La chaîne respiratoire mitochondriale(CRM)

et oxydations phosphorylantes

1ière année Pharmacie, 2012-2013Biochimie métabolique

Pr Bouhsain Sanae

Plan I-Définition

II- La CRM et oxydation phosphorylante:les substrats Les constituants

III- Le bilan de la CRM et de l’oxydation phosphorylante

IV- La régulation de la CRM

V- Les anomalies de la CRM

Conclusion

I– Définition

• CRM ou phosphorylation oxydative ou oxydation phosphorylante

• Processus qui couple la réoxydation des NADH,H+ et FADH2 à la synthèse d’ATP par phosphorylation de l’ADP

• Utilise un ensemble d’enzymes et de coenzymes d’oxydoréductions (groupements prosthétiques)

• Transfert des équivalents réducteurs jusqu’à l’accepteur final: l’oxygène moléculaire

• Localisation: membrane interne de la mitochondrie

II- La CRM 1- Les substrats

• Le FADH2: origine mitochondriale– Oxydation des acyl CoA (métabolisme des acides gras)– Oxydation succinate en fumarate (fait partie cycle de Krebs)

– Oxydation du glycérol3P en DHAP: navette Glycérol-phosphate

• Le NADH,H+: – origine mitochondriale:

• Cycle de Krebs, oxydation du Pyruvate, β oxydation AG

– origine cytosolique: • Ne peut traverser membrane mitochondriale• oxydation de divers substrats: PGA, lactate…• navette Malate-Aspartate

II- La CRM2- Les complexes de transport d’électrons

Les complexes de la CRM

Les complexes de la CRM2 ensembles fonctionnels

1- La chaîne d’oxydo-réduction: transport d’e-

• 4 éléments fixes: complexes I, II, III et IV • 2 éléments mobiles:

– Ubiquinone( coenzyme Q): nature lipidique– Cytochrome c: nature protéique

2- Le mécanisme de phosphorylation: formation ATP• Complexe V: ATP synthase

• Chaque complexe de la CRM est: – un système rédox: Forme réduite et forme oxydée– Capable de donner ou recevoir un nombre donné de H+ et d’e-

• Les systèmes rédox interviennent dans l’ordre croissant de leur potentiel rédox E°’– Des plus réducteurs vers les plus oxydants

Pompe à protons

(donc ∆G°’ >30.5KJ/mol)

La synthèse d’ATP est proportionnelle au gradient de protons

Théorie chimio-osmotique Mitchell (1961)• Complexes I, III et IV: pompes à protons vers

espace intermembranaire

• Création gradient électrochimique de protons de part et d’autre de la membrane mitochondriale interne:– Les protons éjectés dans l’espace intermembranaire

tendent à rentrer dans la matrice

• Membrane interne: imperméable

Théorie chimio-osmotique Mitchell( Prix NOBEL 1974)

• Flux de protons convertie en énergie chimique: ATP

• Utilisation du complexe V: ATP-synthase

• Complexe V: ATP- synthase

Transport de l’ATP vers l’espace inter-membranaire

• Échange ATP contre l’ADP: antipore

• Entrée dans la matrice d’un H+ et de l’ion phosphate: sympore

III- Bilan énergétique de la CRM

• Oxydation d’1 NADH,H+ génère un flux de 10 H+ – 4 pour Complexe I– 4 pour Complexe III – 2 pour Complexe IV

• L’oxydation d’1 FADH2 génère un flux 6 H+

• La formation d’1 ATP nécessite un flux de 3 protons

• Bilan: – 1 NADH,H+ génère 2,5 ATP: traditionnellement 3 ATP– 1 FADH2 génère 2 ATP

Bilan total glycolyse + cycle de Krebs

Bilan total de la respiration cellulaire aérobie

4- Régulation de la CRM

Régulateurs

• Concentration en 02: respiration –circulation

• Rapport ATP / ADP:– Faible: CRM stimulée– Élevé: CRM ralentie

• Rapport NAD+/NADH,H+:– Faible: CRM stimulée– Élevé: CRM ralentie

5- Anomalies de la CRM

Anomalies secondairesLes inhibiteurs de la CRM

Anomalies primaires: Cytopathies mitochondriales

• Déficits enzymatiques en complexe respiratoires:– Apparaît dès période néonatale– Maladies graves, souvent mortelles– Clinique: variable

• Muscle; intolerance à l’exercice, myolyse…..• Cerveau: épilepsie, démence….• Organes de sens: rétinopathies, surdité…..• Cœur: cardiomyopathie….• Rein: tubulopathie, glomérulopathie, insuffisance rénale• Foie: insuffisance hépatique, cirrhose

[Toutes les cellules de l’organisme dépendent de leur chaine respiratoire]

Conclusion

Récapitulatif du processus de transport des électrons et de la phosphorylation oxydative