La respiration cellulaire Royaume du Maroc Ministère de l’Education Nationale de l’Enseignement Supérieur de la Formation des Cadres et de la Recherche Scientifique La respiration cellulaire Résumé de cours pour les étudiants professeurs de centre pédagogique de Fès Discipline Science de la Vie et de la Terre Préparé par le Professeur : Dr. Eloutassi Noureddine 2011 – 2012

Quelques principes Photosynthèse CO2 + H20 Moléc. organiques + O2 Én. lumineuse chloroplaste Photosynthèse CO2 + H20 Moléc. organiques + O2 Respiration ¢R mitochondrie ATP Én. thermique

Voies cataboliques génératrices d’énergie Dégradation de nutriments (glucose) Sans O2 Avec O2 Fermentation Dégradation partielle glucose Ø chaîne transport des é Respiration ¢R anaérobie Chaîne transport é Respiration ¢R aérobie Combustible = glucose comburant = O2 Chaîne transport é

Respiration ¢R aérobie Équation de base Sucres + O2  déchets + énergie C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + énergie

Quelques principes Pour être utilisable, Én. entreposée dans ATP adénosine triphosphate riche en Én. group. phosphate ATP  ADP + P inorganique Prix du travail ¢R: perte P

On produit chaque jour notre poids en ATP ! Quelques principes ATP… quelle utilité ? Travail de transport Travail mécanique Travail chimique ADP + Pi ATP On produit chaque jour notre poids en ATP !

Quelques principes Réaction d’oxydoréduction Oxydation: perte d’é Réduction: gain d’é oxydé énergie é C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + é réduit

Quelques principes Principes d’oxydoréduction Dégradation glucose plusieurs étapes (enzymes) Si une seule et unique étape…

Quelques principes Transport d’électrons é é Les é sont très énergiques ! Passe d’une molécule à l’autre… Nutriments  NAD+  Chaîne transport d’é  O2 é é NADH +H+

Quelques principes Transport d’électrons Coenzyme oxydant  NAD+ nicotinamide adénine dinucléotide Capteur d’é le plus polyvalent oxydé réduit NAD+  NADH + H+ libre dans cytosol capte 2 é et 1 proton réserve d’énergie

Quelques principes KaBoOM !! Transport d’électrons H2 ½ O2 H2O 2 H+ libération graduelle d’énergie ATP explosion énergie KaBoOM !! 2 e- ½ O2 2 H+ H2O Fig. 9.5

Respiration cellulaire aérobie Caractéristiques générales 3 étapes faciles :  glycolyse  cycle de Krebs  chaîne de transport d’é & chimiosmose 1 mole glucose dégradée produit … 6 moles CO2 36-38 moles ATP

Respiration cellulaire aérobie Fig. 9.6 électrons électrons Chaîne de transport é & chimiosmose Glycolyse Cycle de Krebs glucose pyruvate ATP ATP ATP

Respiration cellulaire aérobie Production d’ATP 10%  phosph. a/n substrat (phase 1 & 2) 90%  phosphorylation oxydative (phase 3) Fig. 9.7 enzyme (catalyseur) Phosphorylation a/n substrat pyruvate

1ère partie - Glycolyse Glycolyse = « dégradation du glucose »  a/n cytosol  Se fait en présence ou absence O2 Résultat 1 mole glucose  2 moles pyruvate (6C) (3C)

1ère partie - Glycolyse 2 étapes Phase d’investissement Én Phosphoryler la molécule pour l’hydrolyser en deux coût 2 ATP Phase de libération Én Modification de la molécule à 3C  Libération 4 ATP  Capteur d’é NAD+ (2 NADH + 2H+)

1ère partie - Glycolyse

1ère partie - Glycolyse Fig.9.9

1ère partie - Glycolyse 1 glucose 1ère étape 2ème étape 2 pyruvates Perte 2 ADP 2 ATP Gain 2ème étape 4 ADP 4 ATP 2 NAD+ 2 NADH + 2H+ 2 pyruvates 2 pyruvates Rendement glucose ø CO2 2 ATP 2 NADH + 2H+

Respiration cellulaire aérobie Fig. 9.6 électrons électrons Chaîne de transport é & chimiosmose Glycolyse Cycle de Krebs glucose pyruvate ATP ATP ATP

Avant le Cycle de Krebs  Dans la mitochondrie (matrice)  réaction qui exige O2 Étape entre glycolyse et cycle de Krebs… CO2 Coenzyme A (3C) pyruvate (2C) acétyle Co-A NAD+ NADH + H+

Avant le Cycle de Krebs Étape entre glycolyse et cycle de Krebs… Avant: 2 moles de pyruvate Après: 2 acétyle Co-A Ø ATP 2 CO2 2 NADH + 2H+

Cycle de Krebs 1 mole acétyle Co-A (2C) entre dans le cycle… + oxaloacétate (4C) cycle de Krebs citrate (6C) …et dégradation du citrate en oxaloacétate

Cycle de Krebs Bilan pour 1 mole Acétyle Co-A 2 CO2 1 ATP 3 NADH + 3H+ 1 FADH2 Cycle de Krebs accepteurs d’é

Cycle de Krebs Cycle de Krebs sert aussi à fabriquer: Protéines (AA) Glucides Lipides (A.G + chol) cycle de Krebs

Cycle de Krebs - Bilan = 2 CO2 4 CO2 1 ATP 2 ATP 3 NADH + 3H+ 1 FADH2 4 CO2 2 ATP 6 NADH + 6H+ 2 FADH2 x2 pyruvate = Cycle de Krebs 2 CO2 Ø ATP 2 NADH + H+ Étape intermédiaire Glucose complètement dégradé. Majeure partie de Én dégagée entreposée dans NADH + H+ 6 CO2 2 ATP 8 NADH + H+ 2 FADH2 = pour 1 mole glucose

Respiration cellulaire aérobie électrons électrons Chaîne de transport é & chimiosmose Glycolyse Cycle de Krebs glucose pyruvate ATP ATP ATP

Chaîne de transport des é & chimiosmose  Dans la mitochondrie (crêtes) Complexe multiprotéique chaîne de transport comprend… oscille entre état oxydé et état réduit  protéines  complexes non protéiques

Chaîne de transport des é & chimiosmose Capteur d’é NADH libère des é é perd de l’énergie dans la chaîne Complexe multiprotéique ½ O2: dernier accepteur d’é

Chaîne de transport des é & chimiosmose Capteur d’é NADH libère des é é perd de l’énergie dans la chaîne Complexe multiprotéique ½ O2: dernier accepteur d’é = formation H2O

Chaîne de transport des é & chimiosmose Autre capteur d’é FADH2 libère les é à un niveau inférieur (moins énergétique) Complexe multiprotéique

Chaîne de transport des é & chimiosmose a/n membrane mitochondriale complexe protéique ATP synthétase rôle: synthèse ATP  phosphorylation oxydative ADP + Pinorganique  ATP

Chaîne de transport des é & chimiosmose  ATP synthétase: pompe à protons utilise gradient de protons (H+) pour faire ATP … car membrane imperméable aux H+

Chaîne de transport des é & chimiosmose espace intermembranaire  ATP synthétase: pompe à protons membrane mito. interne L’importance des é dans çà ?!? Force le déplacement des H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire ADP + Pi ATP matrice

Chaîne de transport des é & chimiosmose NAD+ NADH H+ + H+ H+ H+

Chaîne de transport des é & chimiosmose NAD+ NADH H+ H+ + H+

Chaîne de transport des é & chimiosmose NAD+ NADH H+ + H+

Chaîne de transport des é & chimiosmose 2 H+ + ½ O2 H20 NAD+ NADH + H+ chaîne de transport d’é chimiosmose

Chaîne de transport des é & chimiosmose 2 H+ + ½ O2 H20 NAD+ NADH ATP ADP + P + H+

Respiration cellulaire aérobie Chimiosmose Valeur en ATP? NADH + H+ FADH2 vaut 3 ATP vaut 2 ATP

Chaîne de transport des é & chimiosmose Bilan pour 1 mole de glucose: cycle de Krebs et étape intermédiaire 2 ATP 8 NADH + H+ 2 FADH2 glycolyse 2 NADH + H+ 24 ATP 4 ATP NAD+ FAD 6 ATP ou ??? «navettes» 4 ATP

Respiration cellulaire aérobie Révision navette NAD+ ? 2 NADH + H+ FAD ? 2 NADH + H+ 6 NADH + H+ glycolyse 2 FADH2 cycle Krebs Chaîne de transport glucose 2 pyruvate 2 acétyle Co-A 2 ATP 2 ATP 32 ou 34 ATP 36 ou 38 ATP

Autres processus métaboliques 3.1 Fermentation Dégradation du glucose sans O2 Bilan 1 mole glucose 2 ATP 2 pyruvate 2 NADH + H+

Autres processus métaboliques 3.1 Fermentation Fermentation alcoolique Ex: industrie bière ou vin 2 ADP + 2 P 2 ATP glucose glycolyse 2 pyruvate 2 NAD+ 2 NADH + H+ 2 éthanol

Autres processus métaboliques 3.1 Fermentation Fermentation lactique Ex: industrie fromage et du yogourt Ex: a/n muscles,acide lactique 2 ADP + 2 P 2 ATP glucose glycolyse virus de la grippe effort musculaire 2 NAD+ 2 NADH + H+ 2 pyruvate 2 lactate

Autres processus métaboliques 3.1 Fermentation Comparaison entre respiration ¢R et fermentation  fermentation: dernier accepteur d’é pyruvate  respiration aérobie… dioxygène  respiration anaérobie… nitrate (NO3-) sulfate (SO42-) fer (Fe3+) Le plus rentable, c’est la respiration ¢R 38 ATP vs 2 ATP

Poisons métaboliques cyanure  bloque une protéine a/n chaîne de transport d’é  arrêt de synthèse ATP dicoumarol  augmente la perméabilité de la membrane aux H+  annulation du gradient H+  arrêt synthèse ATP mort de l’organisme mort de l’organisme