénine Dinucléotide

(NAD)

Flavine adénine dinucléotide (FAD)

- L’ATP est phosphodérivés essentiel mais…!

- L’hydrolyse de ces liaisons libère de l’énergie utilisable

45

46

1. INTRODUCTION

L’ATP est la seule source universelle d’ATP pour la cellule

3 modalités de formation d’ATP dans la cellule:

2. Phosphorylation au niveau du substrat

3. Phosphorylation Oxydative

PEP + ADP pyruvate + ATP

1. Phosphorylation photosynthétique

Glucose 6CO2+2ATP+2GTP +10 NADH,H+ + 2FADH2

Ré-oxydation dans la mitochondrie

Transfert d’é jusqu’à l’Oxygène

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2. LOCALISATION

La respiration cellulaire se déroule dans la mitochondrie

Aspect morphologique:

•2 mb séparées par un espace intermembranaire

•Mb externe uniforme, continu et semi-perméable

•mb interne forme des crêtes et imperméable aux ions

• un espace intermembranaire

•Un milieu intérieur, appelé matrice

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3. Transport d'électrons

3.1. Principe

Le transport ne peut se faire que dans le sens des potentiels croissants.

Dans la CR les é se déplacent du NADH (E°’=-O,32 V) vers l’oxygène (E°’=+0, 816 V)

49

Pourquoi une chaîne de transport d’e-?

NADH / FADH2: donneurs d’e- (E°<0)

Oxygène : accepteur d’e- (E°>0)

Explosion et dissipation sous forme de chaleur.

A partir du NADH, les e- passent d’un complexe à l’autre en perdant peu à peu leur énergie.

G énorme

50

3.2. Chaine de transport des électrons

Elle sert à fractionner l’énergie des électrons qui vont

passer du NADH,H+ à l’O2 via des transporteurs.

• Flavines• Complexes Fe-S• Quinones• Hèmes

Ils se trouvent liés à des protéines, à l’exception des quinones

(On les considères comme des groupes prosthétiques d’enzymes)

Les transporteurs sont :

51

FAD et FMN

le FAD est un dinucléotide construit sur l'adénosine

52

Ubiquinone et ubiquinol

Un composé terpénique (lipide) très soluble dans les lipides et pouvant facilement diffuser dans le plan de la bicouche

53

Les protéines à centre fer-soufre

Appelées protéines à fer non-hémique

On connaît des protéines à centre mononucléaire (FeS), à centre binucléaire (2Fe2S)

54

Hemes et cytochromes

- Les groupements hèmes (a, a3, b, c, c1) varient par la nature des chaînes carbonées attachés au noyau porphyrine.

55

1. Introduction-Définition 2. Localisation3. Transport d'électrons4. Séquence du transport d’électrons dans la membrane mitochondriale

4.1. Complexe I-NADH, H+-CoQ réductase 4.2. Complexe II-Succinate-CoQH2 réductase4.3. Complexe III-CoQH2- Cythochrome réductase4.4. Complexe IV-Cytochrome réductase4.5. Organisation du transport des électrons dans la CR

5. Création de gradient de densité de protons et synthèse de l’ATP5.1. Gradient de densité de protons5.1. Mécanisme de formation de l’ATP

6. Inhibiteurs du complexe ATP synthétase6.1. Oigomycine6.2. Les découplants

7. Déficiences héritées liées à la phosphorylation oxydative

Partie III- Chaîne respiratoire et Phosphorylation oxydative

56

4. Séquence du transport d’électrons dans la membrane mitochondriale

4 complexes multienzymatiques de transporteurs d’é:

Complexe I: NADH, H+-CoQ Réductase

Complexe II: Succinate-CoQ Réductase

Complexe III: CoQH2-Cytochrome c Réductase

Complexe IV: Cytochrome c Oxydase

Un 5ème complexe, ATP synthase responsable de la phosphorylation de l’ADP en ATP

L’ATP translocase permet le transport de l’ATP synthétisé vers l’eIM en échange d’un ADP (antiport ATP-ADP )

57

4.1. Complexe I- NADH, H+-CoQ réductase

Est un énorme assemblage protéique (750 kD, 26 s/unités)

Il catalyse l’oxydation du NADH et la réduction du coQ (Ubiquinone)

NADH, H+ déshydrogénase à FMN est l’enzyme principal du complexe

G°’=-73 kJ

58

4.2. Complexe II- Succinate-CoQ réductase

La succinate DHase est l’enzyme du complexe

Assemblage de 200 kD, 8 s/unités

Cette R° à un G insuffisant pour former de l’ATP

G°’=-2,9 kJ

Il fait partie du cycle de Krebs

59

4.3. Complexe III: CoQH2-Cytochrome c Réductase

constitué de 2 cyt b , 1 cyt C1 et d’une protéine Fe-S, en plus de l’enzyeme : coenzyme Q-cytochrome oxyréductase

L’énergie libérée est utilisée pour pomper des protons depuis la matrice vers l’espace inter-mb. (3 H+)

250 kD, 11 /unités

G°’=-39 kJ

60

4.4. Complexe IV: Cytochrome c oxydase

Enzyme : cytochrome oxydase

L’énergie libérée est utilisé par l’enzyme pour pomper des protons depuis la matrice vers l’espace inter-mb. (4 H+)

Renferme un cyt a et 2 cyt a3 (associé à 2 atomes de cu)

G°’=-106 kJ

61

4.5. Organisation du transport des électrons dans la CR

• 3 complexes enzymatiques:Complexe I: NADH déshydrogénaseComplexe III: CoQH2-cytochrome c réductaseComplexe IV: cytochrome oxydase

•2 transporteurs d’électrons (mobiles)Coenzyme Q = UbiquinoneCytochrome c

NADH, H+

FADH2

62

La circulation d’électrons entraîne une variation de potentiel E°’ ainsi qu’ une variation d’énergie libre G°’

NADH, H+ + ½02 NAD+ + H2O

FADH2 + ½02 FAD + H2O

E°’=1,135V

et G°’=-52,4 kcal

E°’=0,88V

et G°’=-40,7 kcal

1 molécule de NADH oxydée 3 molécules d’

1 molécule de FADH2 oxydée 2 molécules d’

ATP

ATP

63

5. Création de gradient de densité de protons et synthèse de l’ATP

5.1. Gradient de densité de protons

Les complexes I, III et IV pompe des H+

Il se forme un gradient électrochimique 2 composantes : - potentiel transmembranaire (-60 mv)

- gradient chimique

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5.2. Mécanisme de formation de l’ATP (Théorie de Mitchell)

La Théorie de Mitchell:

Il s’agit du couplage entre la phosphorylation et l’oxydation par l’intermédire d’un gradient de protons

- Le flux d’électrons est un processus exergonique

NADH, H+ +½O2 NAD+ +H2O G°’=-52,4 kcal

- La phosphorylation est un processus enderognique

ADP + Pi H2O + ATP G’°=+7,3 kcal

65

Lorsque la CR fonctionne le gradient de protons se forme

Les H+ situés dans l’espace intermembranaire traverser la membrane interne au niveau du « tunnel à H+ » de l ’ATPase.

pH 7,6

pH 6,2

[H+]eim> [H+]mat (X25 fois)

66

- Composition et structure de l’ATP synthétase

Elle est composée de 2 grandes parties : F0 et F1

Elle pompe les H+ de l’espace intermembranaire vers la matrice

3H+ contre une molécule d'ATP synthètisé

67

La dissipation du gradient électrochimique, au travers la membrane, génère de l’énergie libre qui est utilisé pour la formation de l’ATP par l’ATPase

En resumé

68

- Contrôle de la phosphorylation oxydative

Au repos: [ATP]>[ADP]

Lors d’un effort: [ATP] (-50%) et [ADP] (10 à 100X)

[ADP]cyt [ADP]mit Activat° de l’ATPase

Phosphorylat° de l’ADP(Gradient H+)

Pompage de H+ R° redox couplées à ce pompage

Accélération de l’oxydation des substrats et consommation O2

La teneur en ADP assure le contrôle de la Posporylation oxydative

69

5.4. Transport de molécules à travers la membrane interne

- Système ADP/ATP translocase

L'entrée d'ADP dans la matrice est couplée à la sortie d'ATP (antiport)

70

6. Inhibiteurs de la phosphorylation oxydative

Les inhibiteurs du transport d’électrons

• Exemples: Antymicine A, Cyanure, Amytal

Il n’y a pas de création de force protonmotrice, donc pas d’ATP

L’inhibition se fait au niveau de F0,

Dissipent le gradient de protons sans perturber le transport d’é.

Les inhibiteurs de la phosphorylation oxydative

• Exemples: Oligomycine

Les découplants

• Exemples:2,4 dinitophénol (DNP), Hormones thyroïdiennes, arséniate (ArO3

2-), AG non estérifiés

71

T

6.1. Oligomycine

L’oligomycine est un antibiotique, elle se fixe sur le canal protonique de F0 et le bloque

Oligomycine

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T

6.2. le 2,4 dinitophénol (DNP)

Le DNP est dissous ds les lipides de la mb interne qu’il rend perméable aux protons.

2,4 DNP H+

Les découplants sont des activateurs de la respiration et des oxydation cellulaires

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Arséniate (ArO32-)

Ce découplant est un analogue structural de l’ion phosphate (substrat de l’ATPase)

Il entre en compétition avec le Pi pour la R° de phosphorylation de l’ADP

Arséniate

Formation d’ADP arsénylé, qui s’hydrolyse immédiatement en libérant de l’énergie sous forme de la chaleur

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• Complexe I: Roténone, Barbituriques

• Complexe II: Malonate

• Complexe III: Antymicine A, Myxothiazol

• Complexe IV: Cyanure, Oxyde de carbone, azide de sodium

• Complexe F0-F1: Oligomycine

• ATP translocase : Atractylate

Resumé des inhiniteurs de la CR

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7. Déficiences héritées liées à la phosphorylation oxydative

L’ADN mitochondrial• Dans la matrice• Circulaire• Deux brins• Taille:

16,5 kilobases chez l’homme78,5 kilobases chez la levure

• Pas d’introns chez l’homme• Hérédité maternelle

La mitochondrie contient environ 100 protéines.

13 protéines, engagées ds la CRM sont synthétisées ds la mitochondrie à partir de l’ADNmit

Les cellules contiennent 100 à +1000 de mitochondries

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7. Déficiences héritées liées à la phosphorylation oxydative

Les défaut observées ds la POx sont dus aux mutations de l’ADNmit.

Ces défauts affectent essentiellement les tissus grands consommateurs d’ATP

Expemple:

•Neuropathie optique de Leber (perte bilatéral de la vision central par manque de production d’ATP): mutation du gène codant pour la NADH déshydrogénase

•Syndrome de Kearns-Sayre: mutations ponctuelles touchant les gènes codant pour l’ATPase (atteinte des muscles)

Ces pathologies sont généralement à hérédité maternelle

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Merci

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- Contrôle de la phosphorylation oxydative : régulation par l’ADP

Au repos: [ATP]>[ADP] ds cytoplasme et mitochondrie

Lors d’un effort: [ATP] diminue (-50%) et [ADP] augmente considérablement (10 à 100X)

l’augmentation de la [ADP]cyt active les Protéines de transport de l’ADP L’ADP entre ds la matrice de la mitochondrie

L’aug. [ADP]mit active l’ATPase qui phosphoryle aussitôt cet ADP

Diminution du gradient de protons autour de la mb. interne

Facilitation du pompage de H+ par les comp. I, III et IV

Facilitation des R° redox couplées à ce pompage

Accélération de l’oxydation des substrats(NADH et Succinate) et de la consommation de l’oxygène