La respiration cellulaire Mitochondries et production d’ATP Chapitre 9

Collège Lionel-Groulx Plan du cours Introduction au métabolisme La mitochondrie Réactions d’oxydoréduction Respiration cellulaire aérobie Fermentation Polyvalence du métabolisme Régulation de la respiration Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Voies cataboliques Les molécules emmagasinent de l’énergie au sein de leurs liaisons. Réactions de dégradation permettent d’aller puiser l’énergie contenue dans ces réserves. Énergie libérée : Accomplir un travail cellulaire Dissipée sous forme de chaleur Collège Lionel-Groulx

Métabolisme cellulaire Chaque étape est catalysée par une enzyme La respiration cellulaire est au cœur du métabolisme ! Collège Lionel-Groulx

Respiration cellulaire Comment est produite l’ATP ? En dégradant des molécules organiques Réaction de phosphorylation 3 façons possibles dans la nature : Respiration cellulaire aérobie (O2) Respiration cellulaire anaérobie (≠ O2) Fermentation (≠ O2) Une cellule musculaire régénère l’ATP à raison de 10 millions de molécules/seconde ! Collège Lionel-Groulx

Respiration cellulaire Respiration cellulaire aérobie (O2) : Principal carburant = glucose Glycolyse L’étape _________________ Cycle de l’acide citrique Chaîne de transport d’électrons Voie anaérobie (≠ O2) : Respiration cellulaire anaérobie Fermentation alcoolique Fermentation lactique C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + énergie Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Oxydoréduction Transfert d’électrons : Réactions d’oxydation : Perte d’électrons au profit d’un agent oxydant Réactions de réduction : Gain d’électrons aux dépends d’un agent réducteur Figure 9.3 Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Oxydation du glucose L’oxydation doit être faite par petites étapes, de façon contrôlée. L’énergie libérée permet la synthèse d’ATP. Figure 8.8 Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Mitochondries L’enveloppe est formée de deux membranes : Membranes interne (repliée) et externe (lisse) Espace intermembranaire et matrice Figure 6.17 Collège Lionel-Groulx

La respiration cellulaire 4 étapes : Le glucose entre d’abord dans la cellule via des perméases situées sur la membrane plasmique. Cytoplasme 3 4 1 2 Animation 3D résumant les 4 étapes Figure 9.6 Collège Lionel-Groulx

Deux façons de générer des ATP La phosphorylation au niveau du substrat Le groupement PO4- est transféré d’une molécule à une autre L’énergie utilisée est de l’énergie chimique issue de l’instabilité de la liaison covalente Collège Lionel-Groulx

Deux façons de générer des ATP La phosphorylation oxydative Le groupement PO4- est utilisé était libre dans la cellule L’énergie utilisée est de l’énergie potentielle issue d’un gradient électrochimique (H+) Travail de l’enzyme ATP synthase Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Étape 1 – La glycolyse Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx La glycolyse Formation d’ATP: Phosphorylation au niveau du substrat Formation de NADH + H+ : Des déshydrogénases oxydent le substrat (perte d’électrons) et réduisent le NAD+ (qui devient NADH + H+ ) Le NADH + H+ est un transporteur d’électrons riches en énergie potentielle Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Réduction du NAD+ Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Étape 1 – La glycolyse Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Quelles molécules obtenons-nous après le passage de 5 glucose dans la glycolyse? Exercice Collège Lionel-Groulx

Étape 2 – L’étape __________ NADH + H+ Collège Lionel-Groulx

Étape __________ Bilan: Carboxyle = peu d’énergie 1 acétyl-CoA 1 NADH + H+ 1 CO2 2 fois!!! Carboxyle = peu d’énergie donc on évacue en CO2 Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Quelles molécules obtenons-nous pendant l’étape _____________ si 4 glucose ont été consommés? Exercice Collège Lionel-Groulx

Étape 3 – Cycle de l’acide citrique Collège Lionel-Groulx

Étape 3 – Cycle de l’acide citrique Bilan: 2 CO2 1 ATP 3 NADH+H+ 1 FADH2 2 fois!!! Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Quelles molécules obtenons-nous pendant le cycle de l’acide citrique si 3 glucose ont été consommés? Exercice Collège Lionel-Groulx

Étape 4 La phosphorylation oxydative NADH + H+ Collège Lionel-Groulx

Étape 4a Chaîne de transport d’électrons Formés pendant la glycolyse, l’étape _____ et le cycle de l’acide citrique Collège Lionel-Groulx

Étape 4 (a et b) Chaîne de transport d’électrons Les NADH+H+ et FADH2 amassés se dirigent vers la chaîne de transport d’électrons. NADH+H+ cède ses électrons au début de la chaîne. Le FADH2 les cède plus loin. La chaîne de transport des électrons génère le gradient de H+. Chimiosmose = utilisation d’un gradient électrochimique comme source d’énergie. Les électrons du NADH + H+ ont un meilleur rendement énergétique 1 NADH+H+  2,5 ATP 1 FADH2  1,5 ATP Collège Lionel-Groulx

Étape 4 La phosphorylation oxydative é é é L’O2 est l’accepteur final d’é H+ H+ H+ H+ Collège Lionel-Groulx

Étape 4b - La chimiosmose C’est l’ATP synthase qui convertit l’ADP + Pi  ATP. 90% de la production totale d’ATP par la cellule. Alimentée par la force protonmotrice des H+ : Diffusent selon leur gradient électrochimique. Phénomène = chimiosmose Collège Lionel-Groulx

Bilan final pour 1 mole glucose Glycolyse : 2 moles d’ATP Cycle de l’acide citrique complet : Phosphorylation oxydative : 26 ou 28 moles d’ATP La respiration cellulaire synthétise au total 30 ou 32 moles d’ATP par glucose. Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Bilan final : 30 ou 32 ATP ? 5 ATP 3 ATP Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Quelles molécules obtenons-nous pendant la phosphorylation oxydative si 4 glucose ont été consommés? Exercice Collège Lionel-Groulx

Voie anaérobique : Fermentation La fermentation alcoolique La fermentation lactique

Comment la cellule fait-elle son choix? Collège Lionel-Groulx

Collège Lionel-Groulx Fermentation Glycolyse seulement : Ne nécessite pas l’utilisation d’O2 PAS de chaîne de transport d’électrons Se passe dans le cytoplasme 2 types : Fermentation alcoolique : Glucose  2 pyruvate  2 acétaldéhyde  2 éthanol Fermentation lactique : Glucose  2 pyruvate  2 lactate La fermentation génère seulement 2 ATP par glucose! Collège Lionel-Groulx

Fermentation alcoolique Glucose  2 pyruvates  2 acétaldéhhydes  2 éthanol Production : 2 ATP 2 NADH+2H+ Retournent sous forme NAD+ Conversion acétaldéhyde  éthanol Figure 9.17 2 ADP + 2 P 2 ATP glucose glycolyse 2 pyruvates 2 NAD+ 2 NADH+H+ 2 CO2 2 éthanol 2 acétaldéhydes Collège Lionel-Groulx

Fermentation lactique Glucose  2 pyruvates  2 lactates Production : 2 ATP 2 NADH+2H+ Retournent sous forme NAD+ Conversion pyruvate  lactate Figure 9.17 2 ADP + 2 P 2 ATP glucose glycolyse 2 NAD+ 2 NADH+H+ 2 pyruvate 2 lactate Collège Lionel-Groulx

Polyvalence du catabolisme Plusieurs nutriments peuvent être utilisés … mais entrent à des endroits différents dans le cycle : Glucides Lipides Protéines Collège Lionel-Groulx Fig. 9.19

Collège Lionel-Groulx Le catabolisme d’une molécule de graisse, possédant 3 acides gras d’une longueur de 10 carbones chacun, donne combien d’ATP? Exercice Collège Lionel-Groulx

Régulation de la respiration Pour éviter les surplus et les carences en ATP. Homéostasie par un mécanisme de rétro-inhibition. La phosphofructokinase est activée par l’AMP (un dérivé de l’ADP) et inhibée par le citrate et l’ATP. Collège Lionel-Groulx