Biologie - Métabolisme de la cellule humaine mitochondries,le bon PDF

Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page1  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page2 ➔ La production d'énergie se déroule dans le cytosol, et utilise l’énergie dérivée de l'oxydation du glucose pour former de l'ATP. ➔ Ces réactions intracytosoliques peuven...

Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page1  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page2 ➔ La production d'énergie se déroule dans le cytosol, et utilise l’énergie dérivée de l'oxydation du glucose pour former de l'ATP. ➔ Ces réactions intracytosoliques peuvent se derouler en conditions anaérobies, mais leur rendement en ATP est relativement faible. ➔ Une autre alternative plus efficace existe dans les cellules eucaryotes: la mitochondrie. ➔ Cet organite permet une production d'ATP 15 fois plus efficace que la glycolyse seule, mais les processus mitochondriaux nécessitent des conditions aérobies.  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page3 Rajout : mitochondrie constituée de : ►membrane interne, ►membrane externe, ►espace intermembranaire ►matrice mitochondriale Les protéines spécifiques de la membrane mitochondriale interne sont enzymes d'oxydation des acides gras transférases : catalysent le transfert de groupes fonctionnels d'une molécule donneur à un autre accepteur ATPsynthase : sur la face de la matrice transmembranaire 15% des protéines totales produit de l'ATP convertit le gradient électrochimique des protons (H+) en l'énergie stockée dans des liaisons chimiques (ATP) protéines de transport des électrons  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page4 Rajout par moi : La fonction principale de la mitochondrie est de produire de l'ATP (=réserve d'énergie qui en se dégradant va fournir de l'énergie pour assurer des réactions enzymatiques) L'ATP est produite grâce à la dégradation des glucides(pain,pates,...), des lipides(huile,beurre,fromages,....) (acides gras) et des protéines (viandes,oeufs,...)(acides aminés) 1) L'oxydation du glucose Dans l'organisme, tous les glucides finissent par être transformés en glucose le glucose pénètre dans les cellules des tissus (par diffusion facilitée : vu dans la leçon précédente) dans le cytosol (cytoplasme) la voie de la glycolyse (ou glycolyse) dégrade le glucose en pyruvate  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page5 Rajout : glycolyse Bilan : pour une molécule de glucose : ✗ 2 molécules de pyruvate ✗ 2 NaDH +2H+ ✗ un gain net de 2 molécules d'ATP (4 produites – 2 consommées)  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page6 Rajout par moi : L'avenir du pyruvate dépend de la disponibilité du dioxygène (O2) au moment où le pyruvate est produit : A) Lorsque l'O2 est présent en quantité B) Lorsque l'O2 est en quantité suffisante au moment où le pyruvate est produit insuffisante au moment où le pyruvate est produit (par ex, au cours d'une activité physique) Le pyruvate suit les voies aérobies : cycle Le pyruvate ne pénètre pas dans la de Krebs et chaîne de transport des électrons dans les mitochondrie mitochondries : il subira un processus de fermentation au cours duquel il sera réduit en acide lactique le pyruvate est complètement oxydé en H2O et CO2 une partie de l'acide lactique sort de la cellule par diffusion et est transportée au foie pour y être traité  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page7 Rajout par moi : lorsque l'O2 est présent en quantité suffisante Le pyruvate est transporté dans la matrice mitochondriale il est converti en acétyl CoA par un processus qui se déroule en 3 étapes : 1) décarboxylation un atome de C du pyruvate et libéré sous forme de CO2 le CO2 passe des cellules dans le sang par diffusion 2)oxydation : l'autre fragment à 2 atomes carbone (acide acétique) est oxydé par retrait d'atomes d'hydrogène ; les atomes d'hydrogène sont captés par le NaD+ 3) formation de l'acétyl Coa la combinaison de l'acide acétique avec le coenzyme A donne le produit final de la réaction : l'acétyl coenzyme A (ou acétyl CoA) Bilan de la formation à partir de 2 molécules de pyruvate : ✗ 2 molécules de coenzymes : 2NaDH ✗ 2 molécules de CO2 ✗ 2 molécules d'acétyl CoA  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page8 Rajout : L'acétyl CoA est alors prêt à entrer dans le cycle de Krebs et à être entièrement dégradé par les enzymes mitochondriales Cycle de Krebs l'acétyl CoA est combiné à l'oxaloacétate produisant ainsi un citrate : 1er substrat du cycle ; c'est pourquoi les biochimistes préfèrent appeler le cycle de Krebs « cycle de l'acide citrique » Bilan du cycle : ✗ pour chaque molécule d'acétyl CoA, il apparaît : ✗ 2 molécules de CO2, 3 molécules de NaDH+H+ ; 1 molécule de FaDH2 et 1 molécule d'ATP ✗ Donc pour 2 molécules d'acétyl CoA, il apparaît : ➔ 4 (2*2)molécules de CO2, ➔ 6 (2*3) molécules de NaDH, H+ et ➔ 2(2*1) molécules de FaDH2 ➔ et 2 (2*1) molécules d'ATP  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,page8 Rajout : on est au niveau de la membrane interne de la mitochondrie Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,9 Rajout : la chaîne de transport des électrons crée un gradient chimique de protons(H+) de part et d'autrede la membrane mitochondriale interne avec les électrons riches en énergie qui ont été libérés des nutriments explications en détail :  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,10 Rajout : Chaque molécule de NaDH génère 2,5 molécules d'ATP Chaque molécule de FaDH2 :il y a formation de 1,5 molécules d'ATP BILAN : Nombre de molécules d'ATP 6 molécules de NaDH produits par 6*2,5=13 le cycle de Krebs 2 molécules de FaDH2 produits par 2*1,5= 3 le cycle de Krebs 2 molécules de NaDH produites 2*2,5 =5 pendant l'oxydation du pyruvate 2 molécules de NaDH lors de la Soit 2*1,5= 3 ou glycolyse soit 2*2,5= 5 glycolyse 2 molécules d'ATP Cycle de Krebs 2 molécules d'ATP TOTAL 30 ou 32 Chaque transporteur possède une affinité pour les électrons plus grande que ceux qui le précèdent dans la série par conséquent, les électrons descendent « en cascade » passant du NaDH à des niveaux d’énergie de plus en plus bas et finissent par être transférés à l'O2, qui possède la plus grande affinité électronique de tous les intermédiaires on pourrait dire que l'O2 « tire » les électrons vers le bas de la chaîne l'ATP synthase peut fonctionner en sens inverse : lorsque la concentration en protons est basse elle utilise l'hydrolyse de l'ATP pour pomper des protons de la matrice vers l'espace intermembranaire  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,11 Rajout : les électrons entrent dans la chaîne respiratoire par le complexe I (si le NaDH est oxydé) ou le complexe II (si le FADH2 est oxydé) complexe I :ou NaDH déshydrogénase complex : flavoprotéine complexe II : succinate déshydrogénase : flavoprotéine complexe III : cytochrome c réductase complex complexe IV : cytochrome c oxydase complex ces 4 complexes sont fixes ; 3 permettent un pompage d'électrons 2 transporteurs mobiles d'électrons : coenzyme Q(ubiquinone) et le cytochrome c (lié à la face externe de la membrane interne) + + + NaDH + H →NaD +2 e- +2H A l'extrémité de la chaîne le cytochrome c oxydase complex (complexe IV) , la cytochrome oxydase transfère la paire d'électrons à la moitié d'une molécule d'oxygène : il se forme de l'eau : 2H+ +2 e- +0,5O2→H2O  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,12 Rajout : Rajout : les électrons entrent dans la chaîne respiratoire par le complexe I (si le NaDH est oxydé) ou le complexe II (si le FADH2 est oxydé) NaDH + H+ →NaD+ + 2 e- +2H + Chaque molécule de NaDH génère 2,5 molécules d'ATP  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,13 Rajout : FADH2 →FAD+ 2 e- +2H + pour molécule de FaDH2 :il y a formation de 1,5 molécules d'ATP  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,14 Rajout : La rotation de la tige (de l'ATPsynthase) induit une succession de changements de conformation (au niveau des sous unités de l'ATP synthase) ; ces changements de conformation permettent la synthèse d'ATP à partir d'ADP Chaque molécule de NaDH génère 2,5 molécules d'ATP Chaque molécule de FaDH2 :il y a formation de 1,5 molécules d'ATP diapo23  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,15 BILAN : par rapport au schéma précédent Chaque molécule de NaDH génère 2,5 molécules d'ATP Chaque molécule de FaDH2 :il y a formation de 1,5 molécules d'ATP Nombre de molécules d'ATP 6 molécules de NaDH produits par 6*2,5=13 le cycle de Krebs 2 molécules de FaDH2 produits par 2*1,5= 3 le cycle de Krebs 2 molécules de NaDH produites 2*2,5 =5 pendant l'oxydation du pyruvate 2 molécules de NaDH lors de la Soit 2*1,5= 3 ou glycolyse soit 2*2,5= 5 ou 2 molécules de FaDH2 glycolyse 2 molécules d'ATP Cycle de Krebs 2 molécules d'ATP TOTAL 30 ou 32 Rajout :explication du dessin :  la membrane externe de la mitochondrie n'est pas perméable au NaDH formé lors de la glycolyse  donc le NaDH doit faire intervenir une « navette moléculaire » pour céder sa paire d'électrons supplémentaires à la chaîne respiratoire les cellules qui utilisent la navette malate -aspartate : récoltent 2,5 molécules d'ATP provenant de l'oxydation de NaDH les cellules qui utilisent d'autres navettes (comme la navette glycérol-phosphate) : les électrons riches en énergie sont transférés au glycérol3-phosphate qui retransmettra ses électrons au FADH2 1,5 molécules d'ATP par paire d’électrons (par molécule de NaDH), comme pour une molécule de FADH2  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,16 diapo27 Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,17  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,18 Lors de la période post-prandiale, soit pendant et après les repas : ►la glycémie augmente et provoque la sécrétion d'insuline par les cellules béta des ilots de Langerhans du pancréas. ►Cette hormone provoque l'augmentation du nombre de transporteurs de glucose sur la membrane plasmique, notamment les canaux GLUT4 des cellules musculaires, et permet ainsi une meilleur absorption du glucose. ►L'insuline stimule aussi la glycolyse et la glycogenèse (stockage du glucose sous forme de glycogène). Rajout : glycogénèse : stockage de glucose sous forme de glycogène  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,19 Rajout :néoglucogénèse La néoglucogenèse est la formation de glucose à partir de précurseurs non glucidiques tels que le pyruvate, le lactate, le glycérol et la plupart des acides aminés  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,20 Le glycérol obtenu grâce à la lipolyse est ensuite converti en glycéraldéhyde-3- phosphate, un intermédiaire de la glycolyse. Il rentre alors dans la glycolyse, et permet la production de 2 ATP. Cependant, la conversion du glycérol nécessite dégradation d'un ATP, le rendement net de son metabolisme est donc de 1 ATP, 2 NADH et 1 pyruvate. Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,20 Image rajoutée  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,21 Rajout : les acides gras : les acides gras activés (sous forme d'acyl-CoA) pénètrent dans la matrice mitochondriale grâce à un transporteur à carnitine ils subissent la 1ere phase de l'oxydation (béta-oxydation)dans la mitochondrie ; l'oxydation des acides gras se fait grâce à 4 réactions cycliques (cycle de Linen) ; à chaque cycle de réaction, l'acide gras est raccourci de 2 atomes de C et on obtient 1 acétyl-CoA+NaDH,H+ et un FADH2 l'acétyl-CoA formé est lié à l'acide oxalaoacétique ; il sera oxydé en CO2 et H2O (en entrant dans le cycle de Krebs) ……………………….. Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,22  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,23 L'insuline libérée en periode post- prandiale en réponse à l'augmentation de la glycémie a aussi pour effets: - d'inhiber la lipolyse, soit la dégradation des lipides - de stimuler la lipogenèse en augmentant l'activité des acetyl-CoA carboxylase, ce qui permet le stockage des acétyl-CoA sous forme d'acides gras et de triglycérides. Traduction:lipogénèse=voie métabolique qui permet de synthétiser des acides gras à partir du glucose Le glycogène est la principale source d'énergie stockée dans les muscles et le foie Les acides amines contenus dans les protéines peuvent être utilises comme substrats dans la resynthèse d'ATP, mais leur utilisation reste relativement limitée comparée aux lipides et glucose. Les acides amines sont dégrades par désamination: ils perdent leur groupe amine et sont transformes en acide cétonique. Le groupe amine est transforme en amoniaque qui sera converti en uree dans le foie.  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,24 ➔ Le stockage du glucose dans les cellules a une capacité relativement limitée. ➔ Lors de la phase post- prandiale, le glucose est absorbé par les cellules, puis utilisé pour la resynthèse d'ATP ou stocke sous forme de glycogène. ➔ S'il y a une trop grande quantite de glucose, l'excédent sera alors converti en glycerol puis stocké sous forme de triglycérides. ➔ A l'inverse, lorsque le glucose vient à manquer, les triglycérides seront dégradés pour produire des acides gras et du glycérol. Ce dernier sera alors utilisé dans la glycolyse pour permettre la production d'ATP.  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,25 Relation entre glucose et acides aminés Après la désamination, les acides amines sont transformés en acides cétoniques et entrent dans la mitochondrie. Dépendamment de l'acide aminé utilisé, l'acide cétonique produit peut être converti en intermédiaire de la glycolyse et être utilise pour produire du glucose via la néoglucogenèse. Rajout :La néoglucogenèse est une voie métabolique anabolique qui se produit en permanence, avec plus ou moins d'intensité selon les apports alimentaires, afin de maintenir la glycémie constante, notamment lorsqu'il y a une diminution des apports en glucides. C'est pourquoi elle est très active durant le jeûne  Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,26,fin fin  ………………………………... Biologie, Lecon 12 : Métabolisme de la cellule humaine,pag,27,fin fin La néoglucogenèse est une voie métabolique anabolique qui se produit en permanence, avec plus ou moins d'intensité selon les apports alimentaires, afin de maintenir la glycémie constante, notamment lorsqu'il y a une diminution des apports en glucides. C'est pourquoi elle est très active durant le jeûne