Rappel du plan 5.4 Les Mitochondries -Rappel sur les formes d énergie cellulaire -Origine et structure des mitochondries -Fonctions : Respiration et fourniture d énergie / Métabolisme oxydatif -Synthèse et importation des protéines dans la mitochondrie et flux des principaux réactants -Chaîne de transport des électrons (e - ) -Processus de phosphorylation oxydative et production d ATP -Cycle de krebs et production de NADH et FADH 2!Bilan énergétique 5.5 Les chloroplastes
Rappel: Formes d énergie biologique 1. L ATP: monnaie d échange énergétique, carburant cellulaire => (P15) 2. Le gradient trans-membranaire de proton (H + ) => variations du ph 3. L oxydation: une réaction en condition aérobie productrice d énergie sous forme d électrons libres! le couplage entre oxydation et phosphorylation via un gradient de proton
Les réactions d oxydation et de réduction On peut écrire l'équation générale: (1) AH 2 <=> A + 2e - + 2H + (2) (1): oxydation (2): réduction dans laquelle AH 2 agit comme un donneur d'électrons. AH 2 et A constituent aussi un couple redox conjugué qui peut réduire un autre composé B par transfert d'atomes d'hydrogène: AH 2 + B <=> A + BH 2 (Ex: AH 2 = FADH 2 ) Quand le potentiel redox de AH 2 est inférieur à celui de BH 2, cette réaction est exothermique ou dite exergonique donc spontanée.
Anatomie fonctionnelle de la mitochondrie " Bâtonnets d = 0,5 à 1!m ; L = 7!m. " Plasticité " Uniformément dans le cytosol sauf en mitose et dans les cas d associations fonctionnelles. " SEMI-AUTONOME:! Mito /ADN (Réplication);! Mito / ARN, ribosomes! Mito / Protéines " Enveloppe:! Membrane externe (pores <6kDa => Porines)! Membrane interne (e -, ATP synthase ou synthétase) " Matrice: enzymes du cyc. Krebs
Remarque 1: Sans mitochondrie les cellules des animaux et des champignons seraient des organismes anaérobies, dépendant énergétiquement du processus inefficace et primitif de la glycolyse. De nombreuses bactéries actuelles peuvent respirer comme les mitochondries. Remarque 2: Les cellules eucaryotes sont les descendantes d organismes primitifs anaérobies qui ont formé des symbioses avec des bactéries aérobies / production d énergie chimique. Définition de la respiration cellulaire: Un processus catabolique, fournisseur d énergie qui assure une dégradation complète du substrat et où l accepteur terminal des électrons pendant les processus d oxydoréduction est l O 2 (=> H 2 O)
Bilan général est : C 6 H 12 O 6 + 6O 2 => 6 CO 2 + 6 H 2 0 (-2870 KJ / mole de glucose) Capacité respiratoire est: -1,5 ml C0 2 dégagé / heure / g MS -1/10 de la valeur de la photosynthèse qui est de 10 à 20 ml de CO2 fixé / heure / g MS Quotient respiratoire est: QR = VCO 2 / VO 2 = 1 / sucres 0,5 / lipides 1,3 / a. organiques Cas des Chauves-souris Cas de Sauromatum guttatum Cas de l Arum / spathe à 50 C
ADN mitochondrial animal: Génome très compacte Absence de séquence intergénique non exprimé Il possède en particulier : -2 gènes ARNr (12 et 16 s), -22 gènes ARNt, -13 gènes codant des chaînes polypeptidiques / complexes de la membrane interne (transporteurs d électrons et ATP synthétases) Flux des réactants Pyruvate Acide gras Protéines Pyruvate e - Acétyl-CoA NADH FADH 2 H + Acide gras H + ATP CO 2 ADP Pi 0 2 ATP
Mitochondrie P68 Acétyl-CoA
Devenir du pyruvate Mitochondrie La mitochondrie constitue un compartiment cellulaire AEROBIE où la dégradation ultime du glucose par OXYDATION sous forme de C0 2 et d H 2 O génère un maximum d ATP.
Tout les chemins mènent à Ex: le catabolisme du glucose Cytoplasme (Anaérobie!) l Acétyl-CoA Siège de la glycolyse, la dégradation du Glucose génère 2 ATP et 2 pyruvates. Fermentation (Anaérobie) Ou Mitochondrie (Aérobie) (P49) La fermentation du pyruvate produit 1 ATP Siège de la respiration (CO 2, O 2, H 2 0), ces organites interviennent dans la phase finale de la dégradation du glucose par oxydation qui génère beaucoup d ATP
P69 Principe de la phosphorylation oxydative ayant lieu au sein de la membrane interne de la mitochondrie
La membrane interne et la chaîne des transporteurs d électrons (P69) Membrane interne Compartiment Inter-membranaire Matrice Gradient de H + La phosphorylation oxydative: Transfert d énergie oxydative sous forme d une liaison phosphorique (ATP) via un gradient de protons H + Rem: le FADH 2 est oxydé par le complexe II sans transfert de proton => 2 ATP!
Transport des électrons donnés par le NADH P70 1 NADH => 2 électrons => 9-12 H + => 3-4 ATP Transport des électrons donnés par le FADH 2 Fumarate + 2 H + 1 FADH 2 => 2 électrons => 7-8 H + => 2 ATP
Les donneurs d électrons et de protons (P15) NAD(P)H FADH 2
Ubiquinone Complexe IV cytochrome oxydase
La membrane interne ATP synthase ADP +P H+ ATP (P70) Matrice H+ H+ H+ H+ H+ H+
La membrane interne et la chaîne des transporteurs d électrons (P69) Membrane interne Compartiment Inter-membranaire Matrice Gradient de H + La phosphorylation oxydative: Transfert d énergie oxydative sous forme d une liaison phosphorique (ATP) via un gradient de protons H + Rem: le FADH 2 est oxydé par le complexe II sans transfert de proton => 2 ATP!
Cycle de Krebs ou cycle du citrate x 2 ATP cel. vég. Bilan pour une molecule de glucose: Glycolyse => 2 NADH x 2 / cytosol => 4 ATP / Mito Glycolyse => 2 pyruvates => Gain net : 2 ATP / Mito Krebs / Phosphorylation oxydative => 8 NADH + 2 FADH 2 = 26 ATP + 4 ATP = 30 ATP Gain total de 36 ATP = 1055 KJ => 40 % rendement
Anaérobie Cytoplasme Aérobie Mitochondrie Bilan énergétique de la dégradation du glucose
Oxydation du pyruvate (Matrice de la mitochondrie) Glycolyse (P48 et 68) GTP GDP + Pi
Catabolisme/anabolisme (P47) Les voies cataboliques par oxydation (=> dégradation) des nutriments (oses, a.a., nucl., ac. gras) fournissent l'énergie, sous forme d'atp, FADH 2 et NADH, nécessaire à la synthèse des macromolécules cellulaires (Anabolisme) et aux fonctions diverses de régulation (vie cellulaire).