La chaîne respiratoire

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1 La chaîne respiratoire Métabolisme UE1 Tutorat Santé Lyon Sud UE1 La chaîne respiratoire Cours du Professeur C. RODRIGEZ L ensemble des cours du Professeur fait habituellement l objet de X QCMs au concours. Le présent support de cours fourni par le Tutorat Santé Lyon Sud est destiné à faciliter votre prise de notes mais ne constitue en aucun cas une référence pour le concours. Seuls les cours ayant été dispensés par les enseignants et les supports mis à disposition par leurs soins sont légitimes. Veuillez prendre note que seul les polycopiés directement téléchargés depuis Spiral Connect sont certifiés en provenance du tutorat, toute autre source est potentiellement compromise. Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 1/8

2 La chaîne respiratoire Métabolisme UE1 TABLE DES MATIERES I. GENERALITES... 3 II. FONCTIONNEMENT GENERAL DE LA CHAINE RESPIRATOIRE... 3 III. L ATP SYNTHASE (COMPLEXE V DE LA CHAINE RESPIRATOIRE)... 5 IV. BILAN ENERGETIQUE :... 6 V. THERMOGENESE /8 Tutorat Santé Lyon Sud ( )

3 La chaîne respiratoire Métabolisme UE1 I. GENERALITES Nécessité vitale pour l homme de produire de l ATP (40kg/j chez l homme au repos) : synthèse, potentiels électriques, contraction musculaire En aérobie, grande majorité de l ATP formée dans les mitochondries Catabolisme oxydatif (glucides, lipides, protéines) : faible production d ATP mais production de coenzymes réduits NADH,H + et FADH 2 = molécules riches en énergie : possèdent chacune une paire d électrons de haut potentiel de transfert énergétique Ré-oxydation NADH,H+ et FADH2 : indispensable à l entretien du catabolisme oxydatif Chaîne respiratoire mitochondriale : Dernière étape du catabolisme oxydatif Localisation : membrane interne (crêtes) Chaque mitochondrie contient des milliers d exemplaires de la chaîne de transport d électrons L oxygène moléculaire apporté aux cellules par l hémoglobine est l accepteur final des électrons de l hydrogène provenant du catabolisme H 2 + ½ O 2 H 2 O + énergie ΔE = +1,24V et ΔG = -239kJ/mol : réaction explosive Dans les cellules : protection contre l explosion grâce au transport par étape des électrons sur les complexes de la chaîne respiratoire Variation de potentiel et d énergie par pallier depuis le cofacteur réduit jusqu à l oxygène II. FONCTIONNEMENT GENERAL DE LA CHAINE RESPIRATOIRE Transfert des électrons de NADH,H+ et FADH2 au cours d une succession de réactions d oxydoréduction jusqu à l accepteur final oxygène L énergie libre des électrons est utilisée pour la synthèse d ATP par phosphorylation de l ADP Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 3/8

4 La chaîne respiratoire Métabolisme UE1 Le couplage de la ré-oxydation des co-enzymes réduits à la synthèse d ATP = oxydations phosphorylantes (phosphorylation oxydative : terme impropre) Série de transporteurs d e- (chaîne de transporteurs d électrons) : protéines intégrées dans la mb interne mito : complexes I à IV + 2 protéines mobiles (coenzyme Q=ubiquitinone, cytochrome C) : assurent les liens entre les différents complexes protéiques de la membrane Les électrons sont transférés des complexes I et II au complexe III par le coenzyme Q et du complexe III au complexe IV par le cytochrome C Transmission des électrons du NADH,H + et FADH 2 jusqu à O 2 via complexes et cofacteurs dans le sens croissant de leur potentiel redox (du plus électronégatif (NADH,H + ) vers le plus électropositif O 2, accepteur final) L oxygène réagit avec les protons pour donner de l eau Trajet des e- au sein des composants de la chaîne respiratoire Complexe I : NADH déshydrogénase Complexe II : succinate déshydrogénase (commun cycle de Krebs) Complexe III : cytochrome bc1 Complexe IV : cytochrome c oxydase (cytochrome aa3) CoQ : coenzyme Q ou ubiquinol 4/8 Tutorat Santé Lyon Sud ( )

5 La chaîne respiratoire Métabolisme UE1 Le passage des e- via les complexes est couplé à l expulsion de protons hors de la matrice par complexes I, III, et IV Les complexes I (4H+), III (2H+), IV (4H+) sont pourvus de canaux à protons Retour des protons via l ATP synthase (complexev) = utilisation du gradient électrochimique, couplé à la phosphorylation d ADP en ATP D où le nom de phosphorylation oxydative (prix Nobel de médecine Peter Mitchell) Une molécule de NADH provoque l expulsion de 10H+ dans l espace intermembranaire : 3 molécules d ATP formées Une molécule de FADH 2 provoque l expulsion de 6H+ dans l espace intermembranaire : 2 molécules d ATP formées III. L ATP SYNTHASE (COMPLEXE V DE LA CHAINE RESPIRATOIRE) Enzyme qui utilise la force proto-motrice ( projections sphériques au niveau de la membrane interne) Deux parties distinctes, F0 et F1 o F0 (complexe transmembranaire, dans la membrane interne) : canal à protons constitué de 3 protomères o F1 (tête sphérique) = sous-unité catalytique constitué de 5 protomères : ADP o + Pi ATP Tutorat Santé Lyon Sud ( ) 5/8

6 La chaîne respiratoire Métabolisme UE1 Utilisation du gradient électrochimique pour activer la phosphorylation d ADP en ATP par la F0F1- ATPsynthase Rotations initiées par le passage des H+ vers la matrice (force protomotrice) en F0 Rotations couplées à des changements conformationnels de la sous-unité catalytique = formation de l ATP IV. BILAN ENERGETIQUE : Oxydation d 1NAH,H + = expulsion de 10H + 4H + (CI) + 2H + (CIII) + 4H + (CIV) = 10H + Production de 3 ATP Oxydation d 1 FADH2 = expulsion de 6H+ 2H + (CIII) + 4H + (CIV) = 6H + Production de 2 ATP V. THERMOGENESE Elle fait partie des dépenses énergétiques Une proportion significative de la respiration mitochondriale n est pas couplée à la synthèse d ATP : découplage Protéines découplantes : famille des protéines UCP permettent le retour des protons dans la matrice sans activation de l ATP synthase Energie dissipée sous forme de chaleur par découplage (soit 25 % de l energie intiale) : thermogenèse physiologique Cycle de Krebs couplé aux oxydations phosphorylantes 6/8 Tutorat Santé Lyon Sud ( )

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8 La chaîne respiratoire Métabolisme UE1 8/8 Tutorat Santé Lyon Sud ( )