La chaîne respiratoire mitochondriale(CRM) et oxydations phosphorylantes 1ière année Pharmacie, 2012-2013 Biochimie métabolique Pr Bouhsain Sanae

Plan I-Définition II- La CRM et oxydation phosphorylante: les substrats Les constituants III- Le bilan de la CRM et de l’oxydation phosphorylante IV- La régulation de la CRM V- Les anomalies de la CRM Conclusion

I– Définition

CRM ou phosphorylation oxydative ou oxydation phosphorylante Processus qui couple la réoxydation des NADH,H+ et FADH2 à la synthèse d’ATP par phosphorylation de l’ADP Utilise un ensemble d’enzymes et de coenzymes d’oxydoréductions (groupements prosthétiques) Transfert des équivalents réducteurs jusqu’à l’accepteur final: l’oxygène moléculaire Localisation: membrane interne de la mitochondrie

II- La CRM 1- Les substrats

Le FADH2: origine mitochondriale Oxydation des acyl CoA (métabolisme des acides gras) Oxydation succinate en fumarate (fait partie cycle de Krebs) Oxydation du glycérol3P en DHAP: navette Glycérol-phosphate

Le NADH,H+: origine mitochondriale: origine cytosolique: Cycle de Krebs, oxydation du Pyruvate, β oxydation AG origine cytosolique: Ne peut traverser membrane mitochondriale oxydation de divers substrats: PGA, lactate… navette Malate-Aspartate

II- La CRM 2- Les complexes de transport d’électrons

Les complexes de la CRM

Les complexes de la CRM 2 ensembles fonctionnels 1- La chaîne d’oxydo-réduction: transport d’e- 4 éléments fixes: complexes I, II, III et IV 2 éléments mobiles: Ubiquinone( coenzyme Q): nature lipidique Cytochrome c: nature protéique 2- Le mécanisme de phosphorylation: formation ATP Complexe V: ATP synthase

Chaque complexe de la CRM est: un système rédox: Forme réduite et forme oxydée Capable de donner ou recevoir un nombre donné de H+ et d’e- Les systèmes rédox interviennent dans l’ordre croissant de leur potentiel rédox E°’ Des plus réducteurs vers les plus oxydants

Pompe à protons

La synthèse d’ATP est proportionnelle au gradient de protons (donc ∆G°’ >30.5KJ/mol) La synthèse d’ATP est proportionnelle au gradient de protons

Théorie chimio-osmotique Mitchell (1961) Complexes I, III et IV: pompes à protons vers espace intermembranaire Création gradient électrochimique de protons de part et d’autre de la membrane mitochondriale interne: Les protons éjectés dans l’espace intermembranaire tendent à rentrer dans la matrice Membrane interne: imperméable

Théorie chimio-osmotique Mitchell ( Prix NOBEL 1974) Flux de protons convertie en énergie chimique: ATP Utilisation du complexe V: ATP-synthase

Complexe V: ATP- synthase

Transport de l’ATP vers l’espace inter-membranaire Échange ATP contre l’ADP: antipore Entrée dans la matrice d’un H+ et de l’ion phosphate: sympore

III- Bilan énergétique de la CRM

Oxydation d’1 NADH,H+ génère un flux de 10 H+ 4 pour Complexe I 4 pour Complexe III 2 pour Complexe IV L’oxydation d’1 FADH2 génère un flux 6 H+ La formation d’1 ATP nécessite un flux de 3 protons Bilan: 1 NADH,H+ génère 2,5 ATP: traditionnellement 3 ATP 1 FADH2 génère 2 ATP

Bilan total glycolyse + cycle de Krebs

Bilan total de la respiration cellulaire aérobie

4- Régulation de la CRM

Régulateurs Concentration en 02: respiration –circulation Rapport ATP / ADP: Faible: CRM stimulée Élevé: CRM ralentie Rapport NAD+/NADH,H+:

5- Anomalies de la CRM

Anomalies secondaires Les inhibiteurs de la CRM

Anomalies primaires: Cytopathies mitochondriales Déficits enzymatiques en complexe respiratoires: Apparaît dès période néonatale Maladies graves, souvent mortelles Clinique: variable Muscle; intolerance à l’exercice, myolyse….. Cerveau: épilepsie, démence…. Organes de sens: rétinopathies, surdité….. Cœur: cardiomyopathie…. Rein: tubulopathie, glomérulopathie, insuffisance rénale Foie: insuffisance hépatique, cirrhose [Toutes les cellules de l’organisme dépendent de leur chaine respiratoire]

Conclusion

Récapitulatif du processus de transport des électrons et de la phosphorylation oxydative