Respiration Mitochondriale - chups. ? Rvisions Biochimie PCEM2 Rvisions Biochimie Mtabolique

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Universit Pierre et Marie CurieRespiration MitochondrialeObjectifs au cours deRvisions Biochimie PCEM2Rvisions Biochimie Mtabolique2004 - 2005Pr. A. Raisonnier (alain.raisonnier@upmc.fr)Mise jour : 25 novembre 2004Relecture : Pr. A. Raisonnier2/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Plan du coursPlan du cours3 Plan du cours7 Objectifs9 Partie I : Les coenzymes transporteurs dnergie11 Chapitre 1 : Le coenzyme ATP/ADP12 1.1 Adnosine TriPhosphate13 1.2 ATP ADP14 1.3 ATP AMP15 1.4 Pyrophosphatase16 1.5 Rles de lATP17 1.6 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : lhexokinase18 1.7 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : la myokinase19 1.8 Exemple dATP donneur dAMP et dnergie : lacyl thiokinase 21 Chapitre 2 : Le coenzyme GTP/GDP22 2.1 Guanosine Tri Phosphate23 2.2 Rles du GTP24 2.3 Exemple de GTP transporteur dnergie : la succinyl thiokinase 25 Chapitre 3 : Ractions couples par transfert de phosphate26 3.1 Raction couple27 3.2 Cratine PhosphoKinase28 3.3 Phosphoglycrate kinase29 3.4 Pyruvate kinase30 3.5 Succinyl thiokinase31 3.6 Myokinase (adnylate kinase)33 Partie II : Les oxydations35 Chapitre 4 : Couples doxydorduction36 4.1 Oxydorductions minrales37 4.2 Potentiel standard = E02004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 3/122Plan du cours38 4.3 Raction couple39 4.4 Raction doxydorduction couple40 4.5 Energie doxydation41 Chapitre 5 : Exemples de couples doxydorduction42 5.1 Actaldhyde/Actate 43 5.2 Eau/Oxygne 44 5.3 Nicotinamide Adnine Dinuclotide45 5.4 NADH/NAD+46 5.5 Spectre UV du NAD+/NADH47 5.6 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : lalcool dshydrognase48 5.7 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : la malate dshydrognase49 5.8 Motif Rossmann50 5.9 Flavine MonoNuclotide51 5.10 Flavine Adnine Dinuclotide52 5.11 Flavine rduite/Flavine53 5.12 Flavine lie54 5.13 Flavoprotines55 5.14 Coenzyme Q10 = Ubiquinone 5056 5.15 Ubiquinol/Ubiquinone57 5.16 Cytochrome c58 5.17 Hme59 5.18 Cytochromes61 Partie III : La chane respiratoire mitochondriale63 Chapitre 6 : Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM64 6.1 Complexe I65 6.2 NADH-CoQ oxydorductase (complexe I)66 6.3 Complexe III67 6.4 CoQ-cyt c oxydorductase (complexe III)68 6.5 Complexe IV69 6.6 Cytochrome oxydase (complexe IV)70 6.7 Complexe F0-F171 6.8 ATPase mitochondriale (complexe F0-F1)72 6.9 Complexe II73 6.10 Succinate dshydrognase (complexe II)74 6.11 ATP/ADP translocase75 6.12 Ractions des cinq complexes4/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Plan du cours77 Chapitre 7 : Bilans et schmas gnraux de la CRM78 7.1 Mitochondrie79 7.2 Chane Respiratoire Mitochondriale (schma gnral)81 7.3 Membrane interne82 7.4 Rgulation par lADP84 7.5 Chane respiratoire mitochondriale (dfinition)85 7.6 Oxydation du NADH (bilan)86 7.7 Oxydation du succinate (bilan)87 7.8 Oxydation phosphorylante du NADH (bilan)88 7.9 Oxydation phosphorylante du succinate (bilan)89 Chapitre 8 : Inhibiteurs et dcouplants de la CRM90 8.1 Effecteur91 8.2 Inhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale92 8.3 Exemple dinhibiteur de la CRM : lantimycine93 8.4 Exemple dinhibiteur de la CRM : la rotnone94 8.5 Exemple dinhibiteur de la CRM : le malonate95 8.6 Exemple dinhibiteur de la CRM : le cyanure96 8.7 Exemple dinhibiteur de la CRM : loligomycine97 8.8 Exemple dinhibiteur de la CRM : latractylate98 8.9 Exemple dinhibiteur de la CRM : le bongkrkate99 8.10 Dcouplant100 8.11 Dcouplants de la chane respiratoire mitochondriale101 8.12 Exemple de dcouplant de la CRM : le 2,4-DiNitroPhnol102 8.13 Exemple de dcouplant de la CRM : larsniate103 8.14 Protines dcouplantes105 Chapitre 9 : Thorie chimio-osmotique (Mitchell)106 9.1 Gradient chimio-osmotique107 9.2 Niveaux dnergie de la chane (I)109 9.3 Niveaux dnergie de la chane (II)111 Partie IV : Navettes mitochondriales113 Chapitre 10 : La navette malate/aspartate114 10.1 Malate dshydrognase115 10.2 Aspartate aminotransfrase = ASAT116 10.3 Navette malate-aspartate (schma gnral)2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 5/122Plan du cours119 Chapitre 11 : La navette du glycrophosphate120 11.1 Glycrophosphate dshydrognase cytoplasmique121 11.2 Glycrophosphate dshydrognase mitochondriale122 11.3 Navette du glycrophosphate (schma gnral)6/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005ObjectifsObjectifs Connatre1 la structure (corps constitutifs et dtail de la partie active), lorigine biologique, lerle vis--vis des enzymes des coenzymes suivants dont les fonctions seront voques dans lasuite du cours : ATP, GTP, NAD, Flavines, Ubiquinone, Cytochromes. Montrer le mcanisme2, les conditions chimiques et biologiques, le rle des ractions de syn-thse de lATP par transfert direct de phosphate : cratine phosphate kinase, phosphoglycra-te kinase, pyruvate kinase et succinyl thiokinase. Donner des exemples3 de couples doxydo-rduction cellulaires. Montrer le mcanisme de laraction enzymatique doxydo-rduction. Dfinir4 les conditions de son quilibre, le potentieldoxydo-rduction des couples impliqus et la valeur nergtique du transfert dlectrons. Connatre les cinq complexes enzymatiques de la chane respiratoire mitochondriale (locali-sation, structure, ractions catalyses, nergie produite). Dfinir et donner des exemples din-hibiteurs et de dcouplants de cette chane respiratoire. Montrer le mcanisme de la synthse de lATP par la membrane interne de la mitochondrie.Montrer les mcanismes mtaboliques permettant le franchissement de la membrane mito-chondriale interne par le NADH et lATP.1. Connatre : nommer un corps dont on voit la formule dveloppe ; numrer les molcules simples dans une molcule complexe et nommer les liaisons qui les unissent ; dessiner une structure, crire lquation chimique et thermodynamique dune raction ou expliquer une exprience mettant en vidence une pro-prit physique ou chimique.2. Montrer le mcanisme : dfinir les corps chimiques en prsence, crire et quilibrer la (les) raction(s) ; faire le bilan chimique et nergtique.3. Donner un exemple : choisir, dcrire et expliquer une situation o un concept ou un corps dfini joue le rle principal et met en vidence ses proprits essentielles.4. Dfinir : prciser dans une phrase concise lessence dun objet ou les limites dun concept en excluant toute notion trangre et en comprenant toutes les variations possibles de lobjet ou du concept cern.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 7/122Objectifs8/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Les coenzymes transporteurs dnergiePartie I Les coenzymes transporteurs dnergieRappel des objectifs Connatre1 la structure (corps constitutifs et dtail de la partie active), lorigine biologique, lerle vis--vis des enzymes des coenzymes suivants dont les fonctions seront voques dans lasuite du cours : ATP, GTP, NAD, Flavines, Ubiquinone, Cytochromes. Montrer le mcanisme2, les conditions chimiques et biologiques, le rle des ractions de syn-thse de lATP par transfert direct de phosphate : cratine phosphate kinase, phosphoglycra-te kinase, pyruvate kinase et succinyl thiokinase.1. Connatre : nommer un corps dont on voit la formule dveloppe ; numrer les molcules simples dans une molcule complexe et nommer les liaisons qui les unissent ; dessiner une structure, crire lquation chimique et thermodynamique dune raction ou expliquer une exprience mettant en vidence une pro-prit physique ou chimique.2. Montrer le mcanisme : dfinir les corps chimiques en prsence, crire et quilibrer la (les) raction(s) ; faire le bilan chimique et nergtique.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 9/122Les coenzymes transporteurs dnergie10/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Le coenzyme ATP/ADPChapitre 1 Le coenzyme ATP/ADP2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 11/122Le coenzyme ATP/ADP1.1 Adnosine TriPhosphateRM 01 Le coenzyme ATP/ADP est un coenzyme transporteur dnergie universel. Sa prsence dansle mtabolisme de tous les tres vivants souligne lintrt de cette molcule comme carrefourmtabolique de tous les changes dnergie. Ladnosine triphosphate est un nuclotide compos. Sa structure comporte une base azote,ladnine, lie par une liaison N-osidique au -D-ribose : lensemble de ces deux corps cons-titue ladnosine qui est un nucloside. Lacide adnylique ou 5AMP est lester driv de ladnosine par phosphorylation du carbo-ne 5 du ribose. Une deuxime molcule dacide phosphorique lie la prcdente par une liaison anhydrideforme ladnosine diphosphate ou ADP. Une troisime molcule dacide phosphorique lie la prcdente par une autre liaison anhy-dride forme ladnosine triphosphate ou ATP. La masse molculaire de lATP est de 507 daltons. Les fonctions acides des acides phosphoriques distaux sont fortement ionises au pH physio-logique. Les liaisons anhydrides unissant les acides phosphoriques sont des liaisons riches ennergie. Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme, ncessitent en mme temps la pr-sence du cation Magnsium comme cofacteur.12/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Le coenzyme ATP/ADP1.2 ATP ADPRM 02 Lhydrolyse de la liaison riche en nergie entre le deuxime et le troisime phosphate delATP libre 31 kJ/mol, dans les conditions standard. Les produits de cette hydrolyse sont lADP et un ion phosphate. Cet change est rversible mais seulement par des ractions couples avec des oxydations cel-lulaires capables de librer une trs grande quantit dnergie. Lquilibre thermodynamique de la raction dpend des conditions physiques (37C -101,3 kPa) mais aussi et surtout du rapport des concentrations [ADP]+[Pi]/[ATP] : plus cerapport est faible plus la diffrence nergtique est grande. Pour un rapport [ATP]/[ADP] = 100, la diffrence dnergie libre est de 60 kJ/mol environ.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 13/122Le coenzyme ATP/ADP1.3 ATP AMPRM 03 Lhydrolyse de la liaison riche en nergie entre le premier et le deuxime phosphate de lATPlibre 31 kJ/mol, dans les conditions standard. Les produits de cette hydrolyse sont lAMP et un ion pyrophosphate. Lquilibre thermodynamique de la raction dpend des conditions physiques (37C -101,3 kPa) mais aussi et surtout du rapport des concentrations [AMP]+[PPi]/[ATP] : plus cerapport est faible plus la diffrence nergtique est grande. Pour un rapport [ATP]/[AMP] =10000, la diffrence dnergie libre est de 110 kJ/mol environ ! Lhydrolyse de lATP en AMP libre donc plus dnergie que celle de lATP en ADP ce quipermet de coupler des ractions trs endergoniques comme les biosynthses des acyl-CoA.14/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Le coenzyme ATP/ADP1.4 PyrophosphataseRM 4 Cette hydrolyse de lATP en AMP et en pyrophosphate est rendue irrversible par la prsencedans les mmes cellules dune enzyme trs active, la pyrophosphatase, qui hydrolyse imm-diatement et irrversiblement tout le pyrophosphate produit. Lnergie de cette deuxime hydrolyse est libre en chaleur.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 15/122Le coenzyme ATP/ADP1.5 Rles de lATPRM 5 Le coenzyme ATP joue toujours dans les ractions enzymatiques le rle de donneur dnergiepar hydrolyse dune de ses liaisons riches en nergie. Cette nergie peut apparatre sous de multiples formes : en nergie mcanique, comme dansla contraction musculaire ; en nergie osmotique, comme dans les changes Na+/K+ au niveaudes membranes cellulaires ; en nergie chimique, pour effectuer des synthses de molculesbiologiques ; en nergie calorique, pour maintenir la temprature de 37C ; en nergie lec-trique, pour la propagation de linflux nerveux ; et enfin en nergie lumineuse, chez le ver lui-sant, par exemple. En plus de lnergie, les enzymes transfrent souvent une partie de la structure chimique delATP. Ainsi, lATP peut tre : donneur de phosphate, avec la plupart des enzymes de phosphorylation ou kinases ; donneur de pyrophosphate, comme dans lactivation de la vitamine B1 ou thiamine ; donneur dAMP, comme dans lactivation des acides gras ou des acides amins ; donneur dadnosine enfin, comme dans la synthse des coenzymes B12 ou adnosyl-mthionine.16/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Le coenzyme ATP/ADP1.6 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : lhexokinaseRM 6 Lhexokinase est une enzyme du cytoplasme de toutes nos cellules. Elle catalyse la phosphorylation du glucose en glucose-6-phosphate. Cette raction est couple avec lhydrolyse dune molcule dATP, et ncessite la prsence deMagnsium. Dans cette raction le coenzyme ATP fournit en mme temps le phosphate et lnergie nces-saire. La raction libre le glucose-6-phosphate, lADP et 14 kJ/mol dnergie calorique rsiduelle.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 17/122Le coenzyme ATP/ADP1.7 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : la myokinaseRM 6/1 La myokinase (quon appelle aussi adnylate kinase) est une enzyme prsente dans toutes lescellules. Elle catalyse rversiblement le transfert du troisime phosphate et de sa liaison riche en ner-gie dun nucloside triphosphate vers un nucloside monophosphate. Dans le muscle (voie anarobie-alactique ; voir RE 06), elle permet de transformer lADP enAMP, en rcuprant un phosphate et une liaison riche en nergie pour faire un nouvel ATP. Dans dautres tissus, elle participe la ractivation de lAMP produit par certaines kinases,grce au transfert dun phosphate et dune liaison riche en nergie partir dun ATP.18/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Le coenzyme ATP/ADP1.8 Exemple dATP donneur dAMP et dnergie : lacyl thiokinase RM 6/2 Les acylthiokinases sont des enzymes du cytoplasme de toutes nos cellules qui activent lesacides gras en les liant au coenzyme A, par une liaison riche en nergie. Pour faire la synthse de cette liaison lenzyme utilise lnergie fournie par lhydrolyse, tou-jours en prsence de Magnsium, de lATP en AMP et en pyrophosphate. Grce lnergie libre par cette hydrolyse lAMP produit est fix lacide gras par uneliaison riche en nergie. Dans un second temps lenzyme catalyse le transfert de lacide gras et de lnergie de laliaison sur le coenzyme A. Ces activits librent de lAMP, un proton et lion pyrophosphate.Lhydrolyse de cet ion par la pyrophosphatase sera immdiate et empchera la raction de seproduire dans lautre sens. La majorit de lnergie provenant de lhydrolyse de lATP est conserve dans la liaison richeen nergie de lacyl-coenzyme A, produit final de ces acylthiokinases.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 19/122Le coenzyme ATP/ADP20/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Le coenzyme GTP/GDPChapitre 2 Le coenzyme GTP/GDP2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 21/122Le coenzyme GTP/GDP2.1 Guanosine Tri PhosphateRM 07 Le coenzyme GDP/GTP est un nuclotide compos, dune structure trs voisine de celle delADP/ATP. Elle comprend une base azote, la guanine, lie par une liaison N-osidique au -D-ribose : lensemble de ces deux corps constitue la guanosine. Le 5 GMP est lester driv de la guanosine par phosphorylation du carbone 5 du ribose. Une deuxime molcule dacide phosphorique lie la prcdente par une liaison anhydridedacide forme le guanosine diphosphate ou GDP. Une troisime molcule dacide phosphorique lie par une autre liaison anhydride dacide for-me le guanosine triphosphate ou GTP. Le GTP a une masse molculaire de 523 daltons. Les enzymes qui utilisent le GTP, comme pour lATP, ont pour cofacteur lion Magnsium.22/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Le coenzyme GTP/GDP2.2 Rles du GTPRM 7/1 Comme lATP, le GTP est un coenzyme transporteur dnergie. Lhydrolyse de ses liaisonsriches en nergie libre les mmes quantits de chaleur que celles de lATP. Le GTP peut aussi transfrer sur un substrat une partie de sa structure : il peut tre donneur dephosphate pour la synthse du glucose, donneur de GMP dans le mtabolisme des oses etmme donneur de GDP dans lactivation mitochondriale des acides gras.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 23/122Le coenzyme GTP/GDP2.3 Exemple de GTP transporteur dnergie : la succinyl thiokinase RM 7/2 Les succinyl-thiokinases sont des enzymes des mitochondries qui participent au cycle deKREBS, lactivation des acides gras et la biosynthse des porphyrines. Elle catalysent la phosphorylation directe des coenzymes transporteurs dnergie : ATP ouGTP, partir du phosphate minral et de lnergie de la liaison riche en nergie du succinyl-CoA, produit intermdiaire des ractions du cycle de KREBS. Cette raction ne se fait pas avec un transfert dun phosphate du substrat, mais par un phos-phate minral de la matrice mitochondriale.24/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Ractions couples par transfert de phosphateChapitre 3 Ractions couples par transfert de phosphate2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 25/122Ractions couples par transfert de phosphate3.1 Raction coupleRM 8 La synthse de lATP est laboutissement de toutes les voies du mtabolisme nergtique. Cette synthse peut se faire par deux mcanismes :1. par transfert direct partir dautres molcules riches en nergie ;2. par la chane respiratoire mitochondriale. Dans les deux cas la synthse de lATP se fait partir de lADP et de lion phosphate. Cestune raction trs endergonique. Lnergie requise pour cette synthse, soit 31 kJ/mol, peut tre apporte par une autre rac-tion, exergonique, couple la raction de synthse de lATP. Les enzymes qui effectuent de telles ractions couples, utilisent en fait des molcules richesen nergie dont lhydrolyse libre aussi un ion phosphate et catalysent la fois le transfert delnergie et du radical phosphoryl, directement sur lADP.26/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Ractions couples par transfert de phosphate3.2 Cratine PhosphoKinaseRM 9 La cratine phosphokinase (en abrg CPK) est une enzyme des Vertbrs prsente dans lecerveau et les muscles. Elle comporte 2 chanes dacides amins pour une masse totale de84000 daltons. Son substrat la phosphocratine est un driv des acides amins : sa fonction acide carboxy-lique est celle du glycocolle dont lAzote, substitu par un mthyl de la mthionine fait partiedun noyau guanidinium comme celui de larginine. Lun des Azotes de ce noyau est li unphosphate par une liaison de type phosphoamide, riche en nergie. La phosphocratine est uneforme de rserve de lnergie dans les muscles et dans le cerveau. La CPK catalyse lhydrolyse de la liaison riche en nergie, et synthtise un ATP en transfrantdirectement lnergie libre (44 kJ/mol) et le phosphate sur lADP. Cette raction couple ne libre en fin de compte que 13 kJ/mol dans le milieu sous forme dechaleur. La raction est rversible, de sorte que lorsque le muscle est riche en ATP, lnergie en estrcupre pour faire de la phosphocratine. Au contraire lorsque lATP redevient ncessaire,ce transfert direct restitue lnergie mise en rserve.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 27/122Ractions couples par transfert de phosphate3.3 Phosphoglycrate kinaseRM 9/1 La phosphoglycrate kinase est une enzyme du cytoplasme prsente dans toutes les cellules.Elle est constitue dune seule chane dacides amins dune masse de 50000 daltons. Sonsubstrat est le 1,3 diphosphoglycrate, molcule riche en nergie produite au cours de loxy-dation du glucose. Ce compos comprend dans sa structure deux radicaux phosphoryl, lun liau Carbone n 3 du glycrate par une liaison ester, lautre li au Carbone n 1 par une liaisonanhydride mixte riche en nergie. Lenzyme catalyse le transfert direct de ce radical phosphoryl et de lnergie, sur lADP.Lhydrolyse de la liaison du 1,3 diphosphoglycrate librant environ 50 kJ/mol, aprs letransfert, lenzyme produit encore 19 kJ/mol de chaleur. La raction catalyse par la phosphoglycrate kinase est rversible.28/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Ractions couples par transfert de phosphate3.4 Pyruvate kinaseRM 9/2 La pyruvate kinase est une enzyme du cytoplasme prsente dans toutes les cellules. Cest unoligomre constitu de 4 chanes dacides amins et dune masse de 235000 daltons. Sonsubstrat est le phosphonolpyruvate, molcule riche en nergie produite au cours de loxyda-tion du glucose. Ce compos comprend dans sa structure un radical phosphoryl, li au Carbo-ne n 2 du pyruvate par une liaison de type phosphonol, riche en nergie. Lenzyme catalyse le transfert direct de ce radical phosphoryl et de lnergie, sur lADP.Lhydrolyse de la liaison du phosphonolpyruvate librant environ 62 kJ/mol, aprs le trans-fert, lenzyme produit encore 31 kJ/mol de chaleur. Cette grande quantit de chaleur librerend cette raction irrversible.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 29/122Ractions couples par transfert de phosphate3.5 Succinyl thiokinaseRM 10 Les succinyl-thiokinases sont des enzymes des mitochondries qui participent au cycle deKREBS, lactivation des acides gras et la biosynthse des porphyrines. Elle catalysent la phosphorylation directe des coenzymes transporteurs dnergie : ATP ouGTP, partir du phosphate minral et de lnergie de la liaison riche en nergie du succinyl-CoA, produit intermdiaire des ractions du cycle de KREBS. Cette raction ne se fait pas avec un transfert dun phosphate du substrat, contrairement auxexemples prcdents, mais avec un phosphate minral de la matrice mitochondriale.30/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Ractions couples par transfert de phosphate3.6 Myokinase (adnylate kinase)RM 10/1 La myokinase (quon appelle aussi adnylate kinase) est une enzyme prsente dans toutes lescellules. Elle catalyse rversiblement le transfert du troisime phosphate et de sa liaison riche en ner-gie dun nucloside triphosphate vers un nucloside monophosphate. Elle permet ainsi lchange dnergie entre lATP et les autres coenzymes transporteursdnergie : GTP principalement, mais aussi UTP et CTP.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 31/122Ractions couples par transfert de phosphate32/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Les oxydationsPartie II Les oxydationsRappel des objectifs Connatre1 la structure (corps constitutifs et dtail de la partie active), lorigine biologique, lerle vis--vis des enzymes des coenzymes suivants dont les fonctions seront voques dans lasuite du cours : ATP, GTP, NAD, Flavines, Ubiquinone, Cytochromes. Donner des exemples2 de couples doxydo-rduction cellulaires. Montrer le mcanisme3 dela raction enzymatique doxydo-rduction. Dfinir4 les conditions de son quilibre, le poten-tiel doxydo-rduction des couples impliqus et la valeur nergtique du transfert dlectrons.1. Connatre : nommer un corps dont on voit la formule dveloppe ; numrer les molcules simples dans une molcule complexe et nommer les liaisons qui les unissent ; dessiner une structure, crire lquation chimique et thermodynamique dune raction ou expliquer une exprience mettant en vidence une pro-prit physique ou chimique.2. Donner un exemple : choisir, dcrire et expliquer une situation o un concept ou un corps dfini joue le rle principal et met en vidence ses proprits essentielles.3. Montrer le mcanisme : dfinir les corps chimiques en prsence, crire et quilibrer la (les) raction(s) ; faire le bilan chimique et nergtique.4. Dfinir : prciser dans une phrase concise lessence dun objet ou les limites dun concept en excluant toute notion trangre et en comprenant toutes les variations possibles de lobjet ou du concept cern.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 33/122Les oxydations34/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Couples doxydorductionChapitre 4 Couples doxydorduction2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 35/122Couples doxydorduction4.1 Oxydorductions minralesRM 12 En dehors des transferts directs que nous venons dtudier, toutes les autres synthses dATP partir dADP et de phosphate, sont couples avec des ractions doxydation, qui constituentla source dnergie premire du mtabolisme nergtique. Tout atome ou molcule susceptible de perdre ou de gagner des lectrons constitue un coupledoxydorduction. La forme molculaire la plus riche en lectrons est rduite et la forme molculaire la moinsriche en lectrons est oxyde.36/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Couples doxydorduction4.2 Potentiel standard = E0RM 13 Lorsquil est mesur avec des solutions aqueuses 1 molaire des formes rduites et oxydesdun couple doxydorduction, pH 7 et la temprature de 25C, ce potentiel appel E0,sert de paramtre pour caractriser le pouvoir oxydant ou rducteur des couples doxydor-duction prsents dans nos cellules. Plus ce potentiel est lev plus le couple considr est oxy-dant.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 37/122Couples doxydorduction4.3 Raction coupleRM 14 Lorsquun couple plus rducteur ( potentiel standard bas) donne des lectrons un autre cou-ple plus oxydant ( potentiel lev), la raction est exergonique. Lorsquun couple plus oxydant ( potentiel standard haut) donne des lectrons un autre cou-ple plus rducteur ( potentiel bas), la raction est endergonique. Comme toujours en enzymologie, ces ractions peuvent tre couples, lnergie de la ractionexergonique permettant la raction endergonique de se produire.38/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Couples doxydorduction4.4 Raction doxydorduction coupleRM 15 Dtaillons un peu ces changes : Soit le compos A rduit qui est la forme la plus riche en lectrons des molcules dun coupledoxydorduction A rduit/A oxyd. Le passage la forme A oxyd saccompagne dune per-te de 2 lectrons et dune certaine quantit dnergie, dautant plus leve que le potentielstandard de ce couple est plus bas. Soit le compos B oxyd qui est la forme la moins riche en lectrons des molcules dun cou-ple doxydorduction B rduit/B oxyd. Le passage la forme B rduit ne peut se faire quenapportant 2 lectrons et une certaine quantit dnergie, dautant plus petite que le potentielstandard de ce couple est lev. Si une mme enzyme catalyse ces deux ractions ensemble (raction doxydorduction cou-ple) les lectrons vont passer du couple rducteur A au couple oxydant B. Lorsque le couple rducteur A est plus rducteur que le couple oxydant B, les lectrons vontdu couple au potentiel le plus bas au couple au potentiel le plus lev et la raction coupleest exergonique. Lorsque au contraire les lectrons vont du couple au potentiel le plus lev au couple au po-tentiel le plus bas, la raction couple est endergonique.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 39/122Couples doxydorduction4.5 Energie doxydationRM 16 Cette quantit dnergie (delta E) peut tre calcule par cette formule o : petit n reprsente le nombre dlectrons transfrs du rducteur vers loxydant ; F est le Faraday, soit 96406 joules par volt ; (E0 oxydant - E0 rducteur) est la diffrence de potentiel standard entre les couples.40/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorductionChapitre 5 Exemples de couples doxydorduction2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 41/122Exemples de couples doxydorduction5.1 Actaldhyde/Actate RM 17 Lactaldhyde et lacide actique constituent un couple doxydorduction parmi les plus r-ducteurs quon rencontre dans notre mtabolisme. Le potentiel standard doxydorduction de ce couple est de -580 mv.42/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.2 Eau/Oxygne RM 18 Leau et loxygne constituent un des couples doxydorduction les plus oxydants quon ren-contre dans notre mtabolisme. Le potentiel standard doxydorduction de ce couple est de +810 mv. Mais, les couples doxydorduction du mtabolisme sont aussi souvent des coenzymes trans-porteurs dHydrogne ou dlectrons dont nous allons tudier la structure.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 43/122Exemples de couples doxydorduction5.3 Nicotinamide Adnine DinuclotideRM 19 Le Nicotinamide adnine dinuclotide ou NAD est un coenzyme transporteur dHydrogneprsent dans toutes nos cellules des concentrations millimolaires. Sa structure comprend deux nuclotides : celui du haut est le 5AMP, o on reconnat lad-nine, le ribose et un phosphate. Ce phosphate est li par une liaison anhydride dacide unautre phosphate. Vient ensuite par une liaison ester le -D-ribose du deuxime nuclotide, lui-mme li par une liaison N-osidique avec un noyau azot qui est lacide nicotinique. Enfin, lafonction acide de cet acide nicotinique est amidifie par une molcule dammoniac. Lensemble de cette structure reprsente une masse de 664 daltons. La synthse du coenzyme NAD fait appel au nicotinamide, ou vitamine PP, aliment indispen-sable pour lHomme. La biosynthse peut tre faite partir du tryptophane pour environ 20 %,mais cet acide amin est aussi indispensable. Les besoins en vitamine PP slvent 20 mg/24 h.44/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.4 NADH/NAD+RM 20 La principale fonction de ce coenzyme est de transporter lHydrogne qui est le produit denombreuses enzymes doxydation. Au cours de ces ractions enzymatiques la forme oxyde du NAD quon appelle NAD+, reoitun hydrogne et un lectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique. On aboutitau NAD rduit quon appelle NADH. Le NAD oxyd et le NAD rduit constituent le couple doxydorduction NAD+/NADH. Lepotentiel standard de ce couple est de -320 mv. Dans les cellules vivant en arobiose, le coenzyme est le plus souvent trs oxyd : [NAD+]/[NADH] = 8 10. Le potentiel rel doxydorduction est donc plus lev : -250 -290 mv. Il existe plusieurs compartiments cellulaires entre lesquels le NAD ne peut pas tre chang.Lquilibre de ltat doxydo-rduction du NAD mitochondrial avec ltat doxydo-rductiondu NAD cytoplasmique est assur par des transporteurs dhydrogne : les navettes mitochon-driales.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 45/122Exemples de couples doxydorduction5.5 Spectre UV du NAD+/NADHRM 21 Le spectre dabsorption du coenzyme NAD+/NADH est dpendant de ltat doxydation deses molcules. Sur ce graphe on a reprsent labsorption de la lumire ultraviolette en fonction de la lon-gueur donde, pour des solutions de NAD+ en trait plein vert et de NADH en tirets discontinusA 340 nm, le NADH absorbe fortement la lumire alors que le NAD+ ne labsorbe pas du tout.Cette proprit est utilise pour mesurer la production de NADH au cours des ractions doxy-dations enzymatiques, puisque labsorption de la lumire 340 nm est proportionnelle aunombre de molcules de NADH prsentes dans la solution et augmente donc avec lactivitde lenzyme.46/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.6 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : lalcool dshydrognaseRM 22 Lalcool dshydrognase est une enzyme du foie principalement. Elle est constitue de deuxchanes dacides amins et sa masse est de 76000 daltons. Elle oxyde lalcool thylique de notre alimentation en actaldhyde, en prsence de Zinc etson coenzyme le NAD+ prend en charge lhydrogne et llectron transfrs du substrat. Unproton est libr dans le milieu. Le potentiel doxydorduction du couple alcool/actaldhyde tant plus bas que celui du cou-ple NAD+/NADH, la raction est exergonique.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 47/122Exemples de couples doxydorduction5.7 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : la malate dshydrognaseRM 22/1 La malate dshydrognase est une enzyme de toutes les cellules prsente la fois dans le cy-toplasme et dans les mitochondries. Sa masse molculaire est de 62000 daltons. Elle oxyde le malate en oxaloactate dans les ractions du cycle de KREBS. Les hydrognesservent rduire le coenzyme NAD+ en NADH, en librant un proton dans le milieu. Le potentiel doxydorduction du couple malate/oxaloactate tant plus haut que celui ducouple NAD+/NADH, la raction est endergonique.48/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.8 Motif RossmannRM 23 Toutes les dshydrognases NAD+/NADH ont une structure secondaire commune qui cor-respond au site de fixation du coenzyme. Le site catalytique de lenzyme en haut droite decette structure est proche du noyau de lacide nicotinique qui va recevoir lhydrogne etllectron produits. Ces enzymes suivent une cintique de type bibi ordonn, parce que lenzyme na daffinitavec le substrat quaprs la fixation du coenzyme sur ce site.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 49/122Exemples de couples doxydorduction5.9 Flavine MonoNuclotideRM 24 Le Flavine MonoNuclotide ou FMN est un coenzyme transporteur dHydrogne. Il a la structure dun nuclotide, o le ribose a t remplac par le ribitol dont le Carbone n 1est rduit en alcool primaire. Sur le Carbone n 5, un phosphate est estrifi. Une liaison alk-ylamine lie lautre fonction alcool primaire, un gros noyau nomm flavine. Ce noyau estcompos de 3 cycles : celui de gauche a une structure de pyrimidine rappelant celle deluracile ; celui de droite est benznique, substitu par 2 radicaux mthyl ; 2 Azotes relient cesdeux cycles en constituant un noyau central ; lun de ces deux Azotes relie la flavine au ribitol. La masse de lensemble de cette structure est de 439 daltons. Ce coenzyme est synthtis dans nos cellules partir de la riboflavine ou vitamine B2, qui estlensemble du ribitol et de la flavine.50/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.10 Flavine Adnine DinuclotideRM 25 Le Flavine adnine dinuclotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur dHydrogne. Il a la structure dun dinuclotide. Le nuclotide du haut est le FMN ; celui du bas est le5AMP. Les deux sont relis par une liaison anhydride entre les 2 phosphates. La masse de ce dinuclotide reprsente 786 daltons. Le noyau flavine absorbe la lumire dans le spectre visible. Les enzymes qui contiennent cescoenzymes sont de couleur jaune en solution cause de cette absorption. La synthse de ce coenzyme peut tre faite dans nos cellules partir du FMN (donc de la ri-boflavine ou vitamine B2) et de lATP.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 51/122Exemples de couples doxydorduction5.11 Flavine rduite/FlavineRM 26 La forme rduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogne sur les azo-tes 1 (en bas du cycle de gauche) et 5 (en haut du cycle du milieu). Le couple doxydorduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mv.52/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.12 Flavine lieRM 27 Le coenzyme FAD est un coenzyme li. Une liaison covalente fixe lun des mthyles du cyclede droite sur un azote dune histidine ou plus rarement sur le soufre dune cystine de lenzy-me. Cette liaison covalente est permanente et la flavine est dfinitivement fixe sur la protineenzymatique. En plus pour bien fixer la position du cycle, une liaison hydrogne relie lAzote n 3 du cyclepyrimidique une tyrosine de lenzyme. Ces liaisons modifient les proprits chimiques du coenzyme, qui seront donc diffrentesdune enzyme une autre.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 53/122Exemples de couples doxydorduction5.13 FlavoprotinesRM 28 Nous rencontrerons six enzymes coenzymes flaviniques, quon appelle flavoprotines. Certaines sont lies un FAD, dautres un FMN. Le potentiel doxydorduction du noyau flavine, influenc par lenvironnement des radicauxdes acides amins du site de fixation du coenzyme est variable. Dans la dihydrolipoate dshydrognase, qui est une sous-unit des -ctoacide dcarboxyla-ses, le potentiel est de -290 mv, beaucoup plus bas que celui du noyau flavine isol. Dans la succinate dshydrognase, ou complexe II de la chane respiratoire mitochondriale,le potentiel est au contraire plus oxydant : -10 mv. Toutes les autres flavoprotines ont des potentiels doxydorduction situs entre ces deux ex-trmes.54/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.14 Coenzyme Q10 = Ubiquinone 50RM 29 Lubiquinone 50 ou coenzyme Q10 est un coenzyme transporteur dHydrogne qui prsente laparticularit dtre liposoluble. Cette proprit est due une longue chane hydrophobe constitue dunits de 5 carbonesquon appelle isoprnes. Cette unit tant rpte 10 fois, la chane comprend donc 50 atomesde Carbone. A lextrmit de cette chane, un noyau aromatique reprsente la partie hydrophile du coen-zyme. Ce noyau est substitu par 2 radicaux mthoxy-, un mthyl et la chane polyisoprni-que. Il existe enfin deux fonctions ctone en para sur ce noyau qui est une quinone. La masse molculaire du coenzyme Q est de 863 daltons. Ce coenzyme ntant pas soluble dans leau, on ne le rencontre que dans des membranes lipi-diques comme la membrane interne de la mitochondrie, o il peut diffuser librement parmi lesphospholipides membranaires. Chez lhomme, la synthse de lubiquinone se fait sans besoin daucune vitamine.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 55/122Exemples de couples doxydorduction5.15 Ubiquinol/UbiquinoneRM 30 Le noyau quinone du coenzyme Q est rduit en noyau quinol lorsquon fixe 2 atomes dhy-drogne sur ses fonctions ctone. Lensemble ubiquinone/ubiquinol (ou coenzyme Q/coenzyme QH2) est un couple doxydo-rduction dont le potentiel standard est en moyenne de +60 mv. En fait, la rduction du coenzyme Q se fait en deux tapes, fixant successivement deux hydro-gnes sur les atomes doxygne et passant par une semi-quinone intermdiaire QH. Ces deuxrductions successives se font des potentiels diffrents et ncessitent par consquent des m-canismes enzymatiques distincts.56/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.16 Cytochrome cRM 32 Les cytochromes sont des protines contenant un coenzyme hminique li, transporteurdlectrons. Sur cette image on voit la structure du cytochrome c, petite protine de 104 acides amins, quicomprend au centre une porphyrine colore en vert. Cette porphyrine est centre par un atomede Fer, en rouge sur le dessin.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 57/122Exemples de couples doxydorduction5.17 HmeRM 31 Les cytochromes sont des coenzymes transporteurs dlectrons. La structure centrale des cy-tochromes est une porphyrine constitue de quatre noyaux pyrrol, comprenant chacun un ato-me dAzote et 4 de Carbone. Les Carbones priphriques de ces noyaux sont substitus pardes chanes latrales courtes qui lient la porphyrine aux radicaux des acides amins de la pro-tine. Au centre du noyau porphyrine, latome de Fer est li par six valences (on dit hexacoordin).4 de ces directions fixent le Fer sur les 4 atomes dazote de la porphyrine. Une valence du Ferest li un des azotes de lhistidine n 18, et la dernire au soufre de la mthionine n 80. Cette structure peut recevoir un lectron supplmentaire, donc tre rduite. Llectron trans-port est situ dans une trs vaste orbitale commune tous les atomes de carbone aromatiqueset latome de Fer. Cette disposition facilite beaucoup les changes dlectrons.58/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Exemples de couples doxydorduction5.18 CytochromesRM 33 En dehors du cytochrome c qui est un coenzyme libre, nous rencontrerons trois enzymes coenzymes hminiques quon appelle cytochromes. Ces cytochromes absorbent la lumire dans plusieurs bandes du spectre de la lumire visible.La longueur donde dune de ces bandes dabsorption ( sur ce tableau) sert distinguer cescoenzymes. A cause de cette absorption les cytochromes sont colors en rouge brun ; ce sonteux qui donnent leur couleur caractristique aux organes riches en mitochondries, comme lefoie et le cur. Le potentiel doxydorduction du noyau des cytochromes, influenc par lenvironnement desradicaux des acides amins du site de fixation, est variable. Dans la succinate dshydrognase, on trouve un cytochrome b558 ( cause de la longueurdonde dabsorption de 558 nm) dont le potentiel doxydorduction est trs bas = -120 mv.Dans la cytochrome oxydase au contraire le cytochrome a3, qui est associ un atome de Cui-vre, possde un potentiel doxydorduction plus grand que 300 mv. Tous les autres cytochromes ont un potentiel doxydorduction compris entre ceux de cesdeux cas extrmes.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 59/122Exemples de couples doxydorduction60/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005La chane respiratoire mitochondrialePartie III La chane respiratoire mitochondrialeRappel des objectifs Connatre1 les cinq complexes enzymatiques de la chane respiratoire mitochondriale (locali-sation, structure, ractions catalyses, nergie produite). Dfinir2 et donner des exemples3dinhibiteurs et de dcouplants de cette chane respiratoire.1. Connatre : nommer un corps dont on voit la formule dveloppe ; numrer les molcules simples dans une molcule complexe et nommer les liaisons qui les unissent ; dessiner une structure, crire lquation chimique et thermodynamique dune raction ou expliquer une exprience mettant en vidence une pro-prit physique ou chimique.2. Dfinir : prciser dans une phrase concise lessence dun objet ou les limites dun concept en excluant toute notion trangre et en comprenant toutes les variations possibles de lobjet ou du concept cern.3. Donner un exemple : choisir, dcrire et expliquer une situation o un concept ou un corps dfini joue le rle principal et met en vidence ses proprits essentielles.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 61/122La chane respiratoire mitochondriale62/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Chane Respiratoire Mitochondriale = CRMChapitre 6 Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 63/122Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.1 Complexe IRM 34 Loxydation de ces coenzymes transporteurs dhydrogne ou dlectrons est pour la mito-chondrie une source directe dnergie pour la phosphorylation de lADP. Cette synthse estassure par une voie mtabolique appele chane respiratoire mitochondriale. Les enzymes de cette voie mtabolique sont situes dans la membrane interne de la mitochon-drie. Sur cette image, cette membrane est reprsente par sa face matricielle dans la partiehaute de limage. Au dessous de la coupe de cette membrane, se situe lespace intermembra-naire. La NADH-Coenzyme Q oxydorductase est la premire enzyme de cette voie mtabolique.Elle est situe dans la membrane interne et dpasse largement sur les deux faces. Elle est cons-titue de sous-units et de cofacteurs lis. Les sous-units sont marques par des paralllpi-pdes en jaune et les cofacteurs en vert : on aperoit un flavine mononuclotide et descofacteurs lis constitus datomes de fer et de soufre (on les appelle centres Fer-Soufre) aunombre de 6. Lhydrogne qui est le substrat de lenzyme est apport par le coenzyme NADH,et transfr par lenzyme vers le coenzyme Q prsent dans les lipides de la membrane.64/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.2 NADH-CoQ oxydorductase (complexe I)RM 35 La NADH-Coenzyme Q oxydorductase ou Complexe I de la chane respiratoire mitochon-driale est une norme protine dune masse de 900000 daltons comprenant 45 sous-units. Elle catalyse loxydation du coenzyme NADH, dont le potentiel doxydorduction est de -320 mv, en prsence dun proton. Les hydrognes permettent de rduire le coenzyme Q de la membrane, dont le potentieldoxydorduction est de +60 mv, en coenzyme QH2. Cette raction doxydorduction couple est exergonique et libre 73 kJ/mol. Une partie deces 73 kJ est utilise par lenzyme pour dplacer des protons depuis la matrice vers lespaceintermembranaire. Ce pompage de protons est donc coupl la raction doxydorduction. Dans les cellules, le rapport des concentrations NADH/NAD+ est infrieur lunit, de sorteque la raction produit moins de chaleur que dans les conditions standard.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 65/122Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.3 Complexe IIIRM 36 La Coenzyme Q-cytochrome c oxydorductase est lenzyme suivante de cette voie mtaboli-que. Elle est situe dans la membrane interne et dpasse largement sur les deux faces. Elle estconstitue de 2 moitis identiques contenant les mmes coenzymes lis. On aperoit lesnoyaux hmes appels bT, bK (cytochrome b) et cl ainsi quun centre Fer-Soufre (ferredoxi-ne). Les atomes dhydrogne qui sont le substrat de lenzyme sont apports par le coenzyme QH2 ;leurs lectrons sont transfrs par lenzyme vers le cytochrome c qui se dplace dans lespaceintermembranaire.66/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.4 CoQ-cyt c oxydorductase (complexe III)RM 37 La coenzyme Q-cytochrome c oxydorductase ou Complexe III de la chane respiratoire mi-tochondriale est un dimre dont chaque moiti a une masse de 300000 daltons et est constituede 12 sous-units. Elle catalyse loxydation du coenzyme QH2, soluble dans la membrane, dont le potentieldoxydorduction est de +60 mv. Les lectrons permettent de rduire deux molcules decytochrome c ferrique en cytochrome c ferreux, dont le potentiel doxydorduction est de+255 mv. Cette raction doxydorduction couple est exergonique et libre 39 kJ/mol. Cette nergieest utilise par lenzyme pour dplacer des protons depuis la matrice vers lespace intermem-branaire. Ce pompage de protons est donc coupl la raction doxydorduction.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 67/122Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.5 Complexe IVRM 38 La cytochrome oxydase est lenzyme suivante de la chane respiratoire mitochondriale. Elleest situe dans la membrane interne et dpasse surtout sur la face intermembranaire. Elle est constitue de 2 moitis identiques contenant les mmes coenzymes lis. On aperoitle cytochrome qui contient deux noyaux hmes appels a et a3 chacun dentre eux tant asso-ci un atome de Cuivre. Les lectrons qui sont le substrat de lenzyme sont apports par le cytochrome c de lespaceintermembranaire puis transfrs par lenzyme vers loxygne de la respiration qui diffuse desvaisseaux vers la matrice des mitochondries.68/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.6 Cytochrome oxydase (complexe IV)RM 39 La cytochrome oxydase ou Complexe IV de la chane respiratoire mitochondriale est un di-mre dont chaque moiti a une masse de 162000 daltons et est constitue de 8 sous-units. Elle catalyse loxydation du cytochrome c ferreux, dont le potentiel doxydorduction est de+255 mv. Les lectrons permettent de rduire un atome doxygne en eau au potentiel doxydorductionde +810 mv. Cette raction doxydorduction couple est exergonique et libre 106 kJ/mol. Une partie deces 106 kJ est utilise par lenzyme pour dplacer des protons depuis la matrice vers lespaceintermembranaire. Ce pompage de protons est donc coupl la raction doxydorduction. Dans les cellules, le rapport des concentrations du cytochrome c rduit et oxyde nest pas gal lunit et lOxygne est beaucoup moins abondant que leau, de sorte que la raction produitmoins de chaleur que dans les conditions standard.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 69/122Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.7 Complexe F0-F1RM 40 LATPase mitochondriale est la dernire enzyme de la chane respiratoire mitochondriale.Elle est constitue dune partie membranaire insre dans la membrane interne de la mito-chondrie, et dune tte (appele corpuscule de GREEN) qui dpasse fortement de la membra-ne vers la matrice mitochondriale et se voit trs nettement au microscope lectronique. Cette tte est forme de plusieurs sous-units qui produisent lATP dans la mitochondrie.70/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.8 ATPase mitochondriale (complexe F0-F1)RM 41 LATPase mitochondriale est une protine complexe constitue de 11 sous-units diffrentesatteignant la masse totale de 450000 daltons. Contrairement aux autres enzymes de la chane respiratoire mitochondriale, elle pompe lesprotons de lespace intermembranaire vers la matrice. Ce faisant, elle rcupre lnergie queles autres enzymes de la chane utilisent pour accumuler les protons dans lespace intermem-branaire. Cette nergie est couple la raction de phosphorylation de lADP par un phospha-te minral en prsence de Magnsium, raction endergonique qui consomme 31 kJ/mol. Dans les cellules, le rapport des concentrations ATP/ADP est trs suprieur lunit, de sorteque la raction consomme plus dnergie que dans les conditions standard.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 71/122Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.9 Complexe IIRM 42 La succinate dshydrognase est une enzyme de la membrane interne de la mitochondrie fai-sant partie de deux voies mtaboliques, le cycle de KREBS et la chane respiratoire mitochon-driale. Elle est constitue de quatre chanes dacides amins dont deux sont incluses dans lamembrane interne de la mitochondrie, deux autres tant seulement lies aux premires sur laface matricielle de la membrane. Le succinate substrat de lenzyme, est oxyd en fumarate par les sous-units internes, qui con-tiennent un coenzyme FAD li et plusieurs centres Fer-Soufre. Les hydrognes sont transfrs au coenzyme Q de la membrane par les sous-units enchassesdans celle-ci, o on trouve un cytochrome b558.72/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.10 Succinate dshydrognase (complexe II)RM 43 La succinate dshydrognase ou complexe II de la chane respiratoire mitochondriale, estdonc une petite protine de 130000 daltons, constitue de 4 sous-units. Elle catalyse loxydation du succinate en fumarate, raction du cycle de KREBS, dont le po-tentiel doxydorduction est denviron +30 mv. Les hydrognes servent rduire lecoenzyme Q de la membrane interne. Le potentiel doxydorduction de ce dernier ntant quede +60 mv, lnergie libre par cette raction nest pas suffisante pour quil y ait un pompagede protons au niveau de ce complexe II. Dautres flavoprotines situes sur cette face interne de la membrane interne de la mitochon-drie peuvent aussi rduire le coenzyme Q de la chane respiratoire en oxydant divers substratsdu mtabolisme, comme le glycrophosphate ou les acyl-coenzymes A.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 73/122Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.11 ATP/ADP translocaseRM 45 Une protine de la membrane interne de la mitochondrie permet le transport de lATP synth-tis de la matrice vers lespace intermembranaire : cest lATP translocase. Cest une protine quatre sous-units dont la masse est de 29000 daltons. Elle facilite le transport dune molcule dATP porteuse de 4 charges ngatives de la matricevers lespace intermembranaire, en change dune molcule dADP porteuse de trois chargesngatives dans lautre sens. La vitesse de ce transport dADP vers la matrice est ltape la plus lente de la chane respira-toire mitochondriale dans les conditions physiologiques et cest donc cette translocase quicontrle la vitesse de la chane. Une autre protine transporteuse, la Porine, permet enfin lATP de franchir la membrane ex-terne de la mitochondrie pour sortir dans le cytoplasme.74/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.12 Ractions des cinq complexesRM 44 Ecrivons successivement les ractions catalyses en les quilibrant de telle manire que lenombre dhydrognes ou dlectrons transports soit toujours de 2. Notons que toutes les ractions doxydorduction qui vont dun potentiel bas vers un plus le-v sont exergoniques. La raction de synthse de lATP partir de lADP et du phosphate est endergonique.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 75/122Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM76/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Bilans et schmas gnraux de la CRMChapitre 7 Bilans et schmas gnraux de la CRM2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 77/122Bilans et schmas gnraux de la CRM7.1 MitochondrieRM 44/1 La respiration cellulaire est un mode de production de liaisons riches en nergie (sous formedATP) qui se caractrise par des oxydations phosphorylantes : actives au sein dune membrane riche en cytochromes dont laccepteur final dlectrons est lOxygne dont lintermdiaire entre oxydation et phosphorylation (couplage) est un gradient ioni-que doubl dun potentiel de membrane. Elle se distingue des fermentations, qui produisent aussi des liaisons riches en nergie (sousforme dATP) par des oxydations phosphorylantes : actives au sein dun compartiment soluble (cytoplasme par exemple) dont laccepteur dlectrons nest pas lOxygne (par exemple le pyruvate) dont les intermdiaires entre oxydation et phosphorylation (couplage) sont des molcu-les riches en nergie (par exemple 1,3 diphosphoglycrate). La mitochondrie est le sige de la respiration. Elle comporte une double membrane : membra-ne externe et membrane interne spares par lespace intermembranaire. A lintrieur de lamembrane interne est un compartiment soluble appel matrice. Les enzymes de la chane res-piratoire mitochondriale sont situes dans la membrane interne de la mitochondrie. Le schma gnral de la chane mitochondriale (RM 46) est expliqu sur un agrandissementde la partie encadre de cette mitochondrie.78/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Bilans et schmas gnraux de la CRM7.2 Chane Respiratoire Mitochondriale (schma gnral)RM 46 Pour comprendre ces bilans, il faut examiner le fonctionnement densemble de cette voie m-tabolique. La chane respiratoire mitochondriale est associe aux crtes de la membrane inter-ne des mitochondries dont une est schmatise sur ce dessin. Cette membrane spare lamatrice ( droite) de lespace intermembranaire ( gauche). Dans la membrane interne, onrencontre les principaux complexes enzymatiques de la chane respiratoire, symboliss pardes cercles jaunes. Les substrats et les produits, ports par des coenzymes, sont des couples doxydorduction in-diqus sur ce dessin par le rapport forme rduite sur forme oxyde. Le complexe I, en haut gauche, oxyde le NADH en NAD+, rduit le coenzyme Q en coen-zyme QH2 et pompe des protons de la matrice vers lespace intermembranaire. Le complexe II, en haut droite oxyde le succinate en fumarate et rduit le coenzyme Q encoenzyme QH2. Le complexe III, en haut au milieu, oxyde le coenzyme QH2 en coenzyme Q, rduit lecytochrome c ferrique en cytochrome c ferreux et pompe des protons de la matrice vers les-pace intermembranaire. Le complexe IV, en bas droite, oxyde le cytochrome c ferreux en cytochrome c ferrique, r-duit loxygne en eau et pompe des protons de la matrice vers lespace intermembranaire. Lactivit de pompage des protons par les complexes I, III et IV conduit une grande diff-2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 79/122Bilans et schmas gnraux de la CRMrence de concentration des protons : on dit quil stablit un gradient de concentration de pro-tons. Ce gradient se manifeste par une diffrence de pH entre la matrice et lespaceintermembranaire, ce dernier tant plus acide que la matrice. Le complexe F0-F1, en bas, laisse, au contraire, revenir les protons de lespace intermembra-naire vers la matrice et utilise lnergie produite pour phosphoryler lADP en ATP. Deux pro-tines transporteuses (ATP-translocase et porine) permettent enfin au coenzyme ATP/ADP depasser travers les membranes.80/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Bilans et schmas gnraux de la CRM7.3 Membrane interneRM 46/1 Les cinq complexes de la chane respiratoire mitochondriale ne sont pas prsents dans lamembrane interne la mme frquence : ainsi pour une molcule de complexe I au centredune unit de surface de la membrane interne, on trouve 2 succinate-dshydrognases, 3complexes III, 6 ou 7 cytochrome-oxydases et 4 ou 5 ATPases. Tout autour de ces complexes,la membrane contient encore un trs grand nombre de translocases ATP (environ 10 % desprotines de la membrane) et de nombreuses enzymes appartenant dautres voies mtaboli-ques. La membrane interne de la mitochondrie est une membrane riche en protines (75 %) le restetant constitu de lipides. Certains de ces lipides sont spcifiques de cette membrane commeles cardiolipides et lubiquinone (coenzyme Q).2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 81/122Bilans et schmas gnraux de la CRM7.4 Rgulation par lADPRM 46/2 Examinons les effets des variations des concentrations dATP et dADP comme rgulateursde la chane respiratoire mitochondriale. Au repos la concentration dATP est trs suprieure celle de lADP dans le cytoplasme aussibien que dans la mitochondrie. Lors dun effort considrable la concentration dATP diminuesensiblement mais rarement de plus de 50 % : les variations de la concentrations dATP sontdonc faibles. Au contraire, lADP dont la concentration est trs faible au repos, slve destaux de 10 100 fois plus levs ds le dbut de leffort. Laugmentation du taux de lADP cytoplasmique active les protines de transport des mem-branes mitochondriales et provoque lentre de lADP dans la matrice de la mitochondrie, ole taux de lADP augmente par consquent dans les mmes proportions que dans le cytoplas-me. Laugmentation du taux dADP facilite par effet de substrat lactivit de lATPase qui phos-phoryle aussitt cet ADP en ATP en utilisant lnergie des protons de lespace intermembra-naire quelle laisse entrer dans la matrice. Il en rsulte une diminution du gradient de protonsautour de la membrane interne. La diminution du gradient de protons facilite son tour le pompage des protons de la matricevers lespace intermembranaire par les complexes I, III et IV de la chane respiratoire. Lesractions doxydorduction couples ce pompage sont donc aussi facilites avec une acc-lration de loxydation des substrats (NADH et succinate) et de la consommation doxygne. En somme, la seule augmentation du taux dADP dans la matrice de la mitochondrie (grce 82/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Bilans et schmas gnraux de la CRMlADP/ATP translocase) suffit acclrer toutes les ractions des complexes de la chane res-piratoire mitochondriale. Rciproquement labsence dADP dans la matrice provoque larrtdes oxydations de toutes les enzymes.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 83/122Bilans et schmas gnraux de la CRM7.5 Chane respiratoire mitochondriale (dfinition)RM 47 La chane respiratoire est un ensemble de ractions catalyses par de gros complexes enzyma-tiques de la membrane interne des mitochondries, dont leffet est le couplage de loxydationdes coenzymes transporteurs dhydrogne comme le NADH ou le coenzyme QH2, en prsen-ce doxygne avec la phosphorylation de lADP en ATP. Cette voie mtabolique ncessite la prsence des cinq complexes enzymatiques avec leurs co-facteurs lis, des coenzymes libres NAD, coenzyme Q, cytochrome c et ADP, de phosphate,de protons et de Magnsium, et enfin de substrats comme lOxygne, le succinate, le glyc-rophosphate ou les acyl-coenzymes A.84/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Bilans et schmas gnraux de la CRM7.6 Oxydation du NADH (bilan)RM 47/1 Examinons maintenant le bilan de la voie mtabolique en fonction des enzymes qui vont agir : 1 loxydation du NADH par loxygne fait intervenir les complexes I, III et IV de la chanerespiratoire. En faisant la somme des ractions de ces 3 enzymes, nous voyons que cette rac-tion libre une trs grande quantit dnergie, proportionnelle la diffrence de potentielparcourue : de -320 +810 = 1130 mv.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 85/122Bilans et schmas gnraux de la CRM7.7 Oxydation du succinate (bilan)RM 47/2 2 loxydation des substrats des diffrentes flavoprotines par loxygne fait intervenir lescomplexes II, III et IV de la chane respiratoire. En faisant la somme des ractions de ces 3enzymes, nous voyons que cette raction libre une trs grande dnergie. Dans les deux cas, cette nergie serait libre en chaleur et il en rsulterait une insupportableaugmentation de la temprature. En fait, une part de cette nergie est utilise par le complexeF0-F1 pour faire la synthse de lATP partir de lADP et du phosphate.86/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Bilans et schmas gnraux de la CRM7.8 Oxydation phosphorylante du NADH (bilan)RM 47/3 3 loxydation phosphorylante du NADH par loxygne fait intervenir les complexes I, III etIV plus le complexe F0-F1 de la chane respiratoire. En faisant la somme des ractions de ces4 enzymes, nous voyons que cette raction ne libre plus que 125 kJ/mol, mais saccompagnede la synthse de 3 liaisons riches en nergie. Dans les cellules, o le rapport des concentrations de NADH/NAD+ est trs infrieur lunit(et o lOxygne est videmment beaucoup moins concentr que leau), la chaleur dgageest beaucoup plus faible que ne lindique cette quation.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 87/122Bilans et schmas gnraux de la CRM7.9 Oxydation phosphorylante du succinate (bilan)RM 47/4 4 loxydation phosphorylante des substrats des diffrentes flavoprotines par loxygne faitintervenir les complexes II, III et IV plus le complexe F0-F1 de la chane respiratoire. En fai-sant la somme des ractions de ces 4 enzymes, nous voyons que cette raction ne libre plusque 88 kJ/mol, mais saccompagne de la synthse de 2 liaisons riches en nergie. Dans les cellules, o le rapport des concentrations de succinate/fumarate est un peu infrieur lunit (et o lOxygne est videmment beaucoup moins concentr que leau), la chaleurdgage est beaucoup plus faible que ne lindique cette quation.88/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRMChapitre 8 Inhibiteurs et dcouplants de la CRM2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 89/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.1 EffecteurRM 48 Dautres molcules peuvent intervenir pour ralentir les ractions de la chane respiratoire mi-tochondriale. Ce sont les inhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale. Compte tenu delimportance vitale de cette voie mtabolique pour notre organisme, la plupart de ces inhibi-teurs sont des poisons dangereux.90/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.2 Inhibiteurs de la chane respiratoire mitochondrialeRM 49 Le complexe I peut tre inhib par la rotnone, extraite des racines de certaines Lgumineuseset utilise comme poison de pche par les indiens de Guyane ; certains mdicaments sdatifscomme les barbituriques ou le Dolosal ont aussi cet effet. Le malonate est un petit diacide connu comme inhibiteur du complexe II, comptitif vis visdu succinate. Le TTFA est un chlateur de mtaux lourds utilis pour le dosage de lUranium. Les inhibiteurs du complexe III sont lantimycine A et le myxothiazol qui agissent respecti-vement aux niveaux du cytochrome bK et du centre Fer-Soufre, et le BAL qui est un autrechlateur des mtaux lourds, utilis comme antidote de gaz de combat. Loxyde de carbone et les cyanures sont des inhibiteurs des enzymes ayant lOxygne poursubstrat, comme la cytochrome oxydase. Loligomycine B est un antibiotique qui inhibe lactivit de lATPase, de mme que le DCCD,ractif des radicaux acides. Enfin, latractyloside est un poison dun chardon dAfrique du Nord dont la partie aglycone(latractylate) inhibe la protine de transport de lATP travers la membrane interne. Le bon-gkrkate, qui est prsent dans les tourteaux darachide avaris, inhibe aussi cette translocase.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 91/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.3 Exemple dinhibiteur de la CRM : lantimycineRM 50 Examinons titre dexemple leffet de lAntimycine A sur la chane respiratoire mitochon-driale. Linhibition de la coenzyme Q-cytochrome c oxidorductase ou complexe III, ralentit lutili-sation par ce complexe du coenzyme QH2, donneur dhydrogne, et du cytochrome c ferrique,receveur dlectrons. Le ralentissement de la roxydation du coenzyme Q privera les complexes I et II de leur coen-zyme accepteur dhydrogne, ce qui va entraner une inhibition de lactivit de ces deux en-zymes et par suite, de lutilisation du NADH et du succinate. Le manque de cytochrome c rduit va priver la cytochrome oxydase de son coenzyme don-neur dlectrons, et par suite cette enzyme utilisera moins doxygne, do le ralentissementde la respiration. Les complexes I, III et IV tant moins actifs, le pompage des protons est ralenti, puisque cetransport est coupl aux ractions doxydation. En consquence, le complexe F0-F1 qui trouvelnergie de son activit dans ce gradient de protons transmembranaire, ne pourra plus effec-tuer la synthse de lATP partir de lADP et du phosphate. En somme, linhibition dun seul des cinq complexes par un de ces poisons, entrane linhibi-tion de toute la chane respiratoire mitochondriale, cest pourquoi on groupe tous ces corpssous le nom gnrique dinhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale.92/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.4 Exemple dinhibiteur de la CRM : la rotnoneRM 50/1 Examinons titre dexemple leffet de la Rotnone sur la chane respiratoire mitochondriale. Linhibition de la NADH-coenzyme Q oxidorductase ou complexe I, ralentit lutilisation parce complexe du NADH, donneur dhydrogne, et du coenzyme Q, receveur dhydrogne. Le ralentissement de la rduction du coenzyme Q privera le complexe III de son coenzymedonneur dhydrogne, ce qui va entraner une inhibition de la rduction du cytochrome c fer-rique en cytochrome c ferreux. Les hydrognes apports par le complexe II seront les seuls parvenir au complexe III dans cette circonstance. Le manque de cytochrome c rduit va priver la cytochrome oxydase de son coenzyme don-neur dlectrons, et par suite cette enzyme utilisera moins doxygne, do le ralentissementde la respiration. Les complexes I, III et IV tant moins actifs, le pompage des protons est ralenti, puisque cetransport est coupl aux ractions doxydation. En consquence, le complexe F0-F1 qui trouvelnergie de son activit dans ce gradient de protons transmembranaire, ne pourra plus effec-tuer la synthse de lATP partir de lADP et du phosphate.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 93/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.5 Exemple dinhibiteur de la CRM : le malonateRM 50/2 Examinons titre dexemple leffet du Malonate sur la chane respiratoire mitochondriale. Linhibition de la Succinate dshydrognase ou complexe II, ralentit lutilisation par ce com-plexe du Succinate, donneur dhydrogne, et du coenzyme Q, receveur dhydrogne. Le ralentissement de la rduction du coenzyme Q privera le complexe III de son coenzymedonneur dhydrogne, ce qui va entraner une inhibition de la rduction du cytochrome c fer-rique en cytochrome c ferreux. Les hydrognes apports par le complexe I seront les seuls parvenir au complexe III dans cette circonstance. Le manque de cytochrome c rduit va priver la cytochrome oxydase de son coenzyme don-neur dlectrons, et par suite cette enzyme utilisera moins doxygne, do le ralentissementde la respiration. Les complexes I, III et IV tant moins actifs, le pompage des protons est ralenti, puisque cetransport est coupl aux ractions doxydation. En consquence, le complexe F0-F1 qui trouvelnergie de son activit dans ce gradient de protons transmembranaire, ne pourra plus effec-tuer la synthse de lATP partir de lADP et du phosphate.94/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.6 Exemple dinhibiteur de la CRM : le cyanureRM 50/3 Examinons titre dexemple leffet des cyanures sur la chane respiratoire mitochondriale.Lion cyanure est le plus puissant des poisons de la chane respiratoire. Linhibition de la cytochrome oxidase ou complexe IV, arrte lutilisation par ce complexe delOxygne, accepteur dHydrogne, et du cytochrome c, donneur dlectrons. Le ralentissement de la roxydation du cytochrome c privera le complexe III de son coenzymeaccepteur dlectrons ce qui va entraner une inhibition de lactivit de cette enzyme et parsuite, de lutilisation du coenzyme QH2. Le manque de coenzyme Q oxyd va priver les complexes I et II de leur coenzyme receveurdHydrogne, et par suite ces enzymes utiliseront moins de NADH et de Succinate. Les complexes I, III et IV tant moins actifs, le pompage des protons est ralenti, puisque cetransport est coupl aux ractions doxydation. En consquence, le complexe F0-F1 qui trouvelnergie de son activit dans ce gradient de protons transmembranaire, ne pourra plus effec-tuer la synthse de lATP partir de lADP et du phosphate. En somme, linhibition dun seul des cinq complexes par un de ces poisons, entrane linhibi-tion de toute la chane respiratoire mitochondriale, cest pourquoi on groupe tous ces corpssous le nom gnrique dinhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 95/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.7 Exemple dinhibiteur de la CRM : loligomycineRM 50/4 Examinons titre dexemple leffet de lOligomycine sur la chane respiratoire mitochondria-le. Linhibition de lATPase ou complexe F0-F1, arrte la phosphorylation par ce complexe delADP, grce lnergie fournie par le gradient de protons transmembranaire. Laccumulation des protons dans lespace intermembranaire va empcher les complexes I, IIIet IV de continuer pomper des protons de la matrice vers cet espace, partir de lnergiedgage par les ractions doxydations qui seront donc galement inhibes. Le ralentissement de loxydation du cytochrome c rduit par la cytochrome oxydase entrane-ra un ralentissement de lutilisation de lOxygne, accepteur dHydrogne et donc un ralen-tissement de la respiration. Le ralentissement de loxydation du coenzyme QH2 par le complexe III privera lescomplexes I et II de leur coenzyme accepteur dHydrogne ce qui va entraner une inhibitionde lactivit de ces enzymes, et par suite ces enzymes utiliseront moins de NADH et de Suc-cinate. En somme, linhibition dun seul des cinq complexes par un de ces poisons, entrane linhibi-tion de toute la chane respiratoire mitochondriale, cest pourquoi on groupe tous ces corpssous le nom gnrique dinhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale.96/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.8 Exemple dinhibiteur de la CRM : latractylateRM 50/5 Examinons titre dexemple leffet de lAtractylate sur la chane respiratoire mitochondriale. Linhibition de la translocase qui permet la sortie de lATP vers lespace intermembranaireentrane une accumulation dATP dans la matrice. Laugmentation de lATP dans la matrice inhibe lactivit de lATPase, et diminue lutilisa-tion de lnergie fournie par le gradient de protons transmembranaire. Laccumulation des protons dans lespace intermembranaire va empcher les complexes I, IIIet IV de continuer pomper des protons de la matrice vers cet espace, partir de lnergiedgage par les ractions doxydations qui seront donc galement inhibes. Le ralentissement de loxydation du cytochrome c rduit par la cytochrome oxydase entrane-ra un ralentissement de lutilisation de lOxygne, accepteur dHydrogne et donc un ralen-tissement de la respiration. Le ralentissement de loxydation du coenzyme QH2 par le complexe III privera lescomplexes I et II de leur coenzyme accepteur dHydrogne ce qui va entraner une inhibitionde lactivit de ces enzymes, et par suite ces enzymes utiliseront moins de NADH et de Suc-cinate. En somme, linhibition de la seule translocase par un de ces poisons, entrane linhibition detoute la chane respiratoire mitochondriale, cest pourquoi on groupe tous ces corps sous lenom gnrique dinhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 97/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.9 Exemple dinhibiteur de la CRM : le bongkrkateRM 50/6 Examinons titre dexemple leffet du Bongkrkate sur la chane respiratoire mitochondriale. Linhibition de la translocase qui permet lentre de lADP vers lespace intermembranaireentrane une rarfaction de lADP dans la matrice. Labsence de lADP dans la matrice inhibe lactivit de lATPase, et diminue lutilisation delnergie fournie par le gradient de protons transmembranaire. Laccumulation des protons dans lespace intermembranaire va empcher les complexes I, IIIet IV de continuer pomper des protons de la matrice vers cet espace, partir de lnergiedgage par les ractions doxydations qui seront donc galement inhibes. Le ralentissement de loxydation du cytochrome c rduit par la cytochrome oxydase entrane-ra un ralentissement de lutilisation de lOxygne, accepteur dHydrogne et donc un ralen-tissement de la respiration. Le ralentissement de loxydation du coenzyme QH2 par le complexe III privera lescomplexes I et II de leur coenzyme accepteur dHydrogne ce qui va entraner une inhibitionde lactivit de ces enzymes, et par suite ces enzymes utiliseront moins de NADH et de Suc-cinate. En somme, linhibition de la seule translocase par un de ces poisons, entrane linhibition detoute la chane respiratoire mitochondriale, cest pourquoi on groupe tous ces corps sous lenom gnrique dinhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale.98/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.10 DcouplantRM 51 La notion de couplage entre la raction de phosphorylation de lATP et les oxydorductionsde la chane respiratoire mitochondriale, permet de dfinir un nouveau type de rgulateurs decette voie mtabolique, les dcouplants. Ces composs suppriment la transmission de lnergie entre les oxydorductases et lATPase.Ils diminuent le gradient de protons transmembranaire ; ils favorisent lhydrolyse de lATPpar le complexe F0-F1 ; ils stoppent leffet indirect de loligomycine sur le reste de la chanerespiratoire ; ils activent enfin les oxydations cellulaires, lutilisation du NADH et de lOxy-gne.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 99/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.11 Dcouplants de la chane respiratoire mitochondrialeRM 52 Les dcouplants sont surtout des phnols substitus comme le 2,4 dinitrophnol ou les ph-nylhydrazones. Des antibiotiques comme les gramicidines ou un anticoagulant, le dicoumarolextrait du trfle avari, ont ces proprits. Le cas de lArsenic est un peu particulier : analogue structural du Phosphore, il donne des ar-sniates qui se substituent aux phosphates lors de la synthse de lATP par le complexe F0-F1. Larsnyl-ADP qui en rsulte est instable et shydrolyse aussitt. La prsence darsniatesdans lalimentation la place des phosphates, provoque un dcouplage de la chane respira-toire qui finit par tre mortel. Les hormones thyrodiennes ou les acides gras non estrifis agissent sur les mitochondriesen activant des protines dcouplantes. Grce un change dacides gras protons ou dpro-tons de part et dautre de la membrane, ces protines diminuent le gradient de protons.100/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.12 Exemple de dcouplant de la CRM : le 2,4-DiNitroPhnolRM 53 Examinons titre dexemple leffet du 2,4 dinitrophnol (2,4 DNP) sur la chane respiratoiremitochondriale. Ce dcouplant est dissous dans les lipides de la membrane interne de la mitochondrie quilrend permable aux protons. Cette fuite de protons travers la membrane, entrane la diminu-tion du gradient de protons transmembranaire. Par suite les oxydorductases de la chane res-piratoire acclrent leur pompage de protons et donc les oxydations couples. Cest pourquoiles dcouplants sont des activateurs de la respiration et des oxydations cellulaires. Le pompage des protons lorsque le gradient est abaiss consomme moins dnergie ; il y adonc davantage dnergie libre dans le milieu sous forme de chaleur. Quant lATPase dont la raction est rversible, ne disposant plus du gradient suffisant pourfournir lnergie dont elle a besoin pour la phosphorylation de lADP, elle catalysera la rac-tion dans lautre sens, hydrolysant lATP en ADP et en phosphate en utilisant le reste delnergie pour pomper des protons de la matrice vers lespace intermembranaire et librer dela chaleur dans le milieu. Lorsque le gradient devient plus faible encore, une des sous-unitsdu complexe F0-F1 inhibe cette activit dhydrolyse de lATP restant.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 101/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.13 Exemple de dcouplant de la CRM : larsniateRM 53/1 Examinons titre dexemple leffet de larsniate sur la chane respiratoire mitochondriale. Ce dcouplant est un analogue structural de lion phosphate, qui est un substrat essentiel delATPase. Larsniate qui saccumule dans la matrice entre en comptition avec le phosphatepour la raction de phosphorylation de lADP. Il en rsulte la formation dADP arsnyl, com-pos instable qui shydrolyse immdiatement en librant lnergie sous forme de chaleur.LATPase travaille alors dans le vide en acclrant la synthse dADP arsnyl partir delnergie que lui fournit le gradient de protons transmembranaire. Par suite les oxydorductases de la chane respiratoire acclrent leur pompage de protons etdonc les oxydations couples. Cest pourquoi les dcouplants sont des activateurs de la respi-ration et des oxydations cellulaires. Le pompage des protons lorsque le gradient est abaissconsomme moins dnergie ; il y a donc davantage dnergie libre dans le milieu sous formede chaleur.102/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.14 Protines dcouplantesRM 53/2 Les hormones thyrodiennes induisent lexpression de gnes qui codent pour des protines d-couplantes. Les protines dcouplantes de la membrane interne de la mitochondrie catalysent lchange(flip-flop) des acides gras non estrifis entre les deux feuillets de la membrane. Les acides gras de la face qui regarde lespace intermembranaire ou la concentration de pro-tons est leve (pH 6,2) sont plus protons que ceux de la face matricielle ou les protons sontrares (pH 7,5). Lorsquils sont changs, les acides gras ioniss qui arrivent du ct de lespace intermem-branaire vont capter des protons et ceux qui sont exposs du ct de la matrice vont perdreleurs protons. de sorte que cet change va se traduire par un passage de protons de lespaceintermembranaire vers la matrice. Ce transport de protons se produit avec une perte dnergie qui est la source principale de cha-leur de lorganisme. Cette nergie est proportionnelle au gradient lectrochimique de la mem-brane et elle saccompagne dun dcouplage de la chane respiratoire. La rgulation est assure par linduction ou la repression de la biosynthse des protines d-couplantes par les hormones thyrodiennes.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 103/122Inhibiteurs et dcouplants de la CRM104/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Thorie chimio-osmotique (Mitchell)Chapitre 9 Thorie chimio-osmotique (Mitchell)2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 105/122Thorie chimio-osmotique (Mitchell)9.1 Gradient chimio-osmotiqueRM 54 Limportance du transport de protons dans le mcanisme de couplage entre les ractionsdoxydorduction et la phosphorylation a t dcrite sous le nom de thorie chimioosmotiquede MITCHELL. On a dmontr que lacidification exprimentale de lespace intermembranaire induit unephosphorylation dADP. Lorsque la chane respiratoire fonctionne le gradient de protons pour tre suffisant devrait ac-cumuler une concentration de protons 25 fois plus forte dans lespace intermembranaire quedans la matrice, soit un pH de 6,2 dans lespace intermembranaire contre 7,6 dans la matrice.En fait la diffrence de pH nest pas aussi grande, parce que le gradient de protons nest pasla seule forme de couplage nergtique entre les oxydorductions et la phosphorylation. Ilexiste aussi un gradient dlectrons, cest dire une diffrence de potentiel (environ 120 mv)entre les deux faces de la membrane ; dautres particules charges sont aussi changes contredes protons comme les ions Potassium, qui forment donc aussi un gradient transmembranaireen quilibre avec le gradient des protons.106/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Thorie chimio-osmotique (Mitchell)9.2 Niveaux dnergie de la chane (I)RM 55 La quantit dnergie que le gradient doit transmettre entre les enzymes doxydation et les en-zymes de phosphorylation est dtermine par les quilibres des ractions rversibles des en-zymes de la chane respiratoire mitochondriale. Reprsentons les enzymes de la chane respiratoire et le gradient de pH par des tubes commu-niquants, dont le remplissage figure lnergie libre, et qui sont en quilibre. La raction du complexe F0-F1 ( droite de limage) ne peut produire dATP que si le gradientde protons fournit une nergie suprieure 31 kJ/mol reprsente par le niveau bleu de lner-gie libre. Lnergie potentielle du gradient pH devra donc en tout tat de cause rester suprieure cet-te limite. La raction du complexe I ( gauche de limage) produit 73 kJ/mol dnergie libre, ce qui estsuffisant pour engendrer un gradient trs suprieur celui demand par lATPase. La raction du complexe IV (au milieu) libre 106 kJ/mol ce qui est aussi trs au dessus dubesoin. La raction du complexe III, rversible et moins exergonique, ne libre que 39 kJ/mol ; de cefait, si lnergie du gradient venait dpasser cette valeur (le niveau vert) lquilibre de laraction catalyse par le complexe III sen trouverait renvers ce qui inhiberait toute la chanerespiratoire. Lnergie potentielle du gradient pH devra donc en tout tat de cause rester in-frieure cette deuxime limite. Lnergie libre potentielle reprsente par ce gradient estdonc limite troitement, ce qui explique le couplage serr entre la phosphorylation de lADP2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 107/122Thorie chimio-osmotique (Mitchell)et loxydation des coenzymes transporteurs dHydrogne.108/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Thorie chimio-osmotique (Mitchell)9.3 Niveaux dnergie de la chane (II)RM 55/1 En ralit, les concentrations des substrats ne sont pas quimolculaires, et les conditionsstandard de lquilibre thermodynamique ne sont pas remplies. Il faut donc tenir compte desconcentrations des substrats et corriger les niveaux dnergie libre de limage prcdente(Go). La raction du complexe F0-F1 se droule en prsence dun rapport [ATP]/[ADP] de 100 etne peut produire dATP supplmentaire que si le gradient de protons fournit une nergie su-prieure 60 kJ/mol trs suprieure au Go standard. La limite infrieure de lnergie poten-tielle du gradient pH sen trouve releve. Les ractions des complexes I, III et IV pour produire chacun plus que 60 kJ/mol dnergielibre, doivent se faire en prsence de rapports de concentrations quilibrs des substrats :[NADH]/[NAD+] = 1/8 ; [CoQH2]/[CoQ] = 25/1 ; [cyt c Fe++]/[cyt c Fe+++] = 1/40. Les concentrations observes dans les mitochondries vivantes, correspondent aux valeurs in-diques et confirment bien que lquilibre thermodynamique de la chane est li en permanen-ce la valeur du rapport [ATP]/[ADP] qui dpend de la vitesse dentre de lADP quecontrle lATP/ADP translocase. Lquilibre thermodynamique des dshydrognases NAD+ et des flavoprotines qui appor-tent les lectrons la chane sont galement dpendantes de ces conditions. Par l, la vitessede la chane respiratoire commande lensemble des ractions doxydo-rduction du mtabo-lisme nergtique arobie.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 109/122Thorie chimio-osmotique (Mitchell)110/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Navettes mitochondrialesPartie IV Navettes mitochondrialesRappel des objectifs Montrer le mcanisme1 de la synthse de lATP par la membrane interne de la mitochondrie.Montrer les mcanismes mtaboliques permettant le franchissement de la membrane mito-chondriale interne par le NADH et lATP.1. Montrer le mcanisme : dfinir les corps chimiques en prsence, crire et quilibrer la (les) raction(s) ; faire le bilan chimique et nergtique.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 111/122Navettes mitochondriales112/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005La navette malate/aspartateChapitre 10 La navette malate/aspartate2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 113/122La navette malate/aspartate10.1 Malate dshydrognaseRM 56 Le coenzyme NADH est souvent produit par des dshydrognases cytoplasmiques commelalcool dshydrognase. La masse molculaire de ce coenzyme ne lui permet pas de franchirles membranes de la mitochondrie. Il en est de mme dautres coenzymes et de nombreux m-tabolites. Chez les animaux, des voies mtaboliques particulires, appeles navettes mitochondriales,permettent ces composs de franchir ces membranes. La navette malate/aspartate est la premire de ces voies. La malate dshydrognase ou MDHest une enzyme prsente aussi bien dans le cytoplasme que dans les mitochondries. Dunemasse de 62000 daltons, elle catalyse une raction doxydorduction couple entre le couplemalate/oxaloactate et le coenzyme NAD+/NADH. Cette raction est rversible bien quelquilibre ne soit atteint que pour une concentration de malate trs suprieure celle deloxaloactate : lorsque le coenzyme est rduit la raction est donc favorable la formationdu malate ; lorsquil est oxyd le produit est loxaloactate.114/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005La navette malate/aspartate10.2 Aspartate aminotransfrase = ASATRM 57 Laspartate aminotransfrase ou ASAT est galement prsente des deux cts de la membraneinterne de la mitochondrie. Par un mcanisme de type ping-pong elle se lie dabord laspar-tate, puis transfre la fonction amine sur un coenzyme li : le phosphate de pyridoxal qui de-vient phosphate de pyridoxamine, et libre loxaloactate. Lenzyme lie au phosphate de pyridoxamine, forme un nouveau complexe avec l-ctoglu-tarate, puis transfre la fonction amine du coenzyme qui redevient phosphate de pyridoxal,vers le second substrat qui est transform en glutamate. Cette raction est rversible et iso-nergtique.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 115/122La navette malate/aspartate10.3 Navette malate-aspartate (schma gnral)RM 58 La navette malate/aspartate comporte encore deux protines de transport dans la membraneinterne de la mitochondrie : lune change rversiblement de part et dautre de la membraneun ion malate contre un ion -ctoglutarate ; lautre change de la mme faon, un ion aspar-tate contre une molcule dacide glutamique, cest--dire un ion glutamate + un proton. Exa-minons le fonctionnement de cette navette entre lespace intermembranaire (en haut delimage) et la matrice (en bas). Si le rapport des concentrations NADH/NAD+ dans le cytoplasme et lespace intermembra-naire vient slever par lactivit des dshydrognases NAD cytoplasmiques, le MDH cy-toplasmique rduira de loxaloactate en malate ; ce malate qui diffuse dans lespaceintermembranaire va tre chang par le transporteur de la membrane interne contre un -c-toglutarate qui sort. Une fois entr dans la matrice, le malate se trouve dans un milieu o par suite de lactivit dela chane respiratoire le rapport NADH/NAD+ est plus bas. La MDH mitochondriale va doncoxyder ce malate en oxaloactate : de cette faon, lhydrogne du NADH qui avait servi r-duire le malate lextrieur, se trouve transport lintrieur de la mitochondrie. Notez bienquavec cet hydrogne, sont entrs dans la mitochondrie un proton et un oxaloactate pendantquun -ctoglutarate est au contraire sorti. LASAT mitochondriale peut utiliser cet oxaloactate supplmentaire quelle transforme en116/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005La navette malate/aspartateaspartate, tandis quelle convertit un glutamate en -ctoglutarate pour remplacer celui quiest sorti. Il y a donc un glutamate en moins et un aspartate en trop dans la mitochondrie. Lesecond transporteur fera sortir laspartate en change dun glutamate et dun proton. LASAT cytoplasmique remplacera le glutamate fourni en transfrant la fonction amine delaspartate sorti sur l-ctoglutarate sorti grce au premier transporteur et librera un oxaloa-ctate qui peut recommencer le cycle. En crivant le bilan de tous ces changes, on trouve quil est entr dans la mitochondrie :1. un hydrogne et un lectron qui ont t transports dun NADH cytoplasmique vers unNAD+ mitochondrial.2. deux protons, lun avec le malate, lautre avec lacide glutamique. Ces deux protons ren-trant dans la mitochondrie, restituent lnergie libre quils ont acquise en tant pompsvers lextrieur par les complexes de la chane respiratoire. Cette nergie qui est le mo-teur qui permet le fonctionnement de la navette malate/aspartate est donc couple auxoxydations de la chane respiratoire mitochondriale, comme la phosphorylation delADP. Le Calcium, second messager de la contraction musculaire est un activateur de ce transport.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 117/122La navette malate/aspartate118/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005La navette du glycrophosphateChapitre 11 La navette du glycrophosphate2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 119/122La navette du glycrophosphate11.1 Glycrophosphate dshydrognase cytoplasmiqueRM 59 La deuxime navette que nous allons voir est celle du glycrophosphate. Elle a aussi pourfonction de faire entrer les hydrognes du NADH dans les mitochondries. Il existe dans les muscles, deux glycrophosphate dshydrognases diffrentes : lune cyto-plasmique, a pour coenzyme le NADH et rduit la phosphodihydroxyactone en glycrophos-phate. Cette raction est rversible mais en prsence dun excs de NADH, produira plus deglycrophosphate.120/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005La navette du glycrophosphate11.2 Glycrophosphate dshydrognase mitochondrialeRM 60 Lautre glycrophosphate dshydrognase est une flavoprotine de la mitochondrie qui res-semble un peu la succinate dshydrognase. Elle oxyde le glycrophosphate en phosphodihydroxyactone en transmettant les hydrognesau coenzyme Q de la membrane mitochondriale. Cette raction dgage environ 50 kJ/mol etpar consquent elle est irrversible.2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 121/122La navette du glycrophosphate11.3 Navette du glycrophosphate (schma gnral)RM 61 La navette du glycrophosphate utilise encore la porine (P), un transporteur de la membraneexterne qui change les petites molcules de part et dautre de cette membrane. Si le rapport des concentrations NADH/NAD+ dans le cytoplasme et lespace intermembra-naire vient slever par lactivit des dshydrognases NAD cytoplasmiques, la glycro-phosphate dshydrognase cytoplasmique rduira de la phosphodihydroxyactone englycrophosphate. Ce glycrophosphate va entrer dans lespace intermembranaire, pour y tre roxyd par la gly-crophosphate dshydrognase mitochondriale qui reforme la phosphodihydroxyactone quisera change contre le glycrophosphate qui vient dentrer. Dans cet change, les hydrognesprovenant du NADH et du proton du cytoplasme servent rduire un coenzyme Q dans lamembrane interne de la mitochondrie : la diffrence de potentiel entre ces deux couplesdoxydorduction, denviron 380 mv fournit largement lnergie ncessaire ce transport.Cest pourquoi dans le muscle, les hydrognes du NADH peuvent pntrer dans les mitochon-dries mme si la concentration de NADH intramitochondriale est suprieure celle du cyto-plasme.122/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005Respiration MitochondrialeRespiration MitochondrialePlan du coursObjectifsLes coenzymes transporteurs dnergieLe coenzyme ATP/ADP1.1 Adnosine TriPhosphate1.2 ATP ADP1.3 ATP AMP1.4 Pyrophosphatase1.5 Rles de lATP1.6 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : lhexokinase1.7 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : la myokinase1.8 Exemple dATP donneur dAMP et dnergie : lacyl thiokinase Le coenzyme GTP/GDP2.1 Guanosine Tri Phosphate2.2 Rles du GTP2.3 Exemple de GTP transporteur dnergie : la succinyl thiokinase Ractions couples par transfert de phosphate3.1 Raction couple3.2 Cratine PhosphoKinase3.3 Phosphoglycrate kinase3.4 Pyruvate kinase3.5 Succinyl thiokinase3.6 Myokinase (adnylate kinase)Les oxydationsCouples doxydorduction4.1 Oxydorductions minrales4.2 Potentiel standard = E04.3 Raction couple4.4 Raction doxydorduction couple4.5 Energie doxydationExemples de couples doxydorduction5.1 Actaldhyde/Actate 5.2 Eau/Oxygne 5.3 Nicotinamide Adnine Dinuclotide5.4 NADH/NAD+5.5 Spectre UV du NAD+/NADH5.6 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : lalcool dshydrognase5.7 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : la malate dshydrognase5.8 Motif Rossmann5.9 Flavine MonoNuclotide5.10 Flavine Adnine Dinuclotide5.11 Flavine rduite/Flavine5.12 Flavine lie5.13 Flavoprotines5.14 Coenzyme Q10 = Ubiquinone 505.15 Ubiquinol/Ubiquinone5.16 Cytochrome c5.17 Hme5.18 CytochromesLa chane respiratoire mitochondrialeChane Respiratoire Mitochondriale = CRM6.1 Complexe I6.2 NADH-CoQ oxydorductase (complexe I)6.3 Complexe III6.4 CoQ-cyt c oxydorductase (complexe III)6.5 Complexe IV6.6 Cytochrome oxydase (complexe IV)6.7 Complexe F0-F16.8 ATPase mitochondriale (complexe F0-F1)6.9 Complexe II6.10 Succinate dshydrognase (complexe II)6.11 ATP/ADP translocase6.12 Ractions des cinq complexesBilans et schmas gnraux de la CRM7.1 Mitochondrie7.2 Chane Respiratoire Mitochondriale (schma gnral)7.3 Membrane interne7.4 Rgulation par lADP7.5 Chane respiratoire mitochondriale (dfinition)7.6 Oxydation du NADH (bilan)7.7 Oxydation du succinate (bilan)7.8 Oxydation phosphorylante du NADH (bilan)7.9 Oxydation phosphorylante du succinate (bilan)Inhibiteurs et dcouplants de la CRM8.1 Effecteur8.2 Inhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale8.3 Exemple dinhibiteur de la CRM : lantimycine8.4 Exemple dinhibiteur de la CRM : la rotnone8.5 Exemple dinhibiteur de la CRM : le malonate8.6 Exemple dinhibiteur de la CRM : le cyanure8.7 Exemple dinhibiteur de la CRM : loligomycine8.8 Exemple dinhibiteur de la CRM : latractylate8.9 Exemple dinhibiteur de la CRM : le bongkrkate8.10 Dcouplant8.11 Dcouplants de la chane respiratoire mitochondriale8.12 Exemple de dcouplant de la CRM : le 2,4-DiNitroPhnol8.13 Exemple de dcouplant de la CRM : larsniate8.14 Protines dcouplantesThorie chimio-osmotique (Mitchell)9.1 Gradient chimio-osmotique9.2 Niveaux dnergie de la chane (I)9.3 Niveaux dnergie de la chane (II)Navettes mitochondrialesLa navette malate/aspartate10.1 Malate dshydrognase10.2 Aspartate aminotransfrase = ASAT10.3 Navette malate-aspartate (schma gnral)La navette du glycrophosphate11.1 Glycrophosphate dshydrognase cytoplasmique11.2 Glycrophosphate dshydrognase mitochondriale11.3 Navette du glycrophosphate (schma gnral)

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