Chapitre 5 Principes biochimiques de base 5 ème partie Le métabolisme eucaryote

1. Devenir du pyruvate Fermentation lactique. 2. Cycle des acides tricarboxyliques Les réactions Bilans. 3. Chaîne respiratoire Les oxydo-réductions Principe de fonctionnement. 4. L’ATP synthétase Structure Bilan final.

1. Devenir du pyruvate. Le muscle est un gros consommateur d’ATP. Pour cela il dégrade essentiellement le glucose par glycolyse Fermentation lactique. pB: La glycolyse consomme du NAD + sans le renouveler. Cette molécule n’est pas très abondante dans la cellule et vient à manquer rapidement. La fermentation lactique a comme but de recycler le NAD +. CH 2 OH O OH COO - C O CH 2 OH Principe: NAD est un co-substrat d’oxydo-réduction. Il échange des électrons. NAD est un oxydant: il capte 2 e- Il est réduit en NADH Cette réaction est réversible. COO - CHOH CH 2 OH Lactate Elle se déroule dans le cytoplasme. PLAN 3

1. Devenirs du pyruvate. Le lactate produit par le muscle a tendance à produire une acidose sanguine. Il est rapidement éliminé par le foie Fermentation lactique. musclefoie glucose pyruvate lactate circulation sanguine glucose lactate glycolyse fermentation lactique néoglucogenèse Seul le foie possède les enzymes nécessaires à cette voie PLAN 4

1.2. Voie aérobie. La suite de la dégradation du glucose se déroule dans la mitochondrie. L’enzyme est un énorme complexe multienzymatique de 96 sous-unités. 1. Devenirs du pyruvate. PLAN Voie aérobie. 1. Devenirs du pyruvate.

2. Cycle des acides tricarboxyliques. Le pyruvate finit d’être entièrement oxydé dans la matrice de la mitochondrie Les réactions. PLAN 6

2. Cycle des acides tricarboxyliques Bilans. On observe peu d’ATP (ou son équivalent, le GTP) formé. Pyruvate 4.NAD + FAD GTP + Pi 3.CO 2 4.NADH + 4.H + FADH 2 GTP Pyruvate 4.NAD + FAD GTP + Pi 3.CO 2 4.NADH + 4.H + FADH 2 GTP glucose NAD FAD + 2. (ADP + Pi) + 2. (GDP + Pi) 6. CO (NADH+ H + ) + 2. FADH ATP + 2. GTP PLAN 7

3. Chaîne respiratoire Les oxydo-réductions. oxydation: perte d’e Couples. oxydantréductionréducteur FAD + 2e > <----- FADH 2 forme oxydéeoxydationforme réduite réduction: gain d’e- L’oxydant subit une réduction FAD / FADH 2 forment un couple Question Où va l’électron perdu par le réducteur ? Question D’où vient l’électron gagné par l’oxydant ? Dans un système aqueux, les électrons ne peuvent pas être libres. Ils passent d’une molécule à une autre, d’un réducteur à un oxydant qui devient à son tour réducteur. Une réaction rédox nécessite 2 couples. PLAN 8

oxydantréductionréducteur FAD + 2e > <----- FADH 2 forme oxydéeoxydationforme réduite réducteuroxydationoxydant succinate -----> <----- Fumarate + 2e- Forme réduiteréductionforme oxydée fumarateFADH 2 succinateFAD e Question Pourquoi dans ce sens et pas dans l’autre ? PLAN 9 3. Chaîne respiratoire Les oxydo-réductions Couples.

Potentiels d’oxydo-réduction. fumarateFADH 2 succinateFAD Il y a compétition pour le gain des électrons. L’oxydant le plus avide d’électrons les arrache à l’autre. On dit que l’oxydant le plus fort oxyde le réducteur le plus fort (donc celui du couple où l’oxydant est le plus faible). Question Comment on sait lequel est le plus fort ? ox fort + réd fort > ox faible + réd faible On compare les potentiels rédox de chaque couple. E’° = 0,03 mVE’° = - 0,32 mV Plus E’° descend dans les négatifs, plus le pouvoir oxydant est fort. Le champion c’est O 2 /H + dont E’° = 0,82 mV. Il en existe de beaucoup plus fort dans la cellule comme les radicaux libres. Ce sont des poisons pour l’organisme. PLAN Chaîne respiratoire Les oxydo-réductions.

Le potentiels ont été mesurés par comparaison des pouvoirs oxydants par rapport à un couple de référence H + /H 2 ox 1 mol.L -1 réd 1 mol.L -1 H + 1 mol.L -1 H 2 1 atm E = H + /H 2 = 0,00 mV Toutes les concentrations à 1 mol.L > potentiel standard E° pH > potentiel standard apparent E’° H mol.L -1 H 2 1 atm E’° = H + /H 2 = 0,00 mV e ox le plus fort valeur du potentiel E’° = ox/rèd = 0,12 mV PLAN Potentiels d’oxydo-réduction. 3. Chaîne respiratoire Les oxydo-réductions.

Reprenons notre exemple. E’° = 0,03 mVE’° = - 0,32 mV Réaction spontanée:  E = E oxfort - E oxfaible > 0 mV Réaction spontanée:  G = G oxfort - G oxfaible < 0 J.mol -1 Question Il n’y aurait pas une relation entre les 2 ?  G'° = - n. F.  E'° N = nbre d’électrons F = Faraday = C.mol -1  G'° = (-0,32-0,03) = J.mol -1 = 67,5 kJ.mol -1 Réaction exergonique PLAN 12  E'° = E ox – E red Exo-bac 1 Septembre Potentiels d’oxydo-réduction. 3. Chaîne respiratoire Les oxydo-réductions.

Quelques exemples de couples PLAN Potentiels d’oxydo-réduction. 3. Chaîne respiratoire Les oxydo-réductions.

3. Chaîne respiratoire Principe de fonctionnement. Recyclage des co-substrats d’oxydo-réduction.  G'° = (0,82+0,32) = J.mol -1 = - 220,2 kJ.mol -1 E’° = -0,32 mVE’° = 0,82 mV La réaction est tellement énergétique qu’elle dégagerait une chaleur suffisante pour tuer la cellule ! La mitochondrie fractionne les étapes de recyclage pour contrôler le dégagement de chaleur. PLAN 14

La mitochondrie fractionne les étapes de recyclage pour contrôler le dégagement de chaleur. PLAN Chaîne respiratoire Principe de fonctionnement. Recyclage des co-substrats d’oxydo-réduction.

3. Chaîne respiratoire Les complexes multi-enzymatiques. Complexe NADH-Q réductase Complexe QH 2 -cytc réductase Complexe cytc oxydase Ubiquinone ou CoQ Cytochrome PLAN 16

3. Chaîne respiratoire Les complexes multi-enzymatiques. Complexe FADH 2 -Q réductase Complexe QH 2 -cytc réductase Complexe cytc oxydase PLAN 17

3. Chaîne respiratoire Bilan. La chaine se comporte comme une pompe à proton. FADH 2 FADH 2 -Q réductase NADH ---> NADH-Q réductase ---> Q ---> QH 2 -cyt c réductase ---> cyt c --->cyt c oxydase----> O 2 2.H + L’énergie des réactions d’oxydo-réduction permettent les changements de conformation des protéines qui induisent la translocation des protons. NADH permet le transport de 6 H+ FADH 2 permet le transport de 4 H+ Question Mais où est l’ATP ? PLAN 18

4. L’ATP synthétase Structure. PLAN 19

4. L’ATP synthétase Bilan final. pour 1 glucoseNADFADATP/GTPBilan glycolyse22 formation AcétylCoA 2 Krebs622 ATP synthétase10 x 3 = 302 x 2 = 4438  G'° = ,5 = kJ.mol -1 On pouvait attendre:  G'° = = kJ.mol -1 On a vu que le recyclage de NAD pouvait fournir  G'° = 220 kJ.mol -1 Rendement = 1 159/7 040 = 16,5 % Question C’est nul comme rendement ? 85 % de l’énergie part en chaleur. C’est pratique quand on veut rester à 37°C Les mitochondries sont les radiateurs des cellules. PLAN 20

Quotient respiratoire QR = CO 2 produit / O 2 consommé C 6 H 12 O 6 6 CO 2 10.NAD 2.FAD 10.(NADH+H+) 2.FADH 2 6.H 2 O6.O 2 QR = 6 / 6 = 1 C’est une caractéristique des métabolismes glucidiques Rapport P / O = ATP produit / atome O consommé P / O = 38 / 12 = 3,3 C 6 H 12 O 6 6 CO 2 10.NAD 2.FAD 10.(NADH+H+) 2.FADH 2 6.H 2 O6.O ATP38.(ADP + Pi) PLAN L’ATP synthétase Bilan final.

Fin de la Partie 5

NO = -5 NO = -4 HNO 3 + H + + e > NO 2 + H 2 O 2.NO H 2 O 2.HNO H + 2.e Prt – (SH2) Prt – (S – S ) +2.H+  G°’ = -2.F. (1,4 – (-0,23)) = -0,37 F < 0 kJ.mol-1 exergonique -----> réaction spontanée ! retour