Respiration cellulaire et maladies PDF

Module 4 Respiration cellulaire & Maladies Que se passerait-il si nos cellules ne pouvaient plus produire d'énergie ?  Module 4 Respiration cellulaire & Maladies Objectifs : Comprendre les mécanismes de la respiration cellu...

Module 4 Respiration cellulaire & Maladies Que se passerait-il si nos cellules ne pouvaient plus produire d'énergie ?  Module 4 Respiration cellulaire & Maladies Objectifs : Comprendre les mécanismes de la respiration cellulaire Explorer les maladies dues au dysfonctionnement de la mitochondrie Notions de base Contraction musculaire ❏ Respiration cellulaire ⇒ Processus qui fournit de Transmission de l’énergie nécessaire à diverses l’influx nerveux fonctions cellulaires Synthèse de protéines Stockée dans une molécule appelée Adénosine Triphosphate ATP  Respiration cellulaire ❏ 1ère étape = Glycolyse → Formation de pyruvate  Respiration cellulaire Prédominante Respiration aérobie Respiration anaérobie Localisation Mitochondries Cytoplasme Condition Présence d’oxygène Absence d’oxygène Produits finaux CO2 et H2O Acide lactique Rendement énergétique Elevé (36-38 ATP par Faible (2 ATP par molécule de glucose) molécule de glucose) Exemples de tissus Muscles squelettiques au Muscles squelettiques en repos, cœur, foie, rein. exercice intense. ❏ Efforts intenses ⇒ Apport insuffisant en Oxygène → Respiration anaérobie ❏ Conditions pathologiques ⇒ Diminution du flux sanguin = Ischémie  Respiration cellulaire aérobie ❏ Réaction chimique d’Oxydo-Réduction Composés + Dioxygène → Dioxyde + Eau + Énergie organiques de carbone Red1 Ox2 Ox1 Red2 Réducteur Oxydant capte (Glucose) perd des e- ⇒ Réduit des e- ⇒ Oxydé Transfert d’electrons  Respiration cellulaire aérobie Les transporteurs d'électrons ❏ Le glucose subit une dégradation en plusieurs étapes. ❏ Lors des étapes cruciales, des atomes d'hydrogène (H) sont arrachés du glucose et transférés vers des molécules de NAD⁺ ou FAD accepteurs d’électrons Les électrons parcourent un long chemin au cours de la respiration cellulaire aérobie Glucose NADH et FADH2 Chaîne de transport d'électrons O₂ Les transporteurs d'électrons ❏ Les e- transportés par le NADH et le FADH₂ sont cruciaux pour la production de la majeure partie de l'ATP lors de la phosphorylation oxydative. Processus par lequel l'énergie libérée par l'oxydation des nutriments est utilisée pour produire de l'ATP.  Formation d'ATP Deux façons de fabriquer de l'ATP - 10 % Phosphorylation au niveau du substrat (phases 1 & 2) consistant en la phosphorylation de l'adénosine diphosphate (ADP) par transfert direct d'un groupe phosphate à partir d'une petite molécule phosphorylée Enzyme - 90 % Phosphorylation oxydative (phase 3) Implique la réduction de NAD+ en NADH, qui génère ensuite de l'ATP via la chaîne de transport des électrons.  Respiration cellulaire aérobie Trois stades métaboliques : Cytosol 1. La glycolyse Matrice Mitochondriale 2. Le cycle de Krebs Membrane interne de 3. Phosphorylation oxydative la mitochondrie  Glycolyse CYTOSOL Deux phases : Phase 1 Phase 2 Phosphorylation au niveau du substrat  Bilan Glycolyse: -La glycolyse produit DEUX pyruvates, DEUX ATP et 2 NADH - ne nécessite pas d'O2 ; se produit dans le cytoplasme Reactifs: Produits: 1 Glucose 2 Pyruvate 4 ADP 4 ATP (donc gain net de 2 ATP) 4 Pi 2 ADP 2 ATP 2 NADH 2 NAD+ 2 H+ Les 2 NADH formés par Glycolyse passent par deux navettes NADH Convertie en FADH2  MATRICE MITOCHONDRIALE Oxydation du pyruvate Avant d'entrer dans le cycle de Krebs, le pyruvate issu de la glycolyse subit une oxydation 1 2 3 Le CO2 est éliminé Décomposition par Attachement de la de chaque molécule la pyruvate CoA avec le groupe de pyruvate déshydrogénase acétyl ⇒ Acétyl-CoA  MATRICE MITOCHONDRIALE Oxydation du pyruvate Par molécule de pyruvate: 1 molécule de CO2 1 molécule de NADH 1 molécule d'acétyl-CoA  Cycle de Krebs MATRICE MITOCHONDRIALE 1 Oxaloacétate (4C) 2 naturellement présent dans Réarrangement du Citrate en la matrice mito. se lie à Isocitrate puis oxydation de l’Isocitrate, produisant du NADH et l’Acétyl-CoA (2C) pour libérant une molécule de CO₂, former le Citrate (6C). formant ainsi l'α-cétoglutarate (5C). 4 Oxydation du Succinate en Fumarate, produisant (1) 3 Oxydation de α- du FADH2 ,transformé en (4) (2) cétoglutarate générant du Malate par addition de NADH et libérant une H2O. Ce dernier est seconde molécule de CO₂. oxydé en Oxaloacétate (3) Production de Succinyl-CoA générant du NADH. converti en Succinate libérant de l’ATP. Étapes développées du Cycle de Krebs Bilan Cycle de Krebs: 2 ATP 6 NADH 1 Glucose 2 FADH2 4 CO2 CHAQUE molécule de pyruvate produite lors de la glycolyse (2) doit entrer dans le cycle de Krebs Le cycle se produit donc deux fois pour chaque molécule de glucose  Phosphorylation oxydative Membrane interne de la Chaîne de transport d'électrons (CTE) mitochondrie - 5 complexes protéiques (I à V), Complexe V =l'ATP synthase. - 2 transporteurs d'électrons mobiles : ubiquinone (Q) et cytochrome C (C) Le complexe I: reçoit des électrons du NADH Le complexe II : reçoit des électrons du FADH2 Les électrons passent de l'ubiquinone (Q) au complexe III, puis au cytochrome C (C), qui les transfère au complexe IV. Le complexe IV catalyse la réduction de l'oxygène pour former de l'eau (H₂O).  Phosphorylation oxydative Membrane interne de la Chaîne de transport d'électrons (CTE) mitochondrie ❏ NADH et FADH2 : libèrent les électrons qu’ils ont reçus lors de la glycolyse et du cycle de Krebs vers la chaîne de transport d'électrons ❏ Les protéines de la CTE transfèrent les électrons et utilisent l'énergie libérée pour pomper des ions hydrogène (protons) de la matrice vers l'espace intermembranaire (Complexes I, III et IV ) ❏ Création d'un gradient électrochimique de protons à travers la membrane mitochondriale interne  Phosphorylation oxydative Membrane interne de la Chaîne de transport d'électrons (CTE) mitochondrie ❏ Les ions H+ (protons) se déplacent de l’espace intermembranaire via l’ATP synthase qui va fabriquer l'ATP par phosphorylation de l'ADP: - Énergie libérée lors du passage des ions H+ = lie l'ADP à Pi pour produire de l'ATP - Énergie retirée de 1 NADH = 3 ATP ; 1 FADH2 = 2 ATP  Chaîne de transport d'électrons (CTE) ❏ Oxygène : Accepteur final d'électrons à la fin de l'ETC, il accepte les électrons, se combine avec les protons et devient de l'eau Selon navette ou 6 ATP ou 38 ATP  Bilan énergétique de l’oxydation complète d’une molécule de glucose ATP produit après oxydation du ATP formé Voie Pouvoir réducteur formé pouvoir réducteur par la chaîne directement respiratoire 6 ATP ou 4 ATP selon la Glycolyse 2 ATP 2 x NADH, H+ navette Décarboxylation oxydative du 2 x NADH 6 ATP pyruvate 2 x 3 NADH, H+ et Cycle de Krebs 2 x 1 ATP 18 ATP et 4 ATP 2x 1 FADH2 Bilan partiel 4 ATP 32 à 34 ATP Bilan total 36 à 38 ATP formés par glucose oxydé 1 NADH = 3 ATP ; 1 FADH2 = 2 ATP Respiration cellulaire aérobie: Bilan  Activité : Défauts mitochondriaux et Maladies  Maladies mitochondriales ❏ Atteinte préférentielle Tissus utilisant beaucoup d'énergies : Muscle, oreille, rein, coeur, foie,oeil, cerveau… ❏ Affections plus fréquentes Dues à un défaut de la chaîne des oxydations phosphorylantes  Cytopathies mitochondriales Maladies mitochondriales ❏ La mitochondrie a : -13 protéines de la chaîne respiratoire codées par le génome Génome mitochondriale mitochondrial - Plus de 900 protéines codées via le génome nucléaire ❏ Classification génétique : 900 protéines -anomalie du génome mitochondrial - anomalie du génome nucleaire Génome nucléaire  Maladies mitochondriales 1. Mitochondriopathies du génome mitochondrial : Délétion au niveau de l’ADN mitochondrial Maladie de Kearn Sayre : C’est une maladie neuromusculaire caractérisée par : Ophtalmoplégie : paralysie des muscles moteurs des yeux Myopathie Elle est causée par délétion de l’ADNmt :(souvent 5kb, pour 16kb en tout)  Maladies mitochondriales 1. Mitochondriopathies du génome mitochondrial : Mutations ponctuelles de l’ADNmt Neuropathie optique de Leber : ❏ Diminution progressive de la vision, perte de la vision nette, scotome (tache aveugle dans le champs de vision) ❏ Pathologie directement causée par une anomalie de gènes mitochondriales surtout ceux codant la protéine du complexe I : NADH- coenzyme Q oxydoreductase. Syndrome de NARP (Neuropathie, Ataxie, Rétine pigmentaire) ❏ Neuropathie ataxie rétinite pigmentaire ❏ Causé par une mutation du gène ATP6 (code une protéine du complexe V)  Maladies mitochondriales 2. Mitochondriopathies du génome nucléaire : Syndrome de Leigh : Gène SURF-1 (protéine assemblage du complexe IV) Ce gène code une protéine qui va dans la mitochondrie & qui assemble un complexe pour la chaine respiratoire. Ataxie de Friedreich Gène Frataxine code une protéine mitochondriale Mutations entrainant une concentration anormale du Fer dans les mitochondries Les complexes III, IV seront moins efficaces car on aura un déficit en noyaux Fer-Soufre pour le transfert des électrons : Production de moins d’ATP L’atteinte est neurodégénératives (troubles moteurs et cardiaques) Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ❏ Géne SOD1 codant pour l’enzyme antioxydante SOD : superoxyde dismutase. ❏ La mutation augmente la production de radicaux libres, causant un stress oxydatif au niveau des motoneurones.  Formation des radicaux libres Les radicaux superoxydes (O. Andrés CMC et al. Int J Mol Sci. 2023 ) sont produits dans les complexes I et III de la 2 chaîne de transport d'électrons en transférant des électrons vers l'oxygène moléculaire.  Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) Normale Malade https://www.adn.ma/sclerose-laterale-amyotrophique-quelles-pistes-therapeutiques/ ○ Maladie neurodégénérative des motoneurones, entraînant une paralysie progressive des muscles volontaires. ○ Dégénérescence des motoneurones supérieurs et inférieurs.