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

plan 1. Devenir du pyruvate. 1.1. Fermentation lactique. 1.2. Voie aérobie. 2. Cycle des acides tricarboxyliques. plan 2.1. Les réactions. 2.2. Bilans. 3. Chaîne respiratoire. 3.1. Les oxydo-réductions. 3.2. Principe de fonctionnement. 4. L’ATP synthétase. 4.1. Structure. 4.2. Bilan final.

4.1.1 1. Devenir du pyruvate. 1.1. Fermentation lactique. NAD+ Principe: NAD est un co-substrat d’oxydo-réduction. Il échange des électrons. 1.1. Fermentation lactique. CH2OH O OH 4.1.1 Le muscle est un gros consommateur d’ATP. Pour cela il dégrade essentiellement le glucose par glycolyse. NAD est un oxydant: il capte 2 e- NAD+ Cette réaction est réversible. pB: La glycolyse consomme du NAD+ sans le renouveler. Cette molécule n’est pas très abondante dans la cellule et vient à manquer rapidement. NADH + H+ Il est réduit en NADH NAD+ COO- C O CH2OH COO- CHOH CH2OH La fermentation lactique a comme but de recycler le NAD+. Lactate déshydrogénase LDH Elle se déroule dans le cytoplasme. Lactate PLAN 3

4.1.1 1. Devenirs du pyruvate. 1.1. Fermentation lactique. PLAN 4 Le lactate produit par le muscle a tendance à produire une acidose sanguine. Il est rapidement éliminé par le foie. 4.1.1 muscle circulation sanguine foie glucose glucose glycolyse Seul le foie possède les enzymes nécessaires à cette voie pyruvate néoglucogenèse fermentation lactique lactate lactate PLAN 4

4.1.2 1. Devenirs du pyruvate. 1. Devenirs du pyruvate. 1.2. Voie aérobie. 1.2. Voie aérobie. L’enzyme est un énorme complexe multienzymatique de 96 sous-unités. 4.1.2 La suite de la dégradation du glucose se déroule dans la mitochondrie. Complexe puruvate déshydrogénase CO2 S -- CoA C O CH2OH HS--CoA COO- C O CH2OH NADH + H+ acétyl CoA NAD+ PLAN 5

4.2.1 2. Cycle des acides tricarboxyliques. 2.1. Les réactions. PLAN 6 Le pyruvate finit d’être entièrement oxydé dans la matrice de la mitochondrie. PLAN 6

On observe peu d’ATP (ou son équivalent, le GTP) formé. 2. Cycle des acides tricarboxyliques. 2.2. Bilans. 4.2.2 Pyruvate 4.NAD+ FAD GTP + Pi 3.CO2 4.NADH + 4.H+ FADH2 GTP Pyruvate 4.NAD+ FAD GTP + Pi 3.CO2 4.NADH + 4.H+ FADH2 GTP glucose + 10 . NAD+ + 2 .FAD + 2 . (ADP + Pi) + 2 . (GDP + Pi) 6 . CO2 10 . (NADH+ H+) + 2. FADH2 + 2. ATP + 2. GTP On observe peu d’ATP (ou son équivalent, le GTP) formé. PLAN 7

L’oxydant subit une réduction 3. Chaîne respiratoire. 3.1. Les oxydo-réductions. oxydation: perte d’e- 3.1.1. Couples. 4.3.1.1 réduction: gain d’e- oxydant réduction réducteur FAD + 2e- -----> <----- FADH2 forme oxydée oxydation forme réduite FAD / FADH2 forment un couple L’oxydant subit une réduction 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

Pourquoi dans ce sens et pas dans l’autre ? 3. Chaîne respiratoire. 3.1. Les oxydo-réductions. 3.1.1. Couples. 4.3.1.1 oxydant réduction réducteur FAD + 2e- -----> <----- FADH2 forme oxydée oxydation forme réduite réducteur oxydation oxydant succinate -----> <----- Fumarate + 2e- Forme réduite réduction forme oxydée fumarate FADH2 Question Pourquoi dans ce sens et pas dans l’autre ? e succinate FAD PLAN 9

Comment on sait lequel est le plus fort ? 3. Chaîne respiratoire. 3.1. Les oxydo-réductions. 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). 3.1.2. Potentiels d’oxydo-réduction. 4.3.1.2 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. Plus E’° descend dans les négatifs, plus le pouvoir oxydant est fort. E’° = 0,03 mV E’° = - 0,32 mV fumarate FADH2 Le champion c’est O2/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. succinate FAD PLAN 10

4.3.1.2 3. Chaîne respiratoire. 3.1. Les oxydo-réductions. e PLAN 11 Le potentiels ont été mesurés par comparaison des pouvoirs oxydants par rapport à un couple de référence H+/H2 3.1.2. Potentiels d’oxydo-réduction. 4.3.1.2 valeur du potentiel E’° = ox/rèd = 0,12 mV E’° = H+/H2 = 0,00 mV E = H+/H2 = 0,00 mV e ox le plus fort Toutes les concentrations à 1 mol.L-1 -----> potentiel standard E° ox 1 mol.L-1 réd 1 mol.L-1 H+ 10-7 mol.L-1 H2 1 atm H+ 1 mol.L-1 H2 1 atm pH 7 -----> potentiel standard apparent E’° PLAN 11

Reprenons notre exemple. 3. Chaîne respiratoire. 3.1. Les oxydo-réductions. 4.3.1.2 Reprenons notre exemple. 3.1.2. Potentiels d’oxydo-réduction. Exo-bac 1 Septembre 2013 fumarate FADH2 succinate FAD E’° = 0,03 mV E’° = - 0,32 mV N = nbre d’électrons F = Faraday = 96 500 C.mol-1 DE'° = Eox – Ered DG'° = - n.F.DE'° DG'° = -2.96 500.(-0,32-0,03) = 67 550 J.mol-1 = 67,5 kJ.mol-1 Question Il n’y aurait pas une relation entre les 2 ? Réaction exergonique Réaction spontanée: DE = Eoxfort - Eoxfaible > 0 mV Réaction spontanée: DG = Goxfort - Goxfaible < 0 J.mol-1 PLAN 12

Quelques exemples de couples 3. Chaîne respiratoire. 3.1. Les oxydo-réductions. 3.1.2. Potentiels d’oxydo-réduction. 4.3.1.2 Quelques exemples de couples PLAN 13

Recyclage des co-substrats d’oxydo-réduction. 3. Chaîne respiratoire. 3.2. Principe de fonctionnement. Recyclage des co-substrats d’oxydo-réduction. 4.3.2 E’° = -0,32 mV E’° = 0,82 mV NADH + H+ O2 NAD+ H2O 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. DG'° = - 2.96 500.(0,82+0,32) = - 220 220 J.mol-1 = - 220,2 kJ.mol-1 PLAN 14

Recyclage des co-substrats d’oxydo-réduction. 3. Chaîne respiratoire. 3.2. Principe de fonctionnement. Recyclage des co-substrats d’oxydo-réduction. 4.3.2 FeS ox NADH + H+ O2 FMN … … FeS réd NAD+ H2O FMNH2 … … La mitochondrie fractionne les étapes de recyclage pour contrôler le dégagement de chaleur. PLAN 15

4.3.3 3. Chaîne respiratoire. 3.3. Les complexes multi-enzymatiques. Ubiquinone ou CoQ Cytochrome Complexe cytc oxydase Complexe NADH-Q réductase Complexe QH2-cytc réductase PLAN 16

4.3.3 3. Chaîne respiratoire. 3.3. Les complexes multi-enzymatiques. FADH2-Q réductase Complexe QH2-cytc réductase Complexe cytc oxydase PLAN 17

La chaine se comporte comme une pompe à proton. 3. Chaîne respiratoire. 3.4. Bilan. La chaine se comporte comme une pompe à proton. 4.3.4 L’énergie des réactions d’oxydo-réduction permettent les changements de conformation des protéines qui induisent la translocation des protons. FADH2 FADH2-Q réductase NADH ---> NADH-Q réductase ---> Q ---> QH2-cyt c réductase ---> cyt c ---> cyt c oxydase ----> O2 2.H+ 2.H+ 2.H+ Question Mais où est l’ATP ? NADH permet le transport de 6 H+ FADH2 permet le transport de 4 H+ PLAN 18

4. L’ATP synthétase. 4.1. Structure. 4.4.1 PLAN 19

On a vu que le recyclage de NAD pouvait fournir 4. L’ATP synthétase. On a vu que le recyclage de NAD pouvait fournir DG'° = 220 kJ.mol-1 On pouvait attendre: DG'° = 32 . 220 = 7 040 kJ.mol-1 4.2. Bilan final. 4.4.2 pour 1 glucose NAD FAD ATP/GTP Bilan glycolyse 2 formation AcétylCoA Krebs 6 ATP synthétase 10 x 3 = 30 2 x 2 = 4 4 38 DG'° = 38 . 30,5 = 1 159 kJ.mol-1 Question C’est nul comme rendement ? Les mitochondries sont les radiateurs des cellules. 85 % de l’énergie part en chaleur. Rendement = 1 159/7 040 = 16,5 % C’est pratique quand on veut rester à 37°C PLAN 20

4.4.2 4. L’ATP synthétase. 4.2. Bilan final. C6H12O6 6 CO2 10.NAD Quotient respiratoire QR = CO2produit / O2consommé QR = 6 / 6 = 1 C6H12O6 6 CO2 10.NAD 2.FAD 10.(NADH+H+) 2.FADH2 6.H2O 6.O2 38. ATP 38.(ADP + Pi) C6H12O6 6 CO2 10.NAD 2.FAD 10.(NADH+H+) 2.FADH2 6.H2O 6.O2 C’est une caractéristique des métabolismes glucidiques Rapport P / O = ATPproduit / atome Oconsommé P / O = 38 / 12 = 3,3 PLAN 21