LE CATABOLISME OXYDATIF

LMB BCPST1A 2012-2013
PARTIE 1 : BIOLOGIE CELLULAIRE ET MOLECULAIRE
1.2 LE METABOLISME CELLULAIRE
Chap BIO 7 : LE CATABOLISME
OXYDATIF
II- Les mitochondries et les oxydations respiratoires
Conclusion : Bilan énergétique de la dégradation
d’une molécule de glucose en voie aérobie
A- Les mitochondries
1 -Structure des mitochondries
1
3
5
II- Les mitochondries et les
oxydations respiratoires
• Organite formé par deux membranes
dont l'interne est plissée et constitue
les crêtes mitochondriales qui portent
les sphères pédonculées.
• L’espace central de la mitochondrie est
la matrice dans laquelle se déroule le
cycle de Krebs.
• Les mitochondries sont le lieu de
fabrication de la majorité de L’ATP.
Tavernier, R., Lizeaux, C.,
(2002). Sciences de la Vie
et de la Terre, Terminale
S, enseignement de
spécialité. Paris :
BRUNET 1
2
4
6

LMB BCPST1A 2012-2013
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
Périlleux, E., (collection). (2002). Sciences de la vie et de la Terre, Terminale
S, spécialité. Paris : Nathan. 7
8
9
11
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
BRUNET 2
10
12

LMB BCPST1A 2012-2013
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
2- Composition chimique
13
15
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
Alberts, B., Johnson
A., Lewis, J., Raff, M.,
Roberts, K., Walter, P.,
(2004). Biologie
moléculaire de la
cellule. Paris:
Flammarion. (4 ème
édition).
3- Différents compartiments
17 18
BRUNET 3
14
16

LMB BCPST1A 2012-2013
a- La membrane externe
b- L’espace intermembranaire =
chambre externe
c- La membrane interne
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23
• La membrane externe, lisse, contient de 30 à 40 % de lipides dont
une concentration relativement élevée de phosphatidylinositol, et de
60 à 70 % de protéines.
• Elle contient des porines, protéines transmembranaires, riches en
feuillets b qui forment des canaux transmembranaires largement
ouverts permettant le libre passage, la diffusion, de molécules à
masse moléculaire inférieure à 10.000.
• La membrane externe semble avoir pour fonction
principale le maintien de la forme de la mitochondrie.
• Très étroit, c'est un lieu de transit pour
toutes les molécules de taille inférieure
à 10 000 daltons (ions, protéines ... ),
qui traversent de manière passive la
membrane externe grâce aux porines
• Il contient également les protons H +
• Il contient aussi plusieurs protéines
impliquées dans l'apoptose
Maillet, M., (2002). Biologie cellulaire. Paris :
Masson. (9 ème édition)
BRUNET 4
20
22
24

LMB BCPST1A 2012-2013
• La membrane interne est aussi une bicouche
lipidique, plus riche en protéines que la
membrane externe présente des replis
nombreux ou crêtes mitochondriales
– Ce dispositif entraîne une augmentation d'un
facteur 3 de sa surface par rapport à celle de la
membrane externe
– La morphologie de ces crêtes varie selon l'activité
cellulaire et selon le type cellulaire
– Le nombre et la surface des crêtes sont corrélés
avec la demande en ATP de la cellule
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
d- La matrice
25
27
29
• Une dizaine d'édifices protéiques différents de
la membrane interne contribuent aux fonctions
essentielles de la mitochondrie
Des perméases et canaux responsables du
transport de molécules et d'ions
Les 4 complexes protéiques enzymatiques de la
chaîne respiratoire
Plusieurs complexes enzymatiques de l’ATPsynthase
qui produit l’ATP
Des enzymes indispensables à l'importation et à la
maturation des protéines
Berkaloff, A., Bourguet, J.,
Favard, P., Lacroix, J.C.,
(1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil
de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris :
Hermann.
• La matrice mitochondriale renferme de
très nombreux systèmes enzymatiques
qui interviennent dans de nombreuses
voies métaboliques
• En microscopie électronique à
transmission, elle apparaît comme une
substance finement granulaire.
• On peut y observer :
– Les ribosomes mitochondriaux
– l’ADN mitochondrial
BRUNET 5
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30

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B- La lipolyse et l’utilisation des
réserves lipidiques
Les acides
gras
Les acides gras appartiennent à la classe de composés appelée « lipides », molécules
hydrophobes très importantes qui possèdent plusieurs fonctions.
Ils sont des éléments
constitutifs des phospholipides
et des glycolipides (constituants
importants des membranes)
Les acides gras ont au moins 4 rôles physiologiques majeurs
Ils sont une source d’énergie
très importante
31
Des dérivés des acides gras
sont des hormones nécessaires
au métabolisme
Ils peuvent être liés aux
protéines pour en permettre la
localisation cellulaire
33
Les acides gras sont stockés surtout sous forme de triacylglycérol (esters non chargés
du glycérol):
Cellule adipeuse:
-Cytoplasme
-Noyau
-Globule de
stockage des
triacylglycérols
Les carbones des acides gras sont très réduits, donc ils possèdent beaucoup d’énergie
chimique. Les triacylglycérol sont donc des molécules de stockage de l’énergie très efficaces:
leur oxydation donne environ 9 kcal/mol, tandis que pour le sucres l’oxydation donne environ
4 kcal/mol.
35
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
1- Mobilisation des triglycérides
de réserve
Structure des acides gras
Chaîne hydrocarbure
(hydrogène et carbone),
typiquement en nombre pair
entre 14 et 24 C
S’il y a une ou plusieurs
double liaison entre deux
carbones (-CH=CH-),
l’acide gras est appelé
insaturé
Plus élevé est l’insaturation,
plus basse est la température de
fusion de l’acide gras et majeure
la fluidité de la membrane que
l’acides gras forme
Hydrolyses des triacylglycérols
BRUNET 6
32
Groupe carboxylique
(acide)
S’il y a seulement
une simple liaison
entre les carbones,
l’acide gras est
appelé saturé
Les triacylglycérols sont la forme principal de stockage des acides gras (chez l’homme ils
stockent environ 150 fois plus d’énergie que le glycogène), et pour les utiliser il faut hydrolyser
les triacylglycérols accumulés dan les adipocytes ou assimilés
Le glycérol peut être
converti en DHAP et
former du glucose par
la gluconéogenèse
36
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
34
Des enzymes appelés lipase catalysent
l’hydrolyse de la liaison ester entre
acides gras et glycérol.
Les lipases des cellules adipeuses
sont activées par phosphorylation,
induite par des hormones telles que
le glucagon et l’adrénaline
(l’insuline a l’effet opposé)

LMB BCPST1A 2012-2013
2 -La lipolyse
a- Activation des acides gras
b- b-oxydation des acides gras
saturés
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39
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Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
Dégradation des acides gras: activation
Les acides gras sont dégradés par oxydation au niveau du carbone b (b oxydation).
La première étape est l’activation des acides gras par liaison avec le Coenzyme A (en utilisant
l’énergie de l’ATP):
Acide gras Coenzyme A
Acyl-CoA
pyrophosphate
La réaction est rendue irréversible par l’hydrolyse rapide du pyrophosphate en 2 molécules de P i
L’activation est effectuée dans la membrane mitochondriale externe, la dégradation (oxydation)
dans la matrice mitochondriale:
BRUNET 7
Activation
Oxydation
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
Acyl-CoA synthétase
38
Le transport des acyl-CoA dans la
matrice mitochondriale est facilité
par une petite molécule appelée
carnitine
40
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
42

LMB BCPST1A 2012-2013
Weil, J.H., (2001). Biochimie générale. Paris : Masson. (9 ème édition).
1er tour
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
Dernier tour
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
43
45
47
• La b-oxydation englobe une séquence
répétée de quatre réactions:
– 1ère étape : Première déshydrogénation de
l’acyl-CoA par l’acyl-CoA déshydrogénase
– 2ème étape : Hydratation de la double liaison
par l’énoyl-CoA hydratase
– 3ème étape : Oxydation du groupe hydroxyle
du carbone b par l’ hydroxyacyl-CoA
déshydrogénase
– 4ème étape : Clivage (thiolyse)de l'acide gras
2ème tour
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
c- b-oxydation d’un acide gras
insaturé
BRUNET 8
44
46
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Dégradation des acides gras: b oxydation sur acides gras insaturés
Pour la dégradation des acides gras insaturés (avec des double liaisons), deux enzymes
supplémentaires sont nécessaires: une isomérase et une réductase.
Weil, J.H., (2001). Biochimie générale. Paris : Masson. (9 ème édition).
Weil, J.H., (2001). Biochimie générale. Paris : Masson. (9 ème édition).
Cet intermédiaire ne peut pas être utilisé pour les
réactions suivantes d’oxydation
La réductase (NADPH dépendant) réduit une double
liaison et déplace l’autre en position 3.
La double liaison entre C3 et C4 empêche la
formation de la double liaison entre C2 e C3
(premier intermédiaire de la b-oxydation)
L’isomérase convertit la double liaison pour obtenir
l’intermédiaire normal de la b-oxydation
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
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51
53
d- Bilan de la b-oxydation
e-Devenir du propionyl-coA
f- Devenir du glycerol
BRUNET 9
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LMB BCPST1A 2012-2013
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
• Phosphorylation du glycérol
• La réaction est catalysée par la glycérol kinase.
• Glycérol + ATP a glycérol 3-P + ADP
• Déshydrogénation du glycérol 3-P
• Elle est catalysée par la glycérol-P déshydrogénase.
• Glycérol 3-P + NAD + a 3-Pdihydroxyacétone + NADH,H+
• Isomérisation en glycéraldéhyde 3-P
• L’enzyme qui intervient est la TIM rencontrée dans la glycolyse. Le
glycéraldéhyde 3-P peut suivre la voie de la glycolyse.
• 3-Pdihydroxyacétone a glycéraldéhyde 3-P
• La libération des acides gras par le tissu
adipeux est contrôlée :
– par la vitesse de l’hydrolyse des
triacylglycérols et
– par celle de l’estérification du glycérol par les
acyl-CoA.
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
55
57
59
3- Régulation de la lipolyse
4- Cétogenèse
Les corps cétoniques
Une série de réactions (qui se déroulent surtout dans le foie) permet la
production de molécules appelées « corps cétoniques » à partir de
l’acétyl-CoA.
L’acétoacétate est une importante source d’énergie, en condition
normale surtout pour le muscle cardiaque, et en condition de jeûne
prolongé aussi pour le cerveau (qui normalement utilise le glucose).
L’acétoacétate produit dans le foie est transporté par le sang vers les
tissus périphériques qui le retransforment en Acétyl-CoA pour le cycle
de Krebs.
Au cycle de Krebs
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
BRUNET 10
56
58
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C- Le cycle de Krebs : voie
terminale de la dégradation
oxydative des métabolites
énergétiques
Localisation du Cycle de Krebs
mitochondrie
61
La décarboxylation du pyruvate
pour former l’Acétyl-CoA et toutes
les réactions de la voie ont lieu
dans la matrice mitochondriale.
Chez les procaryotes, ce cycle se
déroule dans le cytoplasme (ils
n’ont pas de mitochondries)
Contrairement à la glycolyse, le cycle de Krebs n'existe que chez les
organismes aérobies
• En 1932, Hans Krebs étudie l'oxydation des
petites molécules organiques par le tissu
hépatique et le tissu rénal.
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
• En 1935, en Hongrie, Albert Szent-Györgyi étudie
parallèlement l'oxydation de ces mêmes
molécules par les muscles alaires des pigeons
63
65
Cycle de Krebs ou de l’acide citrique
Le cycle de Krebs est la voie terminale
d’oxydation du glucose et d’autres
molécules énergétiques (acides aminés,
acides gras)
BRUNET 11
Acides aminés
Glycogène
GLUCOSE glucose
Pyruvate
Acétyl-CoA
Cycle de
l’acide
citrique
Glycolyse
Acides
gras
L’Acétyl-CoA est l’intermédiaire commun de
dégradation de glucides, acides aminés et acides
gras et la molécule qui entre dans le cycle
1- Hans Krebs (1900-1981) et la
découverte du cycle des
acides tricarboxyliques
• L'hypothèse que ces acides
dicarboxyliques étaient reliés dans une
voie enzymatique importante pour le
métabolisme aérobie était formulée.
62
64
66

LMB BCPST1A 2012-2013
• Enfin, en 1937, Hans Krebs observa que du citrate se
formait dans une suspension de cellules musculaires en
présence d'oxalo-acétate si l'on ajoutait du pyruvate ou
de l'acétate.
• Il comprit alors qu'il y avait un cycle et
non pas une simple voie métabolique et
que l'addition d'un quelconque
intermédiaire pouvait générer tous les
autres.
Acétyl-CoA
Vue d’ensemble du Cycle de Krebs
Le cycle comporte 8 réactions
enzymatiques nécessaires pour la complète
oxydation de l’acétyl-CoA (C2) et la
récupération de l’énergie sous forme de
NADH, FADH 2 et GTP
•NADH, FADH 2 sont des molécules réduites riches en énergie utilisées en suite
pour la production d’ATP
• 1 GTP = 1 ATP
Un autre substrat, l'oxaloacétate (C4) est
utilisé par la première réaction et
entièrement régénéré par la dernière.
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
67
69
71
2- Le cycle des acides
tricarboxyliques - un bref
aperçu
• L'entrée de nouvelles unités carbonée
dans le cycle se fait par l'intermédiaire
de l'acétyl-CoA.
• Ce métabolite provient soit du pyruvate
(produit par la glycolyse), soit de
l'oxydation des acides gras.
• Le carbone entre dans le cycle sous
forme d'acétyl-CoA et en sort sous
forme de CO 2.
• Au cours de ce processus l'énergie
métabolique contenue dans l'acétyl-
CoA est captée sous forme de NADH,
d'ATP et d'un FADH 2 lié à un enzyme.
BRUNET 12
68
70
72

LMB BCPST1A 2012-2013
• Le cycle de l'acide
citrique combine la
réaction de clivage en
b et des oxydations
pour produire le CO 2,
régénérer l'oxaloacétate
et capter
l'énergie métabolique
libérée dans NADH,
ATP et FADH 2.
a- Entrée du pyruvate dans la
mitochondrie
b- La décarboxylation oxydative
du pyruvate
73
75
77
3- Le métabolisme du pyruvate
Entrée du pyruvate dans le mitochondrie
Une protéine membranaire transporteuse d'anions organiques transporte
le pyruvate à travers la membrane interne en même temps qu'un ion
Potassium chargé positivement en utilisant l’énergie de retour de cette
charge positive (ion Potassium) vers la matrice (chargée négativement).
76
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
BRUNET 13
H +
H +
H + H +
- - - - - -
Synthèse de l’acétyl-CoA
Après l’entrée du pyruvate dans la matrice de la mitochondrie, sa décarboxylation
oxydative est réalisée par la pyruvate déshydrogénase avec formation d’une molécule
énergétiquement activée (acétyl-CoA) et NADH
Liaison thioester
à haute énergie
Pyruvate
déshydrogénase
Pyruvate + CoA + NAD + acétyl-CoA + CO 2 + NADH
Cette réaction avec DG

LMB BCPST1A 2012-2013
Pyruvate déshydrogénase
Des cofacteurs de la pyruvate déshydrogénase sont:
-la Thiamine (nécessaire pour la décarboxylation).
-FAD et NAD + (oxydoréduction)
-Coenzyme A (transporteur d’acyle)
-Acide lipoïque
Avantage des complexes multienzymatiques:
-La série des réactions en séquence est accélérée
-Minimisation des réactions collatérales
-Régulation coordonnée
Moussard,
C.,(2002).
Biochimie
structurale et
métabolique.
Bruxelles : De
Boeck.
Complexe multienzymatique. Chez
E. coli, la Pyruvate déshydrogénase
est composée par plusieurs sous
unités de 3 types.
MM ~ 5 millions Dalton
Diamètre 30 nm
4- Le cycle de Krebs
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003).
Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème
édition).
79
81
83
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
Augère, B., (2001). Les enzymes, biocatalyseurs protéiques. Paris : Ellipses.
a- Phase 1 : L’oxydation de
l’acétyl-CoA
BRUNET 14
80
82
84

LMB BCPST1A 2012-2013
Étape 1: la synthèse du citrate par la Citrate synthase
La citrate synthase est la première des 8 enzymes du cycle de Krebs, elle catalyse
l'addition de l'acétyl-CoA sur la double liaison de l’oxaloacétate (un cétone).
Le produit final est le citrate, un composé de 6 carbones.
La réaction est très exergonique ce qui lui permet de se produire facilement, même
lorsque la concentration d'oxaloacétate est basse dans la mitochondrie. La réaction est
irréversible.
La réorganisation du citrate en isocitrate
est suivie de deux phases consécutives de
décarboxylation oxydative avec
production de NADH
Étape 3: Isocitrate déshydrogénase
Isocitrate + NAD + -Cétoglutarate + CO 2 + NADH
Le manganèse (Mn ++ ) est cofacteur
de la réaction.
Pyruvate
DG°’ = -31.5 kJ/mol
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
Étape 4
Étape 3
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
acétyl-CoA
-Cétoglutarate Succinyl-CoA
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
85
Réactions
irréversibles
87
89
Étape 2: Aconitase, isomérisation du citrate
Le citrate est isomérisé en isocitrate par l’enzyme aconitase pour
permettre la décarboxylation suivante.
86
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
BRUNET 15
Deux étapes:
1) Déshydratation pour former cis-Aconitate
2) Hydratation pour former isocitrate
Étape 4: -Cétoglutarate déshydrogénase
-Cétoglutarate Succinyl-CoA
La deuxième décarboxylation oxydative permet la
formation d’une molécule riche en énergie
-Cétoglutarate + NAD + + CoA Succinyl-CoA + CO 2 + NADH
Étape 4
Étape 3
Réactions
irréversibles
L’-Cétoglutarate déshydrogénase est un complexe enzymatique très similaire à la
Pyruvate déshydrogénase
88
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
Étape 5: Succinyl-CoA synthétase, phosphorylation au niveau du substrat
La Succinyl-CoA synthétase (le nom de l’enzyme vient de la réactions inverse)
transfère la liaison riche en énergie du succinyl-CoenzymeA au GDP et phosphate
pour synthétiser du GTP.
Cette étape (réversible) est la seule du cycle à fournir directement une liaison riche en
énergie
Le GTP peut facilement transférer son g-phosphoryl à l’ADP grâce à l’enzyme
nucléoside diphosphokinase:
GTP + ADP GDP + ATP
90
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).

LMB BCPST1A 2012-2013
b- Phase 2 : Regénération de
l’oxalo-acétate
Étape 7: Fumarase (fumarate hydratase)
Intermédiaire
carbanion
Fumarate Malate
La fumarase catalyse l'addition d'une molécule d'eau sur le fumarate et produit
spécifiquement le L-malate.
La réaction est faiblement exergonique et réversible.
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5 ème édition).
c- Bilan du cycle de Krebs
91
93
95
Étape 6: Succinate déshydrogénase
Le Succinate est oxydé en fumarate par la succinate déshydrogénase, une protéine
de la membrane interne liant le cofacteur FAD (flavine adénine dinucléotide)
Une des rares enzymes ou le
cofacteur FAD est lié de façon
covalente à l’enzyme
92
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
Étape 8: Malate déshydrogénase
BRUNET 16
malate
oxaloacétate
La malate déshydrogénase est la dernière enzyme du cycle.
Elle catalyse l'oxydation du malate en oxaloacétate, couplée à la réduction du NAD +
en NADH et libère un proton.
La réaction a un DG°’ de + 29.4 kJ/mol, donc l'équilibre de la réaction est déplacé en faveur
du malate et la concentration de l’oxaloacétate est très basse. Cependant, la réaction du cycle,
qui suit (Citrate synthase) est très fortement exergonique (DG°’ de -31.5 kJ mole
94
-1 ) à cause de
la rupture de la liaison thioester du citryl-coA et ça permet de maintenir la vitesse des
réactions du cycle.
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
96
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).

LMB BCPST1A 2012-2013
• Deux atomes de carbone entrent dans
le cycle sous forme d’acétyl-CoA et en
ressortent sous forme de 2 CO 2 obtenus
au cours des deux décarboxylations au
niveau de l’isocitrate et de l'acétoglutarate.
• Quatre paires d'hydrogène sortent du
cycle, trois sous forme de NADH,H + et
une sous forme de FADH 2.
• 1 liaison phosphate riche en énergie
est formée sous forme de GTP.
5- Les autres fonctions du cycle
de l'acide citrique
• La nature amphibolique de ce cycle tient au
fait qu’il peut à la fois fournir des précurseurs
biosynthétiques et être une voie de
dégradation et d’élimination de composés
issus d’autres métabolismes.
97
99
101
Bilan du Cycle de Krebs
Acétyl-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 2 H 2O 2 CO 2 + 3 NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA
Que rapporte d’oxyder le glucose en CO 2?
BRUNET 17
Glucose
2 Pyruvate
2 Acétyl-CoA
2 NADH
2 NADH
6 NADH
2 FADH 2
2 GTP
Le Cycle de Krebs fournit aussi des intermédiaires pour les biosynthèses
Glucose
(Hem, Chlorophylle…)
2 ATP
2 ATP
Acides Gras
100
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
6- Régulation du cycle de Krebs
98
102

LMB BCPST1A 2012-2013
Régulation du cycle de Krebs: régulation des étapes irréversibles
, succinyl-CoA
1
2
ATP est un inhibiteur allostérique de la citrate synthase;
inhibition compétitive par le succinyl-CoA
, NADH
Inhibition (compétitive) par le produit, l’acétyl-CoA, et le
NADH; ATP est un inhibiteur allostérique. Inactivation de
l’enzyme par phosphorylation
4
3
ATP est un inhibiteur allostérique, tandis que l’ADP est
un activateur; NADH inhibiteur compétitif (produit)
Inhibition compétitive par le produit succinyl-CoA et le
NADH
103
Stryer, L., Berg, J, Tymoczko, J., (2003). Biochimie. Paris : Flammarion. (5ème édition).
Le Cycle du Glyoxylate permet l’utilisation de l’acétyl-CoA pour le développement
Chez les végétaux et un grand nombre de bactéries
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
• Dans les cellules vivantes les échanges et les
transferts d'énergie s'effectuent par
l'intermédiaire de l’ATP.
• La glycolyse et le cycle des acides
tricarboxyliques convertissent directement en
ATP une partie de l'énergie utilisable
contenue dans les glucides des réserves ou
provenant de l'alimentation.
• Cependant, la plus grande partie de l'énergie
qui peut être rendue disponible par la
glycolyse ou par le cycle de Krebs à la suite
des réactions d'oxydoréduction se retrouve
dans du NADH,H + ou des flavoprotéines
réduites (symbolisées par [FADH 2]).
105
107
7- Cycle du glyoxylate ou shunt
glyoxylique
D- Transport des électrons et
phosphorylation oxydative
Tavernier, R., Lizeaux, C., (2002). Sciences de la Vie et de la Terre,
Terminale S, enseignement de spécialité. Paris : Bordas.
BRUNET 18
104
106
108

LMB BCPST1A 2012-2013
• la synthèse d'ATP à partir du NADH est le
résultat d'une oxydation phosphorylante.
• Dans les cellules eucaryotes, le transport des
électrons et les oxydations phosphorylantes se font
dans (et à travers) la membrane interne des
mitochondries où se trouve également le cycle des
acides tricarboxyliques.
• Les bactéries sont les organismes vivants
ayant les formes les plus simples. Elles sont
généralement constituées d'un unique
compartiment cellulaire entouré par une
membrane plasmique et pour certains
groupes bactériens par une paroi cellulaire
plus rigide.
109
111
113
1- Le transport des électrons et
les oxydations
phosphorylantes sont des
processus associés à des
membranes
BRUNET 19
110
La respiration chez les bactéries ?
• Dans ces organismes, la conversion en ATP
de l'énergie contenue dans le NADH ou dans
[FADH 2] par la chaîne de transport des
électrons et les oxydations phosphorylantes
s'effectue dans (et à travers) la membrane
plasmique.
112
114

LMB BCPST1A 2012-2013
2- La chaîne de transport des
électrons
Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004).
Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4 ème édition).
Demounem, R., Gourlaouen, J.,
Périlleux, E., (1989). Biologie-
Géologie, terminale D. Paris :
Nathan.
115
• La chaîne de transport
des électrons oxyde
ces coenzymes réduits
et cette oxydation
libère de l'énergie qui
sera, dans un
deuxième temps,
utilisée pour la
synthèse de l’ATP.
117
119
a- Les électrons sont transférés
du NADH,H + à l’oxygène par
l’intermédiaire de gros
complexes enzymatiques
respiratoires
• L’oxydation du NADH
• NADH (réducteur) + H + + ½ O 2 (Oxydant) c NAD + + H 2O
comporte les deux demi-réactions suivantes:
NAD + + 2 H + + 2 e- c NADH + H + E°’= -0,32 V (1)
½ O 2 + 2 H + + 2 e- c H 2O E°’= +0,816 V (2)
• La demi-réaction (2) est celle qui accepte les électrons et la
demi-réaction (1) est celle qui cède les électrons.
Nous avons donc:
DE°’ = 0,816 - (-0,32) = 1,136 V
• Soit, une variation d'énergie libre standard,
DG°’ de -219 kJ/mol.
• Les couples intermédiaires le long de la
chaîne de transport des électrons ont
des potentiels de réduction compris
entre celui du couple NAD + /NADH et
celui du couple oxygène/eau, de sorte
que les électrons descendent
progressivement l'échelle des
potentiels (et des énergies) vers des
potentiels de réduction plus positifs.
BRUNET 20
116
118
120

LMB BCPST1A 2012-2013
Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004).
Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4 ème édition).
b- La chaîne de transport des
électrons peut être découpée en
quatre complexes
• Chacun des complexes est un ensemble de
nombreuses sous-unités insérées dans la
membrane interne mitochondriale.
121
123
125
• La chaîne de transport des électrons comprend de
nombreuses espèces moléculaires ou ioniques
différentes:
– Des flavoprotéines, qui contiennent un groupe
prosthétique FMN ou FAD, fermement lié à une
protéine.
– Du coenzyme Q, encore appelé ubiquinone
– Plusieurs cytochromes (protéines dont le groupe
prosthétique est un hème),
– Plusieurs protéines à centre fer-soufre,
– Une protéine à cuivre.
• La chaîne est à présent considérée
comme composée de quatre complexes:
– (I) la NADH-coenzyme Q réductase,
– (II) la succinate-coenzyme Q réductase,
– (III) la coenzyme Q-cytochrome c réductase
– (IV) la cytochrome c réductase.
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
BRUNET 21
122
124
126

LMB BCPST1A 2012-2013
Hennen, G., (2001). Biochimie. Paris : Dunod.
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
127
129
c- Les quatre complexes
Complexe I ou NADH-coenzyme Q
oxydoréductase
• 43 sous-unités différentes
– 7 sous-unités périphériques contenant les centres d’oxydoréduction
– 7 sous unités membranaires sans cofacteur, fonctions inconnues
– 29 sous-unités supplémentaires, fonctions inconnues
– L’enzyme principale de ce complexe I est la NADH,H+
déshydrogénase à FMN.
• Il transfert les électrons reçus de NADH,H + au coenzyme
Q, via le FMN et les protéines à centre Fer-Soufre
NADH,H + + CoQ c NAD + + CoQH 2
• La circulation des électrons est spontanée et se fait dans le sens
d’une augmentation du potentiel.
Complexe II ou succinate-coenzyme Q
oxydoréductase
• Il assemble :
– la succinate déshydrogénase, à coenzyme FAD, enzyme
qui catalyse la 6ème réaction du cycle de l'acide citrique ;
– plusieurs protéines à centre Fer-Soufre.
• Ce complexe établit un lien direct entre le cycle
de Krebs et la chaîne.
• Il reçoit les équivalents réducteurs du FADH 2
produit par le cycle de l'acide citrique et les passe
au coenzyme Q, via les protéines à centre Fer-
Soufre
FADH 2 + CoQ c FAD + CoQH 2
131 132
BRUNET 22
128
130

LMB BCPST1A 2012-2013
• Par le coenzyme Q transitent tous les
équivalents réducteurs issus du
catabolisme oxydatif.
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
133 134
135
Complexe III ou coenzyme QH 2-cytochrome c
oxydoréductase
• Il assemble :
– 2 cytochrome b (b562 et b566)
– une protéine à centre Fer-Soufre
– le cytochrome c1
• Ce complexe multi-enzymatique transporte les
électrons entre le coenzyme Q réduit (CoQH 2) et
le cytochrome c :
CoQH 2 Cyt c
137 138
BRUNET 23
136

LMB BCPST1A 2012-2013
Weil, J.H., (2001). Biochimie générale. Paris : Masson. (9 ème édition).
Complexe IV ou cytochrome c oxydase
• Il assemble :
– le cytochrome a
– le cytochrome a3
– 2 ions cuivre.
• Il transporte les électrons jusqu'à l'oxygène. On obtient :
Cyt c O 2
• L’oxygène moléculaire peut être considéré
comme une " poubelle " où sont jetés les
électrons, une fois vidés de l'énergie.
139 140
d- Organisation du transport des
électrons dans la chaîne
respiratoire
141 142
143
• L’organisation du transport montre l’ordre d’intervention
des différents complexes et coenzymes.
• Deux coenzymes, le coenzyme Q et le cytochrome c ne
sont pas fixés aux membranes et peuvent s’y mouvoir.
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
BRUNET 24
144

LMB BCPST1A 2012-2013
• Le complexe I accepte les électrons venant du NADH,
il est le lien entre la chaîne de transport des électrons
et la glycolyse, le cycle de Krebs et l'oxydation des
acides gras.
• Le complexe II comprend la succinate
déshydrogénase, c'est donc un lien direct entre la
chaîne et le cycle de Krebs.
• Les complexes I et II ont un produit de réaction
commun, le coenzyme Q réduit (UQH 2) qui sera le
substrat de la coenzyme Q réductase (complexe III).
• Le complexe III oxyde UQH 2 en réduisant le
cytochrome c, qui est ensuite le substrat du complexe IV,
la cytochrome c oxydase.
• Le complexe IV utilise les électrons pour réduire
l'oxygène moléculaire. 145
146
Demounem, R.,
Gourlaouen, J., Périlleux,
E., (1989). Biologie-
Géologie, terminale D.
Paris : Nathan.
Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004).
Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4 ème édition).
147
149
3- Etablissement du gradient
électrochimique de protons
au travers de la membrane
interne
Berkaloff, A., Bourguet, J., Favard, P., Lacroix, J.C., (1981). Biologie et
physiologie cellulaires. Tome 1I Appareil de Golgi, lysosomes, mitochondries.
Paris : Hermann.
Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004).
Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4 ème édition).
BRUNET 25
148
150

LMB BCPST1A 2012-2013
Weil, J.H., (2001). Biochimie générale. Paris : Masson. (9 ème édition).
4- La synthèse de l’ATP
• LA PRODUCTION D’ATP: le couplage chimio-osmotique
(Mitchell, 1961)
• Le transfert d’électrons entraîne un pompage de protons
de la matrice vers l’espace inter membranaire
• Gradient chimique: ΔpH de –1, 4 unité (entre matrice et
espace inter membranaire)
• Potentiel de membrane: Em positif de + 0,14 V (espace
inter membranaire chargé positivement)
• Force proton motrice Δp(d’un proton):
Δp= Em–(2,3 RT/F)x ΔpH= 0,14 –0,06 x (-0,14) = 0,224 V
151 152
153
155
• Lors du transport des électrons un gradient de densité
de protons (gradient électrochimique) est créé à
travers la membrane mitochondriale interne.
• Des protons sont pompés de façon unidirectionnelle
de la matrice vers l'espace intermembranaire.
• Au niveau des complexes I, III et IV, il existe, dans la
membrane mitochondriale interne, des complexes
protéiques qui se comportent comme des pompes à
protons, alimentées par l’énergie fournie par le
transport des électrons.
• Ceci constitue la théorie chimio-osmotique postulée par P.
Mitchell en 1968.
a- L’approche expérimentale
BRUNET 26
154
156

LMB BCPST1A 2012-2013
Demounem, R.,
Gourlaouen, J., Périlleux,
E., (1989). Biologie-
Géologie, terminale D.
Paris : Nathan.
Berkaloff, A., Bourguet, J., Favard, P., Lacroix, J.C., (1981). Biologie et
physiologie cellulaires. Tome 1I Appareil de Golgi, lysosomes, mitochondries.
Paris : Hermann.
157
Berkaloff, A., Bourguet, J., Favard, P., Lacroix,
J.C., (1981). Biologie et physiologie
cellulaires. Tome 1I Appareil de Golgi,
lysosomes, mitochondries. Paris : Hermann.
159
161
Demounem, R.,
Gourlaouen, J., Périlleux,
E., (1989). Biologie-
Géologie, terminale D.
Paris : Nathan.
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
Berkaloff, A., Bourguet, J., Favard, P., Lacroix,
J.C., (1981). Biologie et physiologie cellulaires.
Tome 1I Appareil de Golgi, lysosomes,
mitochondries. Paris : Hermann.
BRUNET 27
158
160
162

LMB BCPST1A 2012-2013
b- La théorie chimio-osmotique
de Peter Mitchell
Peter Mitchell (1920 - 1992)
Alberts, B., Johnson A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P., (2004).
Biologie moléculaire de la cellule. Paris: Flammarion. (4 ème édition).
– Les complexes I, III et IV sont des « pompes » à
protons : leur DE°’ a une valeur suffisante
(supérieure à + 0,20 V, ce qui correspond à une DG°’
supérieure à - 40 kJ.mol -1 ) pour fournir l'énergie
nécessaire au pompage des protons de la face
matricielle vers la face cytosolique de la membrane
interne.
– Le complexe II, de moindre DE°’, ne peut pomper de
protons. Par conséquent, la réoxydation du FADH 2,
dont les équivalents réducteurs entrent dans la
chaîne respiratoire en aval de la première pompe
à protons, le complexe I, produit moins d'ATP que
celle du NADH,H + .
163
165
167
• La théorie chimio-osmotique de P Mitchell
(1961), prouvée et admise aujourd'hui,
propose un couplage entre oxydation et
phosphorylation par un gradient de
protons à travers la membrane interne
mitochondriale.
• D'abord, l'énergie chimique (oxydation)
est convertie en énergie osmotique :
– la chute d'énergie libre au long de la chaîne
respiratoire est utilisée à la formation d'un
gradient transmembranaire de protons entre
l'espace intermembranaire (plus acide) et la
matrice (moins acide) (la différence de pH est
de l'ordre de 1,4).
• Ensuite, l'énergie osmotique (gradient de
protons) est convertie en énergie chimique
(phosphorylation).
• Le site de synthèse de l'ATP est l'ATP synthase ou
ATPase-ATP synthase (car le complexe catalyse
aussi la réaction inverse). Ce complexe a la forme
d'un bouchon de champagne, ou plus savamment,
d’une sphère pédonculée :
– la sphère, ou sous-unité F 1, est plaquée à la
membrane interne sur sa face matricielle et est douée
d'activité ATPase-ATP synthase
– le pédoncule, ou sous-unité F 0, est transmembranaire
et constitue un canal à protons.
BRUNET 28
164
166
168

LMB BCPST1A 2012-2013
• Le fonctionnement de ces sphères
pédonculées fait intervenir un couplage
entre :
– la dissipation du gradient de protons par la
sous-unité F 0 (les protons accumulés dans
l'espace intermembranaire ne peuvent retourner
dans la matrice que par ce canal, la membrane
interne leur étant imperméable)
et
– la synthèse endergonique d'ATP à partir
d'ADP et de Pi par la sous-unité F 1.
c- l'ATP synthase ou ATPase-
ATP synthase = Complexe V, un
nanomoteur rotatif à protons
“All enzymes are beautiful, but ATP
synthase is one of the most beautiful as
well as one of the most unusual and
important”
Paul Boyer (1918- )
169
171
- Structure de l’ATPsynthase
173 174
BRUNET 29
170
172

LMB BCPST1A 2012-2013
Structure de l'ATP synthase. A gauche, vue de profil (une unité β a
été enlevée pour visualiser l'unité centrale g). A droite, vue en coupe.
Service "BioMédia" de l'Université Paris VI
• Les sous-unités α et β sont homologues
entre elles. Une vue apicale par rapport à
la membrane montre une organisation en
anneau (hexamère) dans lequel les sousunités
α et β sont en alternance.
• Le domaine F1, hydrophile, (qui fait saillie
dans la matrice) comprend 5 polypeptides
(sous-unités , b, d, g, e).
• La stoechiométrie des sous-unités est 3,
3b, 1d,1g, 1e.
175 176
177
179
Schématisation de l'ATP synthase en coupe transversale
Service "BioMédia" de l'Université Paris VI
• La structure cristalline du F1 établie par le
groupe de J. Walker montre que la sous-unité
g forme une tige à l’intérieur de
l’anneau constitué par les sous-unités
α et β.
• A la base de la sous-unité g (du côté F 0),
on trouve la sous-unité d et ε associées.
BRUNET 30
178
180

LMB BCPST1A 2012-2013
• Les 3 sites catalytiques de liaison des
nucléotides sont situés aux interfaces αβ
avec une prédominance pour la sous-unité
β.
• Les nucléotides adényliques se fixent aux
sous-unités α et β avec le Mg 2+ (cation
indispensable).
• Le domaine F 0 est un complexe
protéique intégré à la membrane. La
stoechiométrie des sous-unités est 1a, bb',
10c.
• Il est proposé que :
– les sous-unités c (très hydrophobes), sont
formées de 2 hélices α transmembranaires.
– L’une de ces hélices renferme un groupement
protonable, situé en position médiane.
– Les sous-unités c forment une "couronne"
au sein de la membrane.
181
183
185
• La sous-unité d participe à la liaison de
l'anneau des sous-unités α et β au
domaine membranaire de l'enzyme.
Structure de l'ATP synthase. A gauche, vue de profil (une unité β a
été enlevée pour visualiser l'unité centrale g). A droite, vue en coupe.
Service "BioMédia" de l'Université Paris VI
BRUNET 31
182
184
186

LMB BCPST1A 2012-2013
• la sous-unité a forme 2 demi canaux à
protons permettant le passage des
protons entre les deux faces de la
membrane à l’intérieur de la bicouche.
• Le passage d’un demi canal à l’autre
s’effectuant via les sous-unités c.
• les 2 sous-unités bb' incluent une partie
transmembranaire et un domaine très
polaire, qui s’étend à l’extérieur de la
membrane et établissent une liaison avec
la partie F 1 de l’enzyme via la sous unité d.
Mécanisme de changement
de liaisons (Modèle de P.
Boyer)
187
189
191
b- Couplage énergétique de
l’ATPsynthase
• Dans ce mécanisme, les trois sites
catalytiques dans F 1 changent de
conformation de manière séquentielle,
chacun des sites passant successivement
par trois états caractérisés par des
constantes d’affinité différentes pour les
nucléotides.
BRUNET 32
188
190
192

LMB BCPST1A 2012-2013
Fonctionnement de l'ATP synthase.
• Dans ces diagrammes seules les sous-unités β sont
représentées.
• Chaque sous-unité β est susceptible de passer par trois
états successifs : état 1(relâché)- charge de ADP +Pi,
état 2 (resserré)- formation d'ATP, état 3 (ouvert)-
libération de l'ATP formé et retour à l'état 1.
Service "BioMédia" de l'Université Paris VI
H.Noji, R.Yasuda, M.Yoshida & K.Kinoshita Jr. Nature 386,299-302 (1997)
• On fixe les sous unités b sur une surface et en attachant un long
filament d'actine fluorescente à g . En présence d'ATP, on observe
la rotation du filament d’actine, sous un microscope.
193
195
• Chaque site présente respectivement :
- une conformation " relâchée " dans laquelle le
site catalytique a une faible affinité (L pour
"loose" dans les ouvrages anglo-saxons),
- une conformation " fermée ", dans laquelle le
site catalytique a une forte affinité (T pour "tight"),
- une conformation " ouverte " (O pour "open").
197 198
BRUNET 33
194
196

LMB BCPST1A 2012-2013
• Il est proposé que la forme irrégulière de
la " tige ", constituée par la sous-unité g
solidaire des sous unités c au F 0,
provoque en tournant le changement
séquentiel de conformation des sousunités
β.
• En conséquence à chaque instant, les 3
sous-unités catalytiques sont dans un
état différent.
Weil, J.H., (2001). Biochimie générale. Paris : Masson. (9 ème édition).
199 200
201
203
Chaque module du stator (alpha + beta) maintenu en place par b passe
successivement par les trois états en fonction de la rotation du rotor
(gamma).
Service "BioMédia" de l'Université Paris VI
• Au cours du cycle catalytique, une
molécule d’ATP est liée à un premier site
(conformation fermée),
• tandis qu’une molécule d’ADP et de Pi
sont liées sur un second site (configuration
lâche)
• et que le troisième site est vide
(conformation ouverte).
• La rotation d’un tiers de tour (120°) de
la tige g, s’accompagne de la libération
d’une molécule d’ATP.
BRUNET 34
202
204

LMB BCPST1A 2012-2013
• Chaque rotation complète
s’accompagne de la synthèse de trois
molécules d’ATP.
Modèle schématique du fonctionnement de
l'ATPsynthase.
205
• Les différentes sous
unités constituant le rotor
sont représentées en
jaune et les différentes
unités constituant le
stator, en rouge et bleu.
• Une sous unité β du
stator a été rendue
légèrement transparente
pour permettre de voir la
tige g.
Service "BioMédia" de l'Université Paris VI
(modèle tiré de Stock, et al. (1999) Science 286, 1700-5)
207
209
Couplage entre le transport
de protons et la synthèse
d'ATP
• L’enzyme fonctionne comme un moteur
moléculaire dans lequel le stator est
constitué par les sous-unités α et β du
F 1, les sous unités b, b' et δ et la sousunité
a de F 0.
• Le rotor est constitué de l’anneau des
10 sous-unités c et de " la tige " interne
du F 1(sous-unité g, ε).
• La sous-unité a sert à l'entrée des
protons qui sont ensuite relayés par la
couronne formée par les sous-unités c.
• La protonation d'une sous-unité c via le
demi canal à protons situé du côté du
lumen, s'accompagne, de la
déprotonation de la sous unité c qui la
précède, ce qui fait sortir un proton vers le
stroma via le demi canal situé du côté
stroma.
BRUNET 35
206
208
210

LMB BCPST1A 2012-2013
• Chacune des sous-unités c du rotor
contient un résidu, Asp61, essentiel. (Le
remplacement de ce résidu par Asn abolit
l'activité ATP synthétase).
• La rotation du rotor c pourrait dépendre de
la neutralisation de la charge négative
présente sur Asp61 dans chaque sousunité
c au fur et à mesure de la rotation du
rotor.
• Le flux de protons active l'ATP-synthase qui
catalyse la réaction de phosphorylation de
l’ATP.
• Ce flux développe une force protomotrice
(énergie électrochimique) : il est guidé par la
sous-unité g en direction du rotor. Le rotor
tourne.
• La force électrochimique est ainsi transformée
en énergie mécanique (rotation) qui, à son tour,
est convertie en énergie chimique.
211
• Un proton prélevé dans le cytosol par l'un
des canaux à protons de la sous-unité a
pourrait neutraliser un résidu Asp61 et
rester fixé sur le rotor jusqu'à ce qu'il
atteigne l'autre canal à proton de la
sous-unité a par où il pourrait rejoindre la
matrice mitochondriale.
• Le jeu de l'agitation thermique et des
interactions électrostatiques entre les sous
unités a et c provoque la rotation de la
couronne et de la tige g .
• Cette rotation est à l'origine de
déformations cycliques des sous
unités catalytiques, et des
changements de conformations et
d'affinité qui conduisent à la synthèse de
l'ATP.
213 214
215
5- La sortie d’ATP de la
mitochondrie
BRUNET 36
212
216

LMB BCPST1A 2012-2013
• Une protéine de la membrane interne de la
mitochondrie permet le transport de l’ATP synthétisé
de la matrice vers l’espace intermembranaire : c’est
l’ATP translocase.
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
• Des systèmes navettes font passer les
électrons du NADH cytosolique à la
chaîne de transport
• Les cellules eucaryotes disposent de
plusieurs systèmes navettes qui
permettent de transférer les électrons
de NADH cytosolique dans la
mitochondrie, sans que la molécule de
NADH soit elle-même transportée à
travers la membrane interne.
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
217
219
221
6- Les électrons du NADH
cytosolique entrent dans les
mitochondries par des
navettes
a- La navette du
glycérophosphate
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
BRUNET 37
218
220
222

LMB BCPST1A 2012-2013
b- Navette malate/aspartate
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
7- Bilan de la Chaîne
Respiratoire Mitochondriale
223
225
227
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
Garrett, R., Grisham, C., (2000). Biochimie. Paris : De Boeck.
La réoxydation du NAD, avec l'oxygène moléculaire
comme ultime accepteur d'électrons, libère 220 kJ.mol -1
Moussard, C.,(2002). Biochimie structurale et métabolique. Bruxelles : De
Boeck.
BRUNET 38
224
226
228

LMB BCPST1A 2012-2013
8- Régulation de la
phosphorylation oxydative
9- Inhibiteurs et découplants de
la chaîne respiratoire
mitochondriale
• La réaction de phosphorylation de l'ADP en ATP
a une DG°’ de + 30,5 kJ.mol -1 .
• Comme l'oxydation d'une mole de NAD permet la
synthèse de 3 moles d'ATP, le rendement
thermodynamique est, dans les conditions
standard, de 3 x 30,5 x 100 / 220 = 42 %.
• Dans les conditions cellulaires, il est estimé à plus
des 2/3. L'énergie libre non récupérée sous forme
d'ATP est dissipée sous forme de chaleur.
229 230
231
233
Inhibiteurs de la chaîne respiratoire
BRUNET 39
232
234

LMB BCPST1A 2012-2013
Ressources d’enseignement CHU Pitié-Salpêtrière
Conclusion : Bilan énergétique de la
dégradation d’une molécule de glucose
en voie aérobie
Garrett, R., Grisham, C.,
(2000). Biochimie. Paris : De
Boeck.
235
237
239
Bilan du Cycle de Krebs
Acétyl-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 2 H 2O 2 CO 2 + 3 NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA
Que rapporte d’oxyder le glucose en CO 2?
BRUNET 40
Glucose
2 Pyruvate
2 Acétyl-CoA
2 NADH
2 NADH
6 NADH
2 FADH 2
2 GTP
3 ATP
2 ATP
5 ATP
15 ATP
3 ATP
2 ATP
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238