Principles of Biochemistry

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Camille Lessard
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Chapter 18: Electron Transport and Oxidative

11 Oxydation du NADH cytoplasmique

12 Transporteur de Nucleotides ATP/ADP

13 Principes de la CHAINE RESPIRATOIRE

16 Principes de la CHAINE RESPIRATOIRE

18 Agents de Transport électronique : Complexes FeS

19 Agents de Transport électronique : Complexes FeS

20 Agents de Transport électronique : FLAVINE

21 Agents de Transport électronique : FLAVINE

22 Agents de Transport électronique : UBIQUINONE

25 Agents de Transport électronique : CYTOCHROMES

26 Agents de Transport électronique : CYTOCHROMES

27 Agents de Transport électronique : CYTOCHROMES

28 Agents de Transport électronique : CYTOCHROMES

29 Agents de Transport électronique : CYTOCHROMES

30 Agents de Transport électronique : CYTOCHROMES

31 CHAINE RESPIRATOIRE Notion de potentiel redox Donneur d e - <===> accepteur d e - K Equation de Nernst: E=E 0 + RT/nF x ln (ox)/(red) Systèmes couplés: or: Equation de Gibbs: ou E=E RT/nF x log(ox)/(red) = E 0 + RT x lnk/nf F=cte Faraday A ox + B red <===> A red + B ox k ΔE = E A - E B = RT x lnk /nf ΔG 0 = -RT x ln k donc: ΔG 0 = -ΔE 0 nf en Joules ΔG 0 = -ΔE 0 x nf/4.212 en cal n= nombre d électrons transférés donc: un transfert d e- d un accepteur sur un donneur génère de l énergie connaissant E A0 et E B0 et n => on déduit ΔG 0

32 Exemples CHAINE RESPIRATOIRE A/ Gibbs: Glu-1-ph <===> Glu-6-ph 1mM k 19 mm =>k =19 ΔG 0 =-RT lnk = -(8.3)(298)(ln19) = -7.3 kj B/ transfert entre 2composés NADH <===> NAD + + 2e V 2cyt. c red <===> 2cyt.c ox + 2e V ΔG 0 = -ΔE 0 nf = -(0.26-(0.32))(2x96500) = kj = kcal/mol C/ supposons ΔE 0 = 0.2 V et n=2 (transfert de 2e-) ΔG 0 = -nf ΔE 0 = (2x96500)x0.2 =38.7 kjoules/mole = 9.4 kcal/mole or: ADP + Pi + 36 kj => ATP (=8.73 kcal/mole) donc: UNE CHUTE DE POTENTIEL DE >0.2 V FOURNIT L ENERGIE SUFFISANTE & NECESSAIRE POUR LA SYNTHESE DE 1 ATP

33 Exemples D/ Transport de Molécule chargée: CHAINE RESPIRATOIRE ΔG 0 =-RT ln c 1 /c 2 + ΖF ΔΨ Δpsi=différence de potentiel membranaire Ζ= charge de molécules transportées à travers la membrane Translocation de proton: log c 1 /c 2 = log H + in/h + out = logδph => ΔG 0 =2.3RT ΔpH + ΖF ΔΨ Exemple:ΔpH = 1.4 & ΔΨ = 60 mv Ζ=1 (charge de 1 proton transloqué) => ΔG 0 = 2.3x8.13x x96.5x0.06 = 7.86 kj or: synthèse de 1mole ATP nécessite ca. 7.6 kcal = 32 kj donc: pour synthétiser 1ATP il faut 32:7.86 = 4.01 H + transloqués Translocation de 1H + : ΔG 0 = 21.5 kj/mole Complexe I : 4H + Complexe III: 4H + => ΔG 0 = 200 kj/mole Complexe IV: 2H + Synthèse de ATP : requière ca. 50 kj (car ca. 1 H + utilisé pour antiport ATP/ADP)

34 FORMATION d ATP Chaîne de transport d électrons Entrent par le Complexe I (NADH): 42 sous-unités / 10 6 Da ou Complexe II (FADH) 7 sous-unités Transferent les e - des Complexes I et II sur Coenzyme Q (ubiquinone) Lipide - Electrons transportés de Q vers le Complexe III Complexe III Cytochrome b c1 / donne les electrons au Cytochrome c Protons transportés par co-enzyme Q (Q-cycle) Cytochrome c alimente le Complexe IV: transfert e - sur O 2 L énergie libérée permet une translocation de H + Complexes I & IV: = Proton pumps =>active ATP synthase

35 APPROCHES EXPERIMENTALES Bleu = réduit Rouge=oxydé INHIBITEURS de la Chaîne Respiratoire L emploi d inhibiteurs a permis de définir la séquence de la chaîne respiratoire

36 Rapport P/O = nombre d ATP formés/oxygen reduit NADH 3ATP/Oxygen consommé FADH 2 2 ATP/oxygen consommé Cytochrome c 1 ATP/oxygen consommé Gradient de proton & synthèse d ATP sont couplés Dissipation du gradient de protons bloque la synthèse d ATP

37 POTENTIEL REDOX

38 POTENTIEL REDOX

39 POTENTIEL REDOX

40 CHAINE RESPIRATOIRE

41 COMPLEXE I = NADH DESHYDROGENASE hèmes b562 / b566 / c1 hèmes a / hème a3

42 COMPLEXE I = NADH DESHYDROGENASE

43 COMPLEXE I = NADH DESHYDROGENASE

44 Complexe II = SUCCINATE DESHYDROGENASE hèmes b562 / b566 / c1 hèmes a / hème a3

45 Complexe II = SUCCINATE DESHYDROGENASE 4 polypeptides dont 2 peptides = succinate deshydrogenase Electrons transferés au FADH 2 puis au Coenzyme Q transfert du FADH 2 au Co Q Faible difference d energie pas couplé à la synthèse d ATP

46 Complexe II = SUCCINATE DESHYDROGENASE COMPLEXE II Succinate Deshydrogénase ETF (electron transfert Flavoprotein) Glycérophosphate deshydrogénase

47 Complexe II = SUCCINATE DESHYDROGENASE

48 Oxydation du NADH cytoplasmique GLYCEROPHOSPHATE DHase cytoplasmique 3-Phosphoglycerol dehydrogenase mitochondriale

49 COMPLEXE III UBIQUINONE-CYTOCHROME c OXIDOREDUCTASE hèmes b562 / b566 / c1 hèmes a / hème a3

50 COMPLEXE III UBIQUINONE-CYTOCHROME c OXIDOREDUCTASE Transfert d é- de CoQ sur cytochrome c Cytochrome c: =petite proteine soluble dans l espace intermembranaire Cytochrome c: transporte les electrons au Complexe IV

51 COMPLEXE III UBIQUINONE-CYTOCHROME c OXIDOREDUCTASE Contient: - cytochrome b L (b 562 ) - cytochrome b H (b 566 ) - cytochrome c 1 - Fe 4 S 4 - CoQ

56 Cytochrome c

57 Cytochrome c (electron carrier) Liaison covalente sur Cys-!!!

58 COMPLEXE IV = CYTOCHROME OXYDASE hèmes b562 / b566 / c1 hèmes a / hème a3

59 COMPLEXE IV = CYTOCHROME OXYDASE 13 ss-unités Cu a - Cu b hème a - hème a 3 2H +

63 ROS (=reactive oxygen species)

64 ROS (=reactive oxygen species)

65 Cytochrome c ROS (=reactive oxygen species)

67 Résumé de la chaîne respiratoire Chaîne de Transport d électron Electron transport chain establishes proton gradient. Oxidative phosphorylation uses proton gradient to produce ATP.

68 Theorie chimiosmotique

69 H + Theorie chimiosmotique Une particule chargée (H + ) est pompée => un gradient est crée Composants électriques & ph du gradient forment la force proto-motrice Δp Definition de la force proto-motrice en termes energetiques Δp =ΔΨ 2.3RT/F (ΔpH) Δp = force proto-motrice ΔΨ = potential membranaire ΔpH = difference ph in/out Dans la mitochondrie à l état de respiration ΔpH = (-1.4) ΔΨ = 0.14 Δp = 0.22V ΔG = 2.3 RT (ph(in) ph(out)) + Z ΔΨ = 21.8 kj/mol protons pompés Z = charge du proton

70 Theorie chimiosmotique

72 Theorie chimiosmotique Synthèse chimiosmotique d ATP (membrane mitochondriale interne) NADH + H+ libèrent 2e- plus 2H + dans la chaîne de transport électronique. NAD+ est reutilisé. Les électrons traversent la membrane en 3 endroits, déplacant chaque fois 2H + dans l espace intermembranaire Donc chaque NADH + H + déplace 6 protons. Les électrons du FADH2 déplacent 4 protons. FAD est aussi réutilisé. Pour chaque molecule de glucose, 68 protons sont déplacés dans l espace intermembranaire. Il faut 2 protons déplacé à travers l ATP synthetase pour convertir ADP + Pi ->ATP (total 34 ATP.) 2 electrons + 1 / 2 O H + ->H2O.

73 COMPLEXE V = ATP SYNTHASE Complexe V ATP Synthase F 1 F 0 -ATPase Composante catalytique Canal ionique membranaire 2 composants F 0 et F 1 liés par plusieurs protéines F 0 traverse la membrane interne & forme le canal ionique à H + F 1 reflux de protons couplé à la synthèse d ATP Flux de protons à travers F 0 active F 1 moteur rotatif via changements conformationels

74 COMPLEXE V = ATP SYNTHASE

77 Yeast F1-c 10 complex E.Coli F 1 F 0 ATPase ph=8 ph=5

86 TRANSPORTEURS

87 TRANSPORTEURS Malate-aspartate shuttle for transporting NADH (Liver, kidney, heart, 2.5 ATP)

91 UCP = Uncoupling Protein UCP1 = Thermogenin

96 Cu-Zn Dismutase 2O H + -> H 2 O 2 + O 2

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