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Sordo Sanchez Norma Chapitre 8 : éléments de métabolisme énergétique Ce chapitre expliquera comment nos cellules produisent de l’ATP nécessaire à leur bon fonctionnement. 1. Conversion de l’énergie par les mitochondries Une grande partie des aliments consommés est oxydée par l’...

Sordo Sanchez Norma Chapitre 8 : éléments de métabolisme énergétique Ce chapitre expliquera comment nos cellules produisent de l’ATP nécessaire à leur bon fonctionnement. 1. Conversion de l’énergie par les mitochondries Une grande partie des aliments consommés est oxydée par l’organisme pour produire de l’ATP. ATP = adénosine triphosphate = molécule à haut potentiel énergétique. Hydrolyse de l’ATP = énergie chimique utilisable immédiatement par l’organisme. L’ATP est formée d’un groupe triphosphate, d’une base azotée (l’adénine) et d’un sucres à 5 carbones. 1) Hydrolyse de l’ATP : L’hydrolyse de l’ATP se fait à -30,5kJ/mol. La réaction d’hydrolyse de l’ATP est une réaction fortement exergonique. Chacun des phosphates présente des charges négatives qui se repoussent, la molécule devient instable. C’est instabilité est dû aux répulsions des charges négatives entres les phosphates. En solution aqueuse l’ATP devient l’ADP à réaction exergonique : ATP + H2O à ADP + HPO42- + H+ ATP à ADP + Pi + E 152 | P a g e Sordo Sanchez Norma 2) Synthèse de l’ATP par couplage avec une réaction exergonique : La synthèse de l’ATP est fortement endergonique à besoin d’un apport d’énergie. La cellule ne possède quasi pas de réserve d’ATP, elle possède juste de l’ATP pour fonctionner pendant moins de 3 secondes. Il faut donc produire en permanence de l’ATP car il n’y a aucun stockage. On dit que l’ATP est produite à flux tendu c’est-à-dire que quand la cellule consomme beaucoup d’énergie, on produira beaucoup d’ATP et inversement. Mécanisme pour produire de l’ATP : 1) Le couplage : Couplage avec une réaction exergonique à c’est le couplage du phosphoenolpyruvate + ADP qui donnera du pyruvate + ATP. Avec ce couplage la réaction deviendra spontanée on pourra donc produire de l’ATP. 2) Voie aérobie et voie anaérobie : Ces voies impliquent la transformation d’une molécule à haut potentiel énergétique. Quand le glucose rentre dans la cellule, la cellule a besoin d’ATP. Il pourra donc rentrer par voie anaérobie (quand la cellule n’a pas besoin d’O2) ou par aérobie (si la cellule a assez d’O2). 1) La glycolyse (=ensemble d’opération commune aux 2 voies) 2) Production de pyruvate : s’il y a assez de dioxygène dans la mitochondrie et qu’elle fonctionne alors le pyruvate rentre dans la mitochondrie et réalise la voie aérobie. Si la mitochondrie n’a pas assez d’oxygène, on ne pourra pas envoyer de pyruvate dans la mitochondrie donc on devra procéder par fermentation de pyruvate pour produire de l’acide lactite qui lui- même se transformera en lactate. En aérobie on aura 2 techniques : le cycle de Krebs ou chaine respiratoire à ces 2 techniques produisent 16x plus d’ATP. 153 | P a g e Sordo Sanchez Norma 3) NADH et FADH2 : NADH = Nicotinamide Adénine Dinucléotide FADH2 = Flavine Adenine Dinucléotide Ce sont des coenzymes qui transportent 2 électrons et 1 ou 2 protons. Les déshydrogénases retirent 2 protons et 2 électrons du substrat (glucide, lipide,…) et les transfèrent au coenzyme : - Pour le NAD+, on transfert 1 proton et 2 électrons. Le NAD+ va réagir avec un substrat énergétique (le glucose). On va arracher les électrons et les protons du substrat énergétique et les transporter vers le NAD pour avoir du NADH. NAD+ + XH2 à NADH + H+ + X NAD+ + 2H+ + 2e- à NADH + H+ 154 | P a g e Sordo Sanchez Norma - Pour le FAD, on transfert 2 protons et 2 électrons. Le FAD devient le FADH2. FAD + XH2 à FADH2 + X FAD + 2H+ + 2e- à FADH2 è Opération de réduction. 4) Glycolyse : En aérobie, un glucose passe toujours par la glycolyse, le cycle de krebs et la chaine respiratoire. En anaérobie, le glucose passe juste par la glycolyse. La glycolyse est l’ensemble des 10 étapes biochimiques au cours duquel le glucose va être transformé en 2 pyruvates à 3 carbones. Etapes : - Consommation de 2 ATP afin d’amorcer les réactions chimiques de la glycolyse. - Production de 4 ATP, 2 NADH et H+ - Bilan de la glycolyse à 2 ATP + 2NADH + H+ + 2 pyruvates au cours de 10 opérations chimique. 155 | P a g e Sordo Sanchez Norma En anaérobie, après glycolyse on va transformer 2 pyruvates en lactate (provient de l’acide lactique) mais pour cela on devra consommer le NADH + H+. Bilan à 2 lactate et 2 ATP. En anaérobie : - Le pyruvate rentre dans la mitochondrie pour réagir avec la coenzyme A. Cette réaction donnera l’acétyl coenzyme A grâce à l’accrochage du groupe thiol de l’acétyl provenant du pyruvate. On produira au passage du CO2 et du NADH + H+ à l’oxydation du pyruvate se produit dans la matrice de la mitochondrie. - Le bilan : Coenzyme A + pyruvate à CO2 + NADH + H+ C’est grâce à l’acétyl coenzyme A qu’on passera au cycle de Krebs à Porte d’entrée dans le cycle de Krebs. La coenzyme A : - C’est une coenzyme de transfert de groupes acyles - La fonction thiol réactive avec les acides carboxyliques à liaison thioester La liaison se forme dans la matrice à partir du catabolisme des glucides et des lipides - Activation des acyles Formation dans la matrice à partir du catabolisme des glucides (glycolyse) et des lipides (β-oxydation) Porte d’entrée dans le cycle de Krebs. 156 | P a g e Sordo Sanchez Norma 5) Cycle de Krebs : C’est un ensemble de 8 opérations permettant de transférer les électrons et les protons de l’acétyl coenzyme A sur le NADH et le FADH (+ GTP). Dans le cycle de Krebs on ne consomme pas d’oxaloacétate (=protéine qui permet de faire fonctionner le cycle de Krebs et qui est présent au départ comme à la fin du cycle). - A partir d’un acétyl COA, le cycle de Krebs va produire 3NADH + H+ + FADH2 + GTP - Avec l’ajout d’un pyruvate, le cycle de Krebs va produire 4NADH + H+ + FADH2 + GTP 6) Chaines respiratoires : La phosphorylation oxydative dans les chaines respiratoires : Transfert de protons (H+) dans l’espace intermembranaire jusqu’à accumulation dans cet espace. Ensuite, les protons reviennent dans la matrice en empruntant le complexe ATPsynthase. L’ATPsynthase permet de générer un flux de proton depuis l’espace intermembranaire vers la matrice. Ce flux de proton fait tourner la tête de l’ATPsynthase, qui en tournant, transforme l’ADP + phosphate inorganique (Pi) en ATP. 7) Théorie chimiosmotique : - Explique le couplage entre réactions d’oxydoréduction et phosphorylation de l’ADP - Les protons de la matrice sont expulsés au travers de la membrane interne de la mitochondrie, dans l’espace intermembranaire grâce à des pompes à protons. - Les pompes à protons de la membrane interne utilisent l’énergie des électrons pour effectuer le transfert. - L’ATP est produite dans la membrane interne grâce au gradient de repos. Récupération des protons H+ provenant du NADH et du FADH pour les transférer vers l’espace intermembranaire ou ils seront concentrer pour diminuer le pH de cet espace. Ensuite ces protons seront redistribués dans la matrice en passant par le complexe d’ATPsynthase. Ce flux de protons va faire tourner la tête des ATPsynthase et donc produire de l’ATP. 157 | P a g e Sordo Sanchez Norma C’est un système à 3 étapes ou à chacune des étapes on récupère un peu d’ATP grâce à l’utilisation de 4 complexes protéiques : - Complexe 1 : le NADH produit par le cycle de Krebs ou la glycolyse, arrive au niveau du complexe 1 du côté de la matrice et donne ses électrons au complexe 1. L’énergie de ces protons permet de transférer des protons dans l’espace intermembranaire. Les electrons passent du complexe 1 au complexe 3 grâce aux coenzymes Q. - Complexe 3 : les électrons passent du 3 au 4 grâce au cytochrome C. - Complexe 4 : retour des protons dans la matrice par diffusion. Pour le FADH la route est identique sauf qu’on va direct au complexe 2. On ne passe pas par le complexe 1 car il est incapable de transporter les protons dans l’espace intermembranaire, il sait juste transférer les protons et les électrons aux coenzymes Q. 8) Bilan des chaines respiratoires : Au niveau du complexe 1 : les électrons permettent le transfert de 4 protons. Au niveau du complexe 3 : les électrons permettent le transfert de 4 protons. Au niveau du complexe 4 : les électrons permettent le transfert de 2 protons. è Au total 10 protons H+ sont transférés avec le NADH et 6 protons H+ avec le FADH. Au niveau du flux pour l’ATPsynthase, il faut 4 H+ qui passent dans l’ATPsynthase pour produire 1 ATP. Avec 1 NADH on produit 2,5 ATP et avec 1 FADH on produit 1,5 ATP. 158 | P a g e Sordo Sanchez Norma Comment trouver ? 10/4 pour NADH et 6/4 pour FADH. Si les électrons restent dans le complexe 4 toutes les chaines respiratoires sont bloquées et donc le cycle de Krebs aussi. Pour éviter cela on devra récupérer les électrons et les transférer sur une molécule capable d’accepter ces électrons (l’O2). L’O2 va réagir avec des H+ pour produire de l’H2O. L’O2 est l’accepteur d’électrons sans lui on bloque les chaines respiratoires et donc le cycle de Krebs. 9) Bilan énergétique de la dégradation d’une molécule de glucose en aérobie : Pour un glucose : - En glycolyse : 2 ATP et 2 NADH - Pyruvate dans l’acétyl coA : 2 NADH - Dans le cycle de Krebs : 2 pyruvates par glucose 2 GTP, 6 NADH et 2 FADH2 è On produire 32 ATP en aérobie et 2 ATP en anaérobie. 159 | P a g e