La chaîne respiratoire mitochondriale(CRM)
et oxydations phosphorylantes
1ière année Pharmacie, 2012-2013Biochimie métabolique
Pr Bouhsain Sanae
Plan I-Définition
II- La CRM et oxydation phosphorylante:les substrats Les constituants
III- Le bilan de la CRM et de l’oxydation phosphorylante
IV- La régulation de la CRM
V- Les anomalies de la CRM
Conclusion
I– Définition
• CRM ou phosphorylation oxydative ou oxydation phosphorylante
• Processus qui couple la réoxydation des NADH,H+ et FADH2 à la synthèse d’ATP par phosphorylation de l’ADP
• Utilise un ensemble d’enzymes et de coenzymes d’oxydoréductions (groupements prosthétiques)
• Transfert des équivalents réducteurs jusqu’à l’accepteur final: l’oxygène moléculaire
• Localisation: membrane interne de la mitochondrie
II- La CRM 1- Les substrats
• Le FADH2: origine mitochondriale– Oxydation des acyl CoA (métabolisme des acides gras)– Oxydation succinate en fumarate (fait partie cycle de Krebs)
– Oxydation du glycérol3P en DHAP: navette Glycérol-phosphate
• Le NADH,H+: – origine mitochondriale:
• Cycle de Krebs, oxydation du Pyruvate, β oxydation AG
– origine cytosolique: • Ne peut traverser membrane mitochondriale• oxydation de divers substrats: PGA, lactate…• navette Malate-Aspartate
II- La CRM2- Les complexes de transport d’électrons
Les complexes de la CRM
Les complexes de la CRM2 ensembles fonctionnels
1- La chaîne d’oxydo-réduction: transport d’e-
• 4 éléments fixes: complexes I, II, III et IV • 2 éléments mobiles:
– Ubiquinone( coenzyme Q): nature lipidique– Cytochrome c: nature protéique
2- Le mécanisme de phosphorylation: formation ATP• Complexe V: ATP synthase
• Chaque complexe de la CRM est: – un système rédox: Forme réduite et forme oxydée– Capable de donner ou recevoir un nombre donné de H+ et d’e-
• Les systèmes rédox interviennent dans l’ordre croissant de leur potentiel rédox E°’– Des plus réducteurs vers les plus oxydants
Pompe à protons
(donc ∆G°’ >30.5KJ/mol)
La synthèse d’ATP est proportionnelle au gradient de protons
Théorie chimio-osmotique Mitchell (1961)• Complexes I, III et IV: pompes à protons vers
espace intermembranaire
• Création gradient électrochimique de protons de part et d’autre de la membrane mitochondriale interne:– Les protons éjectés dans l’espace intermembranaire
tendent à rentrer dans la matrice
• Membrane interne: imperméable
Théorie chimio-osmotique Mitchell( Prix NOBEL 1974)
• Flux de protons convertie en énergie chimique: ATP
• Utilisation du complexe V: ATP-synthase
• Complexe V: ATP- synthase
Transport de l’ATP vers l’espace inter-membranaire
• Échange ATP contre l’ADP: antipore
• Entrée dans la matrice d’un H+ et de l’ion phosphate: sympore
III- Bilan énergétique de la CRM
• Oxydation d’1 NADH,H+ génère un flux de 10 H+ – 4 pour Complexe I– 4 pour Complexe III – 2 pour Complexe IV
• L’oxydation d’1 FADH2 génère un flux 6 H+
• La formation d’1 ATP nécessite un flux de 3 protons
• Bilan: – 1 NADH,H+ génère 2,5 ATP: traditionnellement 3 ATP– 1 FADH2 génère 2 ATP
Bilan total glycolyse + cycle de Krebs
Bilan total de la respiration cellulaire aérobie
4- Régulation de la CRM
Régulateurs
• Concentration en 02: respiration –circulation
• Rapport ATP / ADP:– Faible: CRM stimulée– Élevé: CRM ralentie
• Rapport NAD+/NADH,H+:– Faible: CRM stimulée– Élevé: CRM ralentie
5- Anomalies de la CRM
Anomalies secondairesLes inhibiteurs de la CRM
Anomalies primaires: Cytopathies mitochondriales
• Déficits enzymatiques en complexe respiratoires:– Apparaît dès période néonatale– Maladies graves, souvent mortelles– Clinique: variable
• Muscle; intolerance à l’exercice, myolyse…..• Cerveau: épilepsie, démence….• Organes de sens: rétinopathies, surdité…..• Cœur: cardiomyopathie….• Rein: tubulopathie, glomérulopathie, insuffisance rénale• Foie: insuffisance hépatique, cirrhose
[Toutes les cellules de l’organisme dépendent de leur chaine respiratoire]
Conclusion
Récapitulatif du processus de transport des électrons et de la phosphorylation oxydative