Biologie Cellulaire 101-SN1-RE Cours 12 - Respiration Cellulaire PDF

Biologie Cellulaire 101-SN1-RE Cours 12 Chapitre 9 Respiration cellulaire Automne 2024 2  La respiration cellulaire (RC) Le combustible préféré des cellules et la source d’énergie principale pour la synthèse d’ATP est le glucose. L’ensemble des réactions...

Biologie Cellulaire 101-SN1-RE Cours 12 Chapitre 9 Respiration cellulaire Automne 2024 2  La respiration cellulaire (RC) Le combustible préféré des cellules et la source d’énergie principale pour la synthèse d’ATP est le glucose. L’ensemble des réactions menant à la dégradation du glucose est appelé RC (syn. : catabolisme du glucose, oxydation du glucose).  9.1 Voies cataboliques Voies cataboliques a) Voies cataboliques et production d’ATP Toute substance organique contient de l’énergie – Est emmagasinée dans les liaisons chimiques entre les atomes – La cellule peut libérer cette énergie à l’aide d’enzymes Une partie sert à effectuer un travail L’autre partie est perdue sous forme de chaleur Voie catabolique = voie métabolique qui libère de l’énergie  Voies cataboliques Voies cataboliques et production d’ATP Respiration cellulaire aérobie – Oxydation de composés organiques en présence d’O2 Ex : Dégradation du glucose (combustible favori pour la prodution d’ATP!) C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + énergie Réaction exergonique : – DG = -2870kJ/mole de glucose Quel type d’énergie est produite ? – Chaleur – ATP  Voies cataboliques Réaction de rédox : Transfert des e- dans la RC aérobie 6  Voies cataboliques Réaction de rédox : Transfert des e- dans la RC aérobie 1re étape : Le transfert d’électrons du glucose au NAD+ – NAD+ = Réserve temporaire d’énergie pour produire de l’ATP – Le NAD+ capte les électrons grâce aux enzymes déshydrogénases Retirent une paire d’atomes H (2 protons, 2e-) du substrat en l’oxydant déshydrogénase H—C—OH + NAD+ C═O + NADH + H+ Réduction (+ 1 proton, + 2 e-) – Très peu de perte d’énergie dans le transfert!  Voies cataboliques Réaction de rédox : Transfert des e- dans la RC aérobie Étant donné que le transfert d’électrons entre le glucose et l’O2 ne se fait pas d’un seul coup (plutôt en une série d’étapes), il doit se faire via un intermédiaire : – Un transporteur d’électron : Ex : NAD+ et FAD – NAD+ : Agent oxydant dans la respiration 8 9  Voies cataboliques Étapes de la respiration cellulaire aérobie : un aperçu 4 étapes de la respiration cellulaire 1) Glycolyse 2) Conversion du pyruvate 3) Cycle de l’acide citrique 4) Phosphorylation oxydative 10  La respiration cellulaire (RC) 2 Savoir le premier et le dernier composé de chaque voie métabolique 2 Où se passe 1 quoi? Suivre le nombre de Carbone, d’ATP, de NADH + H+ et de FADH2. 2 11  La respiration cellulaire (RC) La synthèse de l’ATP se fait par 2 moyens : 1)Phosphorylation au niveau du substrat : Mode de synthèse de l’ATP dans lequel une enzyme transfert un groupement phosphate d’un substrat à l’ADP 12  La respiration cellulaire (RC) 2) Phosphorylation oxydative : Mode de synthèse de l’ATP à l’aide du transfert exergonique d’électrons des nutriments au dioxygène au niveau des mitochondries (réactions d’oxydoréduction) Électrons 13 La glycolyse (qui signifie « dégradation du glucose ») est le point de départ de la RC où le glucose sera catabolisé. En regardant la figure 9.8, répondez aux questions suivantes :  Où la glycolyse a-t-elle lieu ?  Combien de C possède la molécule de départ ?  Combien de C possède la molécule finale ?  Combien d’ATP ont été produits et Consommés ?  Combien de réduction de NAD+ en NADH+H+? 14 15 16  La glycolyse La glycolyse a lieu en 10 étapes (fig 9.9). Vous n’avez pas à apprendre chacune de ces étapes. Retenez ceci :  10 étapes donc 10 enzymes différentes.  Phase d’investissement d’énergie vs phase de libération d’énergie.  Plusieurs réactions de phosphorylation ou déphosphorylation (ajout ou retrait d’un P).  débute avec 1 glucose (6C) et termine avec 2 pyruvates (3C).  Les 2 NADH+H+ produits entreront dans la mitochondrie mais seront convertis en 2 NADH+H+ ou en 2 FADH2. 17  Conversion du pyruvate en acétyl-CoA Glycolyse : 1 glucose  2 pyruvates Le pyruvate (3C) quitte le cytosol et entre dans la MITOCHONDRIE grâce à un mécanisme de co-transport, en présence d'oxygène. 1. Après son entrée, 1 pyruvate  (2C) + 1 CO2 2. (2C) est oxydé  acétate (Transfert des électrons extraits au NADH + H+) 3. Acétate + CoA  acétyl-CoA – Très énergétique – Peut entrer dans le cycle de l’acide citrique 18  Conversion du pyruvate en acétyl-CoA En regardant , sur le passage de la glycolyse au cycle de l’acide citrique, répondez aux questions suivantes : Combien de C possède la molécule de départ ? 3 Quel est son nom? pyruvate Combien de C possède la molécule finale ? 2 Quel est son nom? AcetylCoA Combien d’ATP ont été produits/consommés, 0 comment ? Combien de réduction de NAD+ en NADH+H+? 1 Où le début du cycle de l’acide citrique a-t-il lieu ? Mitochondrie 19  La respiration cellulaire 1. Glycolyse 2. Conversion du pyruvate 3. Cycle de l’acide citrique (de Krebs) 4. Phosphorylation oxydative; chaîne de transport des électrons 20 À partir d’ici, il faut être précis lorsqu’on parle de rendement ou de production. Par exemple, on peut demander le rendement à partir d’une mole de pyruvate, une mole d’acétyl-CoA ou d’une mole de glucose (qui génère 2 moles d’acétyl-CoA). 21 En regardant la figure concernant cette étape, répondez aux questions suivantes Où la fin du cycle de l’acide citrique a-t-il lieu ? Combien de C possède la molécule de départ ? Combien de C possède la molécule finale ? Combien d’ATP ont été produits et consommés ? Combien de réduction de NAD+ en NADH+H+? Combien de réduction de FAD en FADH2? 22  La respiration cellulaire 1. Glycolyse 2. Cycle de l’acide citrique (de Krebs) 3. Phosphorylation oxydative; chaîne de transport des électrons *IMPORTANT: échange d’Énergie (ATP,NADH) à chaque étape!! 23  Voies cataboliques Réaction de rédox : Transfert des e- dans la RC aérobie Le transfert d’électrons du NADH à l’O2 – Via une chaîne de transport d’électrons Série d’étapes libératrices d’énergie La chaîne est composée de plusieurs molécules (surtout des protéines) insérées dans la membrane des mitochondries Le NADH apporte les électrons riches en énergie au début de la chaîne Les transporteurs de la chaîne sont de plus en plus électronégatif plus on avance vers la fin À la fin de la chaîne de transport, l’O2 capture les 2 électrons et un proton, ce 24 qui forme une molécule ________!  Phosphorylation oxydative Chaîne de transport d’électrons 2 e- Arrive plus tard, donc Oxydé apporte moins d’énergie Réduit Et ainsi de suite! Jusqu’à ce qu’on arrive à l’O2 2H+ + O2 réduction H2O 25 En passant d’une molécule à l’autre, les électrons perdront de leur énergie au profit d’un seul phénomène : faire pénétrer des _____ dans l’espace intermembranaire de la mitochondrie. Le rôle de ces protons sera de synthétiser l’ATP par l’intermédiaire de l’ATP synthase grâce à l’énergie des protons (H+). 26 Le terme chimiosmose renvoie à la force de diffusion des protons à travers une membrane, laquelle produira un travail précis : synthétiser de l’ATP. Ici, les protons tendent à équilibrer leur concentration de part et d’autre de la membrane mitochondriale interne. En effet, la chaîne d’électrons a permis d’accumuler les ____ d’un côté de la membrane, ce qui crée un _________________ favorable au mouvement des H+. 27 La chimiosmose Plus précisément, les ions traverseront d’un côté à l’autre de la membrane par un endroit particulier : la pompe à protons, appelée ATP synthase. ATP synthase. Elle fonctionne comme une turbine qui utilise l’énergie d’un gradient existant pour synthétiser de l’énergie. Ainsi, pour chaque H+ véhiculé, un ATP sera produit. Force protomotrice : il y aura transfert d’électron au long d’une « chaîne d’électrons » où des molécules seront tour à tour réduites et oxydées. Cette chaîne permet de créer une force protomotrice (voir phosphorylation oxydative). 28 Bilan D’ATP/ mol de glucose 29  formatif 1. Donnez les équations nettes de la respiration cellulaire aérobie. 2. Expliquez comment l’ATP est utilisé pour faire un travail cellulaire et donnez 2 exemples de travaux possibles. 3. Qu’est-ce qu’une molécule qui est réduite ? 4. Donnez une définition pour : «phosphorylation au niveau du substrat». 5. Nommez les 4 étapes de la respiration cellulaire. 6. Où se passe la première étape? 7. Qui y a-t-il de particulier dans la première moitié de la glycolyse? 8. Quel est le composé final de la glycolyse. 9. Donnez le bilan de la glycolyse pour une molécule de glucose. 10. Décrivez la deuxième étape en donnant ces particularités moléculaires, de localisation ainsi que son bilan énergétique. 11. Où se passe30 le cycle de l’acide citrique?  formatif 12. La RC de type aérobique, c’est-à-dire qu’elle a lieu en présence d’oxygène (accepteur final d’électrons) dans la phosphorylation oxydative. Qu’arriverait-il s’il advenait à manquer d’oxygène ? 13. Quel est le premier composé formé par l’entrée de l’acétyl-CoA dans le cycle? 14. Combien d’ATP sont formés pour 1 tour du cycle? 15. Combien de NAD+ sont réduit pour une molécule de glucose? De FAD? 16. Est-il vrai de dire que l’oxydation du glucose se termine pendant de la phosphorylation oxydative? 17. Expliquez la chaîne de transport d’électrons. Quel est son rôle? 18. Qu’est-ce que la chimiosmose? 19. Comment expliquer que le nombre d’ATP produits par le catabolisme d’une molécule de glucose dans la RC peut varier? 31