FC20 Phase Terminale Commune de la Production d'ATP 24/10/2024 PDF

Phase terminale commune de la production d’ATP Professeur : THOLANCE FC N°20 Date : 24/10/2024  SOMMAIRE I. CYCLE DE KREBS....................................................................................

Phase terminale commune de la production d’ATP Professeur : THOLANCE FC N°20 Date : 24/10/2024  SOMMAIRE I. CYCLE DE KREBS....................................................................................................................................................................... 1 1. INTRODUCTION....................................................................................................................................................................... 1 A. Objectifs :...................................................................................................................................................................... 1 B. Localisation :.................................................................................................................................................................. 2 C. Précurseurs :.................................................................................................................................................................. 2 2. REACTIONS............................................................................................................................................................................ 3 3. BILAN................................................................................................................................................................................... 5 4. REGULATION.......................................................................................................................................................................... 5 A. Objectifs :...................................................................................................................................................................... 5 B. Moyens de cette régulation :.......................................................................................................................................... 6 C. PDH :.............................................................................................................................................................................. 6 D. Enzymes allostériques du CK.......................................................................................................................................... 6 5. REACTIONS ANAPLEROTIQUES..................................................................................................................................................... 7 II. CHAINE RESPIRATOIRE / PHOSPHORYLATION OXYDATIVE..................................................................................................... 8 1. INTRODUCTION....................................................................................................................................................................... 8 2. COUPLAGE CHAINE RESPIRATOIRE / PHOSPHORYLATION OXYDATIVE :.................................................................................................... 9 3. CHAINE RESPIRATOIRE : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT............................................................................................................... 10 4. SUBSTRATS NECESSAIRES A LA PHOSPHORYLATION OXYDATIVE........................................................................................................... 11 A. Structures – complexes de la chaîne respiratoire........................................................................................................... 13 B. AU TOTAL :................................................................................................................................................................... 15 5. COUPLAGE ENTRE OXYDATION ET PHOSPHORYLATION...................................................................................................................... 15 A. Oxydation du NADH,H+ :............................................................................................................................................... 16 B. Oxydation du FADH2 :................................................................................................................................................... 16 6. PHOSPHORYLATION OXYDATIVE : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT DE L’ATP SYNTHASE........................................................................ 18 7. BILAN................................................................................................................................................................................. 20 8. REGULATION CHAINE RESPIRATOIRE / PHOSPHORYLATION OXYDATIVE................................................................................................. 21 A. Rapport ATP/ADP et disponibilité en ADP :................................................................................................................... 21 9. INHIBITION DE LA CHAINE RESPIRATOIRE ET/OU DE LA PHOSPHORYLATION OXYDATIVE :............................................................................ 22 A. Notion de découplage :................................................................................................................................................ 23 En cas de questions sur ce cours, vous pouvez écrire à l’adresse suivante : [email protected] Les règles de courtoisies sont à respecter lors de l’envoi d’un mail. L’équipe des tuteurs se réserve le droit de répondre ou non à un mail. En cas de questions récurrentes, les tuteurs pourront faire un point lors des colles hebdomadaires. I. Cycle de Krebs 1. Introduction VOIE DU CATABOLISME OXYDATIF AÉROBIE DU GROUPEMENT ACÉTYLE Oxydatif Par enlèvement d’atomes d’H (accepteurs NAD+ et FAD) = oxydation d’un C En présence d’O2 indispensable pour régénérer NAD+ et FAD au niveau de la Aérobie chaine respiratoire Point de convergence, « centre de l’union » du catabolisme des glucides, des Acétyl-coa lipides (AG et CC) et des protéines A. Objectifs : OBJECTIFS Source d’énergie grâce à ce cycle : o Produit 1 GTP et des coenzymes réduits permettant la production Acétyl-coa d’ATP au niveau de la chaine respiratoire couplée aux oxydations phosphorylantes Sont le point d’arrivée de certains catabolismes (AA glucoformateurs, Productions AG à nombre impair de C) et/ou le point de départ de certains d’intermédiaires anabolismes (AA, porphyrines, nucléotides) Amphibolique = Participation à la fois au catabolisme et à l’anabolisme Production d’atp Glycolyse et cycle de Krebs sont les 2 seules voies 1  B. Localisation : LOCALISATION Voie métabolique Présent dans toutes les cellules ayant des mitochondries mitochondriale Partout sauf dans les GR (dépourvues de mitochondries) et toujours Tissus (>90% de l’énergie produite dans la cellule) tant qu’il y a de l’oxygène Toutes les enzymes sont mitochondriales (matrice et 1 dans la Cellulaire membrane interne : la succinate déshydrogénase présente dans le complexe II de la chaine respiratoire) C. Précurseurs : PRÉCURSEURS Origine triple : o Glucidique (glycolyse + PDH) Acétyl-coa o Lipidique (Beta-oxydation des AG, cétolyse des corps cétoniques) o Protéique : catabolisme des squelettes carbonés des AA donnant du pyruvate, des intermédiaires du CK ou directement de l’acétylCoA État basal : OA régénéré en fin de cycle suffit à entretenir le fonctionnement du cycle Forte demande énergétique ou intermédiaires soustraits à destination de synthèse Oxaloacetate o Nécessité d’augmenter la disponibilité d’OA par les voies anaplérotiques (= écrire ce que ça veut dire) du CK ²² ▪ La principale, pyruvate carboxylase ⇒ pyruvate d’origine glucidique) 2  Les réactions d’oxydation sont les réactions où se fait la régulation 2. Réactions Dans ses 8 réactions, il y a 4 réductions. On obtient à chaque tour 3 NADH H + et 3 FADH2. La 1, 3 et 4 sont celles vraiment à apprendre, retenir les caractéristiques générales à savoir et ces 3 réactions. 8 REACTIONS Condensation Acétyl-CoA + OA pour donner acide citrique (1er acide tricarboxylique) o Consomme une molécule d’H2O Réaction 1 o Libère une molécule de coenzyme A o Irréversible et limitante, catalysée par le citrate synthase Réaction 2 Isomérisation de l’acide citrique en isocitrate (réversible) 3  8 REACTIONS (SUITE) Décarboxylation oxydative de l’isocitrate en α-cétoglutarate : o Produit une molécule de CO2 et une molécule de NADH,H+ o Irréversible et limitante o Enzyme : isocitrate déshydrogénase à coenzyme NAD+ Réaction 3 Décarboxylation oxydative de l’αCG en succinyl-CoA o Comparable à la réaction de décarboxylation du Pyr par PDH o Consomme une molécule de CoA o Produit un CO2 et 1 NADH,H+ o Irréversible et limitante o Enzyme : α-CG déshydrogénase = complexe enzymatique (comme PDH) formée de 3 Réaction 4 enzymes et fonctionnant avec 5 coenzymes (TPP, Acide lipoïque, CoA, FAD, NAD+) Phosphorylation liée au substrat du GDP par le succinyl-CoA transformé en succinate : o Produit une molécule de GTP pouvant être converti en ATP par une NDP kinase et du CoA réduit o Réversible Réaction 5 4  8 REACTIONS (SUITE) Déshydrogénation du succinate en fumarate (double liaison en trans) : o Produit une molécule de FADH2 Réaction 6 o Réversible o Enzyme : Succinate déshydrogénase à coenzyme FAD, protéine de la membrane mitochondriale appartenant au complexe II de la chaine respiratoire Réaction 7 Hydratation du fumarate en malate (OH) Déshydrogénation du malate en OA (CO) o Production d’1 NADH,H+ Réaction 8 o Réversible (réaction de la néoglucogénèse) o Enzyme : malate déshydrogénase à coenzyme NAD Réactions 6, 7 et 8 sont analogues aux réactions de la -oxydation des AG 3. Bilan 3 NADH,H+ (1 NADH,H+ ≈ 2.5 ATP) ≈ 7.5 ATP 1 FADH2 (1 FADH2 ≈ 1.5 ATP) ≈ 1.5 ATP 1 GTP/ATP o Total ≈ 10 ATP / Acétyl-CoA 4. Régulation A. Objectifs : OBJECTIFS DE LA RÉGULATION Adapter en fonction des besoins en énergie de la cellule : o Le cycle ne tourne que s’il y a besoin d’ATP o Charge énergétique faible (↗ NAD+/NADH,H+, ADP/ATP, CoA/Acétyl- Vitesse du cycle CoA)  accélération o Charge énergétique élevée (↘ NAD+/NADH,H+, ADP/ATP, CoA/Acétyl- CoA)  freinage 5  B. Moyens de cette régulation : MOYENS DE RÉGULATION Disponibilité en substrat AcétylCoA (PDH) et des 3 réactions limitantes du CK (1, 3, 4) Inhibition de l’activité de ces enzymes par allostérie (PDH, CK) et Allostérie par modification covalente (PDH) C. PDH : Fonction de la disponibilité en NAD+ et Coenzyme A Contrôle allostérique et par modification covalente Inhibée par NADH,H+, ATP et Acétyl-CoA D. Enzymes allostériques du CK ENZYMES ALLOSTÉRIQUE DU CK En fonction de la disponibilité́ en substrats : o Acétyl-CoA pour citrate synthase et NAD+ pour isocitrate déshydrogénase et α-CG déshydrogénase Inhibition par les produits : o Citrate pour C synthase et succinyl-CoA pour α-CG déshydrogénase Contrôle allostérique : Activité o ATP et NADH,H+ sont inhibiteurs et ADP activateur de l’IC déshydrogénase Par ailleurs, citrate inhibe la PFK1 régulant la glycolyse et active l’acetylCoA carboxylase qui régule la synthèse des AG o En cas de besoins énergétiques satisfaits  inhibition CK et glycolyse  citrate  AG ailleurs, citrate inhibe la PFK1 6  5. Réactions anaplérotiques RÉACTIONS ANAPLÉROTIQUES Si un intermédiaire est en quantité́ insuffisante o Risque d’arrêt du cycle Importance +++ des réactions anaplérotiques permettant de « remplir » le cycle d’un ou plusieurs intermédiaires indispensables Intermédiaire important : OA car sans OA pas de CK (condensation avec Acétyl-CoA) Ex : réaction de carboxylation du pyruvate en oxaloacétate par le pyruvate carboxylase mitochondriale (réaction de la néoglucogénèse) : Différents o La plus importante (surtout dans le foie et le rein), enzyme activée en présence intermédiaires d’Acétyl-CoA Activation par acétylCoA reflet du manque d’oxaloacétate Dans le foie, destinée de l’OA dépend de la charge énergétique o Si ATP+  OA dérivé vers néoglucogénèse et acetyl-CoA vers CC, o Si ATP-  OA dérivé vers le CK ▪ Pyruvate d’origine glycolytique  OA ▪ AG  Acétyl-CoA = les lipides brûlent au feu des glucides) 7 II. Chaîne respiratoire / phosphorylation oxydative 1. Introduction Permet la synthèse de 90% de l’ATP Oxydation phosphorylante : processus couplant la réoxydation des NADH,H + et FADH2 en NAD+ et FAD à la synthèse d’ATP par phosphorylation d’ADP. Mécanisme Transfert des électrons o Vers les molécules d’O2 qui seront réduits : d’où le terme de phosphorylation : ▪ D’abord l’oxydation et ensuite la phosphorylation. Molécules contenant une paire d’électrons ayant un potentiel élevé de transfert (= Sources des riche en énergie) : NADH,H+ et o Glycolyse cytosolique, PDH, -oxydation des AG, CK (seront réoxydés au niveau FADH2 de la chaîne) But : électron transféré à l’O2 Localisation Dans toutes les cellules possédant des mitochondries (pas dans les GR) 8  2. Couplage chaîne respiratoire / phosphorylation oxydative : COUPLAGE CHAÎNE RESPIRATOIRE/ PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Transfert des électrons de couple redox en couple redox dans le sens du gradient de potentiel redox o Du + négatif au plus positif jusqu’à l’O2 = accepteur final qui sera réduit en H 2O Transfert soit un ion hydrure (NAD), soit 2 atomes d’H (FAD), soit un électron (cytochrome) Ensemble des coenzymes d’oxydoréduction et des enzymes dont ils sont le groupement prosthétique o = Chaîne respiratoire Mécanisme Couplage de ce transfert à la création d’un gradient transmembranaire de protons (conversion de l’énergie chimique en énergie osmotique) o Cette chaîne comprend 4 complexes dont 3 possèdent un transporteur de protons qui permettra une libération de proton. De ce fait l’espace intérieur (matrice) sera basique et l’extérieur acide (gradient de pH et potentiel de membrane) : o Cette force osmotique sera utilisé par l’ATP synthase. Utilisation de la force de gradient pour phosphoryler l’ADP en ATP (conversion de l’énergie osmotique en énergie chimique) SCHEMA Ci-contre : chaîne respiratoire comprenant plusieurs complexes (gros groupement prostatique qui permet le transfert des électrons). Ces transferts seront différents en fonction de la nature de la molécule (si FADH ou NADH). o Arrivé au dernier complexe : transfert à l’O2 ! 9  3. Chaîne respiratoire : structure et fonctionnement Localisée dans la membrane interne mitochondriale, elle comprend : CHAINE RESPIRATOIRE : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT Formées de protéines enchâssées dans la membrane interne (complexe II étant seulement sur la face matricielle (= dans la membrane mais ne dépasse pas de l’espace intermembranaire) ne pourra pas éjecter de protons) liées à des groupements prosthétiques d’oxydoréduction : 4 complexes fixes (I, II, III, IV) o FAD, FMN, protéines à centre Fer-S et cytochromes Complexes I, III, IV = Pompes à protons complexe 2 possède l’activité succinate déshydrogénase du cycle de Krebs + seul des complexes qui n’est pas une pompe à protons 2 transporteurs Coenzyme Q capte 2 électrons (CoQ ou ubiquinone devient ubiquinole quand elle mobiles accueille 2 e-) dont l’hydrophobicité et la petite taille garantissent la mobilité au d’électrons sein de la phase lipidique membranaire entre les complexes I ou II et le complexe (permettent le III transfert des Cytochrome C capte qu’un seul électron (comprend une molécule d’hème) dont électrons entre l’hydrophilie et la petite taille garantissent la mobilité sur la face cytosolique de la les complexes) membrane interne entre les complexes III et IV Complexe V : ATP synthase // =ATPase 10  CHAINE RESPIRATOIRE : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT (SUITE) Ci-contre : la membrane interne de la mitochondrie comprenant les 4 complexes : o On voit que le complexe II ne dépasse pas de la mb et ne peut donc pas relâché de H+. o Le complexe 1 et le complexe II débutent en récupérant les électrons ▪ Le coenzyme Q les Bilan transfèrent ensuite au complexe III. ▪ Le Cytochrome C les transfère ensuite au complexe IV qui lui s’occupe 275 de les transférer à l’O2. Tout ceci permet la création d’une force osmotique utile à l’ATP synthase. Pour 1 NADH,H+ → 10 H+ Pour 1 FADH2→6 H+ 4. Substrats nécessaires à la phosphorylation oxydative PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Équivalents réduits (NADH,H+ ou FADH2) pour leur oxydation au niveau de la chaine mitochondriale o D’origine cytosolique : Membrane interne mitochondriale imperméable au NADH,H+ ▪ Notion de navette G3P : 1 NADH,H+cytosolique → 1 FADH2MTC et de navette malate-aspartate : SUBSTRATS ▪ 1 NADH,H+cytosolique → 1 NADH,H+MTC o D’origine MTC (-oxydation, PDH, CK) ADP et Pi pour la phosphorylation de l’ADP en ATP : o Devant passer dans la MTC par l’intermédiaire de transporteurs spécifiques ▪ Utile à l’ATP synthase Rappel : Le NADH,H+ est plus énergétique que le FADH. 11  NAVETTE GLYCEROL-3-PHOSPHATE (G3P) NADH obtenu par la glycolyse va être catalysé par la G3P déshydrogénase pour obtenir du G3P dans l’espace intermembranaire pour donner du FADH via Mécanisme la réduction du FAD par la G3P déshydrogénase On a donc : NADHcytosolique→G3P→FADHmitochondriale il y a donc une perte énergétique NAVETTE MALATE-ASPARTATE Permet de transporter le NADH du cytosol Mécanisme dans la matrice mitochondriale TRANSPORT DE L’ADP ET DU PI Le processus d'échange d'ATP et d'ADP se fait par la translocase et est coûteux en énergie : ≈ ¼ de l'énergie libérée par la chaîne respiratoire o En effet de la respiration aérobie est utilisé pour régénérer le potentiel de membrane dissipé par la translocase ATP/ADP. On a donc un mécanisme de passage inversé. Le gradient osmotique va donc servir non seulement à l’ATP synthase mais aussi à l’entrée d’ADP et de Pi. En même temps que le Pi va rentrer un proton o Casse le gradient de pH. ▪ Ces échanges ont donc un coup énergétique car utilise le gradient 12  A. Structures – complexes de la chaîne respiratoire FONCTIONNEMENT DE LA CHAINE On a donc bien un transfert des électrons entre couple redox dans le sens du gradient de potentiel redox (du + négatif au plus positif) jusqu’à l’O2 : o NADH → O2 : E° chute de 1.14 V o FADH2 → O2 : E° chute de 0.855 V À chaque couple : on a une augmentation du potentiel rédox. o Jusqu’au couple O2/H2O qui a donc le plus grand potentiel redox. o On observe que le NADH à une chute plus importante que le FADH2 d’où le fait que le NADH est le plus énergétique (les chiffres ne sont pas à connaître) 13  FONCTIONNEMENT DE LA CHAINE (SUITE) Reçoit les électrons du NADH,H+ et les passe au coenzyme Q via le FMN et les protéines à centre Fer-S NADH,H+ + CoQ + 5 H+ matrice → NAD+ + CoQH2 + 4 H+espace inter Couplage avec l’expulsion de 4 H + Complexe I Le coenzyme Q peut transférer jusqu’à 2 e- Assemblage contenant la succinate déshydrogénase à coenzyme FAD ème catalysant la 6 réaction du CK et plusieurs protéines à centre Fe-S Complexe recevant les électrons du FADH2 Complexe et les passe au CoQ via les protéines à centre II Fe-S FADH2 + CoQ → FAD + CoQH2 Pas d’expulsion d’H+ ! Coenzyme Q transporte tous les électrons provenant du catabolisme oxydatif (complexe I et II) Le cytochrome C ne transporte qu’un électron o On a donc besoin de 2 cytochromes C ▪ Le flux devient mono-électronique (avant il était bi-électronique = 2 électrons transportés) Complexe Reçoit les électrons du CoQH2 (réduit) III provenant du complexe I ou II et les passe au cytochrome c via les cytochromes et les protéines à centre Fer-S du complexe. CoQH2 + 2 Cyt c (Fe3+) + 2 H+matrice → CoQ + 2 Cyt c (Fe2+) + 4 H+espace intermembranaire Expulsion de 4 H+ 14  FONCTIONNEMENT DE LA CHAINE (SUITE) Reçoit les électrons du cytochrome C et les passe à l’oxygène moléculaire (réduction en Complexe H2O) via les cytochromes a et a3 IV 2 Cyt c (Fe2+) + ½ O2 + 2H+ → 2 Cyt c (Fe3+) + H2O Expulsion de 2 H + B. AU TOTAL : En calculant la variation d’énergie libre en partant du NADH (soit tous les complexes !) : -220kJ/mol Calcul pas à connaître Ici on calcule en partant de FADH donc il y pas les 4H + du complexe I (que 3 complexes interviennent) Energie : -172kJ/mol (moins énergétique) 5. Couplage entre oxydation et phosphorylation Théorie chimio-osmotique de P. Mitchell (1961) : explique ce couplage entre oxydation des NADH,H+/FADH2 et phosphorylation de l’ADP par un gradient de protons à travers la membrane mitochondriale (transfert d’énergie chimique en énergie osmotique et à nouveau en énergie chimique) o Se fait donc en 2 parties : PARTIE 1 : ÉNERGIE CHIMIQUE (OXYDATION) CONVERTIE EN ÉNERGIE OSMOTIQUE Passage des H+ dans l’espace intermembranaire va créer : Différence de pH (gradient, acide dans l’espace intermembranaire et basique dans la matrice) = composante chimique Différence de charge (+ dans l’espace intermembranaire (dû aux protons), - dans la matrice créant un potentiel de membrane) = composante électrique Ensemble des 2 = Force proton-motrice 15 Quelle est l’énergie libre associée avec ce gradient d’H + ? ( LES CALCULS NE SONT PAS A CONNAITRE) ΔG'globale = (n. F. ΔΨ) + (2,303. n. RT. ΔpH) Δp = ΔΨ + Z. ΔpH = ΔG'globale / n.F À 37°C, dans les conditions physiologiques : o Δp = ± 0.2 - 0.25 V (valeur positive indiquant le passage de protons de l’espace intermembranaire vers la matrice) o ΔpH = - 1.4 o ΔΨ = 0.14 V o ΔG’ globale = -21.8 kJ/mol par proton expulsé (à chaque proton expulsé : variation d’énergie de -21.8 kJ/mol) A. Oxydation du NADH,H+ : OXYDATION DU NADH,H+ Énergie chimique théorique : ΔG°’ = -220 kJ/mol Énergie osmotique crée : gradient de protons avec 10 H + ⇒ ΔG’ = - 21.8 x 10 (car 10 H+ en partant du NADH) = - 218 kJ/mol Énergie utilisée Rendement de la conversion énergie chimique/osmotique : > 90% o → On a donc ici un fonctionnement plus efficace car toute l’énergie est convertie en énergie osmotique. B. Oxydation du FADH2 : OXYDATION DU FADH2 Énergie chimique théorique : ΔG°’ = -172 kJ/mol Énergie osmotique crée : gradient de protons avec 6 H+ ⇒ ΔG’ = - 21.8 x 6 (car 6 H+ en partant de FADH2) = -130.8 kJ/mol Rendement de la conversion énergie chimique/osmotique : ≈ 75-80% Énergie utilisée Création d’un gradient de proton ΔpH et d’une asymétrie de charge= potentiel de membrane Ici on a moins d’énergie potentiel de base (car seulement 6 H +) et on en perd plus (rendement de 75/80%). Ce calcul nous permet au final de connaître le rendement. Pas à apprendre mais retenir que la variation tient compte de la variation de pH et du potentiel de membrane → on obtiendra une équation qui montre que le rendement dépend plus de la variation du potentiel de membrane que celle de pH. 16 PARTIE 2 : CONVERSION DE L’ÉNERGIE OSMOTIQUE EN ÉNERGIE CHIMIQUE (PHOSPHORYLATION) AU NIVEAU DU SITE DE SYNTHÈSE DE L’ATP = ATP SYNTHASE Permet donc le transfert d’énergie osmotique en énergie chimique 17  6. Phosphorylation oxydative : structure et fonctionnement de l’ATP synthase Structure de l’ATP synthase ou ATPase F0/F1 : complexe multiprotéique comportant 2 domaines : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT Correspond à un rotor (qui tourne), à chaque tour modifiera le domaine F1 Segment hydrophobe présent dans la membrane interne, contient le canal H + du Domaine F0 : complexe association de Canal H+ : couronne comprenant 8-14 sous-unités c (renferme chacun un groupement sous-unités protonable cad un groupement aspartate pouvant capter un H +) a,b,c Sous-unité a : forme 2 demi-canaux à H+ Sous-unités b : liaison F0/F1 Correspond à un stator (aucun mouvement) qui change de conformation à chaque tour de F0 Hydrophile faisant saillie dans la matrice, porte l’activité enzymatique (++ ) Comprend 5 types de sous-unités polypeptides : 3α, 3β, 1δ , 1ϒ, 1ε Domaine F1 : association de Sous-unités 3α, 3β : (chaque sous-unité sous-unités  et  se couple pour former des sous- α, β, δ, ϒ, ε domaines Sous-unités 1ϒ, 1ε : forme la tige On a donc 3 sous-domaines), elles sont centrale, la ss-u ϒ rompt la symétrie de disposées alternativement dans un l’hexamère : hexamère, homologues les unes des autres, font partie de la famille des o Chacune des ss-u β est alors distincte NTPases à boucle P, les 2 se lient aux du fait de son interaction avec une nucléotides mais seules les sous-unités β face différente de ϒ participent directement à la catalyse Sous-unité δ : liaison F0/F1 18  STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT (SUITE) Le passage d’H+ dans la matrice est couplé à la rotation de la couronne du rotor (couronne c/ϒ/ε) Entrée dans membrane d’H+ pas au même endroit que la sortie (grâce à la sous-unité ) obligeant la rotation pour permettre la sortie d’H+ dans la matrice (les H+ sont donc obligés de passer par la couronne !) H+ sur sous-unité c contenant un Asp Rotation de ϒ induit des changements de conformation des sous-unités β Fonctionnement o À chaque tour : changement de conformation et de l’ATP donc fonctionnement différent (chaque confo à synthase : un fonctionnement distinct) Les états conformationnels adoptés par les sous- unités β sont appelés +++ : o βO pour "ouvert" ("open") : relargage ATP o βL pour "relâché"("loose") : Fixation ADP + Pi o βT pour "à haute affinité" ("tight") : formation ATP o Dès qu’il y a une rotation de 120° changement de conformation ΔG°’synthèse ATP = 30.5 kJ/mol ΔG°’oxydation NADH,H+ : ΔG°’ = - 220 kJ/mol, (au max) 19 7. Bilan BILAN ÉNERGÉTIQUE Correspond à l’énergie chimique transformée en énergie osmotique : o Gradient de protons avec 10 H+ ⇒ ΔG’ = - 21.8 x 10 = -218 kJ/mol ⇒ oxydation d’un NADH,H+ ⇒ 7 ATP ? Partie 1 ▪ (si méca au top : en théorie 7 mol d’ATP formé car besoin de 30.5 kj/mol pour en créer une et disposition de 218 par la transformation de l’énergie chimique (218/30.5 ≈ 7 ) Correspond à l’énergie osmotique transformée en énergie chimique (phosphorylation) : 3 H+ ≈ 1 ATP o Donc à partir de 1 NADH,H+ (10 H+) ⇒ 3.33 ATP et 1 FADH2 (6 H+) ⇒ 2 ATP ? ▪ Non car la force proton-motrice sert de source d’énergie pour d’autres choses que la synthèse d’ATP (transport phosphate (1 H+/Pi) + échange ADP/ ATP + Partie 2 navettes électrons) + fuites (les prot re-rentrent) (10%)→ Perte de rendement ! o Mesure expérimentale : 2,44 ATP/NADH (soit 2.5), 1,47 ATP/FADH2 (soit 1.5) o On va donc avoir une rupture de l’énergie proton motrice car les échangeurs l’utilisent aussi. o Les transporteurs cassent le gradient en utilisant de l’énergie ! ▪ Donc explique pourquoi on n’a pas un rendement de 100% ! 20 8. Régulation chaine respiratoire / phosphorylation oxydative CHAÎNE RESPIRATOIRE/PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Pas de régulation allostérique ou covalente. Principaux régulateurs : disponibilité en substrat (ADP ++++) et besoin en ATP mais Régulation aussi en NADH,H+ et FADH et le ΔΨ(= différence de charge) quand ↘ active la chaine respiratoire. A. Rapport ATP/ADP et disponibilité en ADP : DISPONIBILITÉ EN ATP/ADP [ATP]>>>[ADP] (ATP/ADP↗) dans cytoplasme et mitochondrie donc [ADP] dans MTC faible o ATPase ralentie (pas de substrat) Au repos o Chaine respiratoire ralentie (oxydation NADH,H+ et FADH2 bloquée) ▪ Consommation d’O2 faible (ΔΨ potentiel de membrane élevé car ATPase non fonctionnelle). Car ce qui casse le potentiel de mb est l’ATP synthase, or ici ne fonctionne pas. Besoin d’ATP +++ ↘ [ATP] mais rarement > 50%, en revanche ↗↗↗ [ADP] dans le cytoplasme (10 à 100x) ↘↘↘ du rapport intra-MTC ATP/ADP activation de l’ANT et rentrée de l’ADP (+ Pi + A l’effort H+) dans mitochondrie ⇒ ↘ ΔΨ car l’ADP est moins chargée négativement que l’ATP o Activation de la chaine respiratoire (oxydation NADH,H, FADH2 pour rétablir ΔΨ et le gradient de pH) o Activation de l’ATPase (présence des substrats ADP + Pi et de la force proton- motrice) Ce qui conditionne réellement le fonctionnement est donc l’ADP ! o O2 : ce n’est pas un élément de régulation de la phosphorylation oxydative mais un élément de fonctionnement de la mitochondrie En général o L’AÉROBIE est nécessaire au fonctionnement de la mitochondrie. ▪ C’est un élément indispensable pour le fonctionnement (toujours présent sauf en total hypoxie) 21  9. Inhibition de la chaine respiratoire et/ou de la phosphorylation oxydative : COMPLEXE : INHIBITEURS : Roténone : était présente dans pesticides, insecticides désormais interdite, lien avec maladie de Parkinson / Toxique +++ Complexe 1 Isocyanate de méthyle : intermédiaire notamment utilisé pour la synthèse des carbamates insecticides ⇒ catastrophe de Bhopal Chaîne Antimycine A : produite à partir de bactéries du genre Streptomyces, respiratoire Complexe III utilisée de manière expérimentale essentiellement Cyanure Complexe IV Azide CO /!\ Inhibition d’un seul des complexes entraîne l’inhibition de toute la chaîne respiratoire mitochondriale o Diminution de la consommation d’O2 (= inhibiteurs de la chaîne respiratoire mitochondriale) Oligomycine (macrolide produit par les bactéries du genre Streptomyces et utilisé comme antibiotiques) ATP- But : bloquer le fonctionnement de la chaine respiratoire des bactéries pour les tuer synthase Empêche l’influx d’H+ à travers l’ATP synthase => chaine de transport des e- cessent de fonctionner Atractyloside (hétéosides produits par les plantes) ADP/ATP Acide bongkrekique (produit par Pseudomonas concovenenans, pouvant contaminer translocase les noix de coco) DNP Découplant UCP 22  A. Notion de découplage : DÉCOUPLAGE Oxydation des équivalents réduits par la chaine respiratoire n’étant plus associée à la phosphorylation en raison d’une dissipation du gradient de protons (dissipation de la Définition force protonmotrice) Activation de la chaîne respiratoire sans faire d’ATP, permet de dissiper l’énergie sous forme de chaleur : production de chaleur = consommation accrue d’O. Exemple Thermogénine essentiellement chez les enfants et très peu chez les adultes (voire pas du tout). Permet la thermorégulation chez le nouveau-né. 23