PCEM1, premier semestre, cours de Biochimie Pr Joëlle Masliah II- Métabolisme énergétique I. Introduction 1- Le métabolisme énergétique dans la cellule 2- Notions de bioénergétique 3- ATP et liaisons riches en énergie 4- Réactions d ’oxydation cellulaire et d’oxydo-réduction 5- Les Coenzymes transporteurs d ’électrons II. La glycolyse 1) Schéma général 2) Les dix étapes de la glycolyse 3) Bilan de la glycolyse 4) Devenir du pyruvate III. Le cycle de Krebs 1) Décarboxylation oxydative du pyruvate 2) Place du cycle de Krebs dans le métabolisme, schéma général 3) les huit étapes du cycle de Krebs 4) Bilan et régulation IV. La chaîne respiratoire mitochondriale 1) Place de la chaîne respiratoire dans le métabolisme 2) Organisation générale 3) Les cinq complexes de la chaîne respiratoire 4) Origine des substrats 5) Inhibiteurs et régulation V. Conclusion Bilan général du métabolisme énergétique 1 2 PCEM1- Premier semestre 2004- 2005 Cours de Biochimie – Section A MODULE 1 : Structure et fonction des protéines Enzymologie Pr Joëlle MASLIAH Ve 05/11 11h- 12h Ve 12/11 11h/12h Ve 12/11 16h30-17h30 Ve 19/11 11h- 12h Ve 19/11 Ve 26/11 Ve 03/12 Ve 03/12 Module 2 : Structure et fonction des glucides et des lipides Module 3 16h30-17h30 Métabolisme Energétique 11h-12h Introduction à l ’énergétique 11h- 12h glycolyse 16h30- 17h30 cycle de Krebs chaîne respiratoire Ve 17/12 11h-12h des questions? 3 I. 1. Le Métabolisme énergétique dans la cellule A n a b o l i s m e Macromolécules cellulaires (protéines, polyosides, lipides, acides nucléiques) Composés simples (oses, acides aminés acides gras) énergie mouvements , contraction musculaire Aliments C a t a b o l i s m e Déchets (CO2, transports actifs H2O NH3) Renouvellement moléculaire, Croissance…... 4 Aliments Digestion glucides lipides Acides aminés glucose Acides gras glycérol glycolyse Composés simples protéines Catabolisme ATP I Pyruvate E N E R G É T I Q U E Acétyl- CoA Cycle de Krebs II Pouvoir réducteur NADH Phosphorylation oxydative O2 NH3 Transport électrons M É T A B O L I S M E H2O Déchets III ATP CO2 5 3 Les aliments, sources d ’énergie Bilan global des aliments nécessaires à l ’équilibre énergétique chez l ’homme (moyenne) g/jour Valeur J/jour Cal/jour % valeur calorique calorique Protéine 85g (14%) 17J/g 1440 344 12% Lipides (16%) 95g 38J/g 3600 860 30% Glucides 410 (70%) 17J/g 6960 1668 58% Valeur énergétique : 1g de lipides = 2g de protéines ou 2g de glucides L ’apport alimentaire quotidien varie en fonction : de l ’age, du sexe, de l ’activité, de la température ambiante. besoins augmentés lors de la croissance, de la grossesse Dans la CONSOMMATION D’UNE JOURNEE (environ 12000J),plus de la moitié est utilisée pour le métabolisme basal (6500 J) 1 Cal = 1 Kcal = 4.185 J = 4.185 kj 6 I. 2. Notions de Bioénergétique = Etude des transferts d ’énergie dans les cellules vivantes - Loi de conservation de l ’énergie : l ’énergie totale d ’un système et de son environnement est constant - Energie libre (Gibbs, 1878) : quantité d ’énergie contenue dans une molécule susceptible d ’être libérée au cours d ’une réaction chimique. variation de l ’énergie libre (∆G) Perte d’énergie potentielle de position B Travail réalisé par l’objet qui monte A C A B ∆G > 0, B C ∆G < 0, la réaction est exergonique le sytème libére de l ’énergie, donc la réaction peut avoir lieu spontanémént Energie libre, G la réaction est endergonique : le système a besoin d ’énergie A pour que la réaction ait lieu Exemple chimique B ∆G A→B (positive) C ∆G B→C (négativ ∆G A→C (négative) Réaction coordonnée ∆G dépend : - de la nature de la réaction Endergonique - du pH - de la t° - des concentrations initiales de A et B - est additif Exergonique 7 A B Exemple chimique B Energie libre, G Dans une cellule, si on considère la réaction : A ∆G A→B (positive) C ∆G B→C (négativ ∆G A→C (négative) Réaction coordonné Endergonique Exergonique e ∆Go ’ = variation d ’énergie libre à pH = 7, à une t° de 25°C, pour une concentration de A et de B = 1M (différente de ∆Go mesurée e chimie à un pH = 0) ∆Go ’ est indépendant des étapes de la réaction ne donne aucune indication sur la vitesse de la réaction ∆G réel = ∆Go ’ + RT loge [B] / [A] Unité : KJ/mol Constante des gaz (8.315 J/mol) T°absolue si : - ∆G < O, la réaction est spontanée - ∆G = 0, la réaction est en équilibre énergétique - ∆G > 0, la réaction ne peut avoir lieu, sauf si : - elle est couplée à une autre réaction (B C) exergonique ∆G (B C) + ∆G (A B) < 0 - elle est couplée à une réaction très exergonique : l ’hydrolyse de l ’ATP 8 I. 3. ATP Liaison Liaison anhydride Phosphoester NH2 phophorique Structure : adénosine tri phosphate -O N N O- O- O- N N Pγ O O CH2 P O Pα O β O O Adénine H O H ribose H H H O O H Adénosine AMP ADP ATP L ’ATP est la principale forme de stockage et de transport énergétique de la cellule durée de vie très brève (1 min) (consommation au cours d ’un exercice violent : 0.5 kg/ min!) 9 Attention! Chacune de ces réactions enzymatique est irréversible ∆Go ’ = ATP + H2O -30.5 kJ/mol ADP + Pi + H+ ∆Go ’ = +30.5 kJ/mol [ATP] + [ADP] = constante, mais ATP/ ADP varie en fonction de l ’état énergétique de la cellule L ’ATP est une source d’énergie : -Soit par hydrolyse d’une liaison anhydride d’acide -Soit par transfert d’énergie dans une liaison -P 10 3-b) Les liaisons riches en énergie Leur hydrolyse est très exergonique : <- 25 kJ/mol - Liaison anhydride phosphorique O- O ∼ P-R = P∼ O = -O- O- O Exemples : ATP : P γ ∼ P ∼ P- ribose- adénine β α ADP + Pi + H+ ∆Go ’ = - 30.5 kJ/mol AMP + Pi + H+ ∆Go ’ = - 30.5 kJ/mol AMP + PPi + 2H+ ∆Go ’ = - 32.5 kJ/mol ATP ADP ATP - Liaison anhydride d ’acide O- = P∼ O∼ C-R = -O- O C∼P O = O Exemple : 1,3 bis phosphoglycérate ∆Go ’ = - 49 kJ/mol P CH2 CHOH - Liaison énol phosphate CH R = = C∼ O∼P-OO Exemple : phospho énol pyruvate ∆Go ’ = - 62 kJ/mol COO- O- C∼ O∼P-OCH2 = O- = COO- O 11 - Liaison thioester = R - C ∼ S- CoA O Exemples : acétyl CoA : CH3 - CO ∼ S- CoA Acyl CoA : CH3- (CH2)n-2 - CO ∼ S- CoA ∆Go ’ = - 31 kJ/mol Energies libres standard de l’hydrolyse de quelques composés phosphorylés et de l’acétyl-coenzyme A Non riche kJ/mol Phosphoénolpyruvate - 61,9 1,3-Bisphosphoglycérate (→ 3-phosphoglycérate + Pi) - 49,3 Créatinine phosphate - 43,0 PPi (→ 2Pi) - 33,4 ATP (→ AMP + PPi) - 32,2 ATP (→ ADP + Pi) - 30,5 ADP (→ AMP + Pi) - 30,5 Acétyl-CoA - 31,4 Glucose-1-phosphate - 20,9 Fructose-6-phosphate - 15,9 AMP (→ adénosine + Pi) - 14,2 Glucose-6-phosphate - 13,8 Glycérol-1-phosphate - 9,2 riche ∆ G o’ 12 Rappel sur Les réactions d ’oxydo- réduction + - Oxydation =perte d ’électrons (ou de H + e ) + Réduction = gain d ’électrons (ou de H + e ) Réducteur Oxydant AH2 + B A + BH2 Oxydant A2+ B3+ +1eA2+ + B3+ Réducteur A3+ + 1eB2+ A3+ + B2+ Réducteur Oxydant réaction d ’oxydo réduction Un réducteur est un composé qui fournit des électrons (et des ions H+) Un oxydant est un composé qui capte des électrons (et des ions H+) Le potentiel rédox (ou potentiel de réduction) E0 ’ d ’un couple d ’oxydo- réduction (ex :AH2/A ou BH2/B) mesure son affinité pour les électrons. C ’ est une constante mesurée à 25°C, à pH 7, qui dépend de la concentration initiale des espèces oxydées et réduites. 13 Si on met en présence deux couples d ’oxydoréduction AH2/A et BH2/B, le transfert d ’électrons et/ou de protons se fera vers celui qui a le potentiel rédox le plus élevé : AH2 + B A + BH2 si EB>>EA, donc si ∆E = EB - EA >0 Potentiels de réduction standard des transporteurs d’électrons impliqué dans la chaîne respiratoire Réaction redox (demi-réaction) E0 (V) 2H+ + 2e- → H 2 – 0,414 NAD+ + 2H+ + 2e- → NADH + H+ – 0,320 NADP+ + 2H+ + 2e- → NADPH + H+ – 0,324 FAD → FADH2 Ubiquinone + 2H + + 2e- → ubiquinol + 0,045 Cytochrome b (Fe3+) + e- → cytochrome b (Fe2+) + 0,077 Cytochrome c1 (Fe3+) + e- → Cytochrome c1 (Fe2+) + 0, 220 Cytochrome c (Fe3+) + e- → Cytochrome c (Fe2+) + 0,254 Cytochrome a (Fe3+) + e- → Cytochrome a (Fe2+) + 0,290 Cytochrome a3 (Fe3+) + e- → Cytochrome a3 (Fe2+) + 0,550 ½ O2 + 2H + + 2e- → H2O → + 0,816 14 F= Constante de Faraday (96 kJ/volt/mole) ∆G0 ’ =-nF∆E° ’ Exemple : NAD+ +2 H+ + 2eUQ +2 H+ + 2eNADH + H+ + UQ NADH + H+ UQH2 Eo = - 0.32V E0 = +0.045V NAD+ + UQH2 ∆E = 0.36V ∆Go ’ = -69,5 kJ/mol L ’énergie libérée par la réaction d ’oxydo réduction sera d ’autant plus forte que la différence entre les potentiels de réduction standard sera élevée. 15 Couplage de l ’oxydation du carbone avec la formation d ’énergie Transformation d ’un flux d ’électrons en travail mécanique L ’énergie potentielle des nutriments est transformée en énergie chimique (ATP) utilisable par la cellule. Exemple du glucose : C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O ∆Go ’ = - 2840 kJ/mol La conversion en énergie chimique se fait par une série de réactions et une chaîne de transporteurs d ’électrons. Dans une machine Chaine respiratoire mitochondriale Chez l ’homme 16 II- Métabolisme énergétique I. Introduction 1- Le métabolisme énergétique dans la cellule 2- Notions de bioénergétique 3- ATP et liaisons riches en énergie 4- Réactions d ’oxydation cellulaire et d’oxydo-réduction 5- Les Coenzymes transporteurs d ’électrons II. La glycolyse 1) Schéma général 2) Les dix étapes de la glycolyse 3) Bilan de la glycolyse 4) Devenir du pyruvate III. Le cycle de Krebs 1) Décarboxylation oxydative du pyruvate 2) Place du cycle de Krebs dans le métabolisme, schéma général 3) Les huit étapes du cycle de Krebs 4) Bilan et régulation IV. La chaîne respiratoire mitochondriale 1) Place de la chaîne respiratoire dans le métabolisme 2) Organisation générale 3) Les cinq complexes de la chaîne respiratoire 4) Origine des substrats 5) Inhibiteurs et régulation V. Conclusion Bilan général du métabolisme énergétique 17 I. 5. Les coenzymes tranporteurs d’électrons Nicotinamide Adénine Dinucléotide ( NAD+) Site réactif Nucléotide 1 O ¯O P O CH2 O OH O Nucléotide 2 AMP ¯O- O N+ HO NH2 C N C N HC P–O–CH2 O C N N C N Nicotinamide H2 Coenzyme libre : liaison réversible aux enzymes Deux pools intracellulaires : cytosolique et mitochondrial CH Adénine R = H : NAD+ R = P : NADP+ O Ribose OH O R Coenzymes des déshydrogénases H CONH2 + N (ion hydrure : H-) R 2H + NAD+ Forme oxydée H H ¨ N CONH2 +R-C-R’ + H+ = H R-C-R’+ OH O R NADH, H+ forme réduite 18 Flavine adénine dinucléotide (FAD) Flavine mononucléotide (FMN) Nucléotide 1 FMN H 3C Site réactif N H H C OH H C OH H C H H NH O -O- P O -O-P Nucléotide 2 Coenzyme lié O à des flavoprotéines localisées N N O dans la membrane Site interne C H réactif de la mitochondrie C OH H 3C Liaison à l ’enzyme Riboflavine NH2 C N O HC O CH2 N C C N CH Adénine N O O AMP HO OH Ribose 19 O CH3 N CH3 N H 2H+ + 2e- CH 3 NH N R Forme oxydée FAD + R-CH - CH- R ’ H H O O N N CH3 NH N O H Forme réduite R FADH2 + R- CH= CH- R ’ Coenzyme de déshydrogénases 20 Coenzyme Q ,Q ou UQ (ubiquinone) Molécule très apolaire (chaîne polyisoprénique) CH3 O Forme oxydée CH3O (CH2 CH CH3O CH3 O H + + e- H + + e- C CH2)10 H Ubiquinone (UQ,Q) Oo CH3O R CH3O CH3 H+ + OH Semiquinone (UQH°, QH°) H + + e- eOH CH3O R CH3O CH3 Forme réduite OH Ubiquinol (UQH2, QH2) Coenzyme mobile, peut échanger des électrons avec des Coenzymes monovalents 21 Les cytochromes Hème = Protoporphyrine IX + Fer (hémoglobine, cytochrome b) CH3 CH2 CH CH3 CH N N Fe N N CH3 CH2 CH3 CH2CH2COOCH2CH2COO- 2 Cyt Fe 3+ + 2e- Forme oxydée 2Cyt Fe 2+ Forme réduite Coenzymes d’oxydoréduction monovalents (transporteurs d’électrons) 22 II- Métabolisme énergétique I. Introduction 1- Le métabolisme énergétique dans la cellule 2- Notions de bioénergétique 3- ATP et liaisons riches en énergie 4- Réactions d ’oxydation cellulaire et d’oxydo-réduction 5- Les Coenzymes transporteurs d ’électrons II. La glycolyse 1) Schéma général 2) Les dix étapes de la glycolyse 3) Bilan de la glycolyse 4) Devenir du pyruvate III. Le cycle de Krebs 1) Décarboxylation oxydative du pyruvate 2) Place du cycle de Krebs dans le métabolisme, schéma général 3) Les huit étapes du cycle de Krebs 4) Bilan et régulation IV. La chaîne respiratoire mitochondriale 1) Place de la chaîne respiratoire dans le métabolisme 2) Organisation générale 3) Les cinq complexes de la chaîne respiratoire 4) Origine des substrats 5) Inhibiteurs et régulation V. Conclusion Bilan général du métabolisme énergétique 23 II. Glycolyse -Processus de dégradation du glucose en pyruvate : 1 hexose (C6) 2 pyruvates (C3) -constituée d ’une séquence de réactions enzymatiques : 10 étapes - accompagnée d ’une production modeste d ’ATP. Origine du glucose : - glucose circulant, provenant de l ’hydrolyse des diholosides et polyosides alimentaires. - glycogène dans le foie et le muscle - interconversion d ’autres oses (Fru, gal, man) Place de la glycolyse dans le métabolisme énergétique voie métabolique anaérobie et cytosolique, 1- En aérobiose, Prélude à la dégradation complète du glucose en CO2 + H2O par le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire dans la mitochondrie. Glucose pyruvate O2 CO2 + H2O Lactate CH3-CHOH-COO2- En anaérobiose, fermentation lactique dans le cytosol 24 II. 1) Schéma général de la glycolyse 1 2 Phase de préparation Phosphorylation = consommation de 2 ATP 3 4 5 6 7 Phase de restitution Oxydation + formation de 4 ATP 8 9 10 25 II. 2) les dix étapes de la glycolyse Etape 1 Glucose glucose 6P Phosphorylation du glucose : O HO -O CH2 O H ATP H HO H OH H Mg2+ P O CH2 O- 5 ADP H hexokinase 4 H OH HO OH 6 - H OH 3 H O H H 1 OH 2 OH Glucose Glucose-6-phosphate -Enzyme ubiquitaire, de grande affinité,non spécifique. . -fixation du complexe ATP-Mg sur l ’enzyme (Mg dépendant) -réaction fortement exergonique : irréversible - consommation d ’un ATP Dans le foie, glucokinase, spécifique du glucose , de faible affinité Importance de l ’étape 1 -engagement dans le métabolisme : le G6P, fortement chargé, ne peut plus ressortir de la cellule -phosphorylation = conservation de l ’énergie = nécessaire à la reconnaissance par les 26 enzymes de la glycolyse (complexe avec Mg) Etape 2 glucose 6P fructose 6P Isomérisation : transformation d ’un aldose en cétose = O -O- P -O OH OH H OH H O -O- P -O CH2 O O= CH2 O H H OH OH Glucose 6 phosphate Mg2+ H H Phosphohexo isomérase OH CH2OH OH OH H Fructose 6 phosphate réaction réversible 27 Etape 3 Fructose 6P fructose 1,6 bis P Phosphorylation du fructose 6P par la Phosphofructokinase 1 (PFK 1) OH O H HO CH2- OH OH OH H Fructose 6- phosphate Mg2+ O -O- P- CH 2 O O- H HO H O CH2-O- P-O= ADP = = O -O- P- CH 2 ATP OOH OH H Fructose 1, 6 bis phosphate - enzyme clé : vitesse lente, étape limitante de la voie métabolique - étroitement régulée, - dépend du niveau énergétique de la cellule. -Réaction fortement exergonique = irréversible - consommation d ’un ATP 28 Etape 4 fructose1,6 bisP 2 trioses P Clivage du fructose 1,6 bis P: 5H O- O HO H 4 O O- P-O1CH2= = O 6 O- P- CH2 OH H 3 2 OH Fructose 1, 6 bis phosphate O- O = H C H-C-OH OCH2- O-P= O O- aldolase Glycéraldéhyde phosphate + CH2OH C=O OCH2-O- P = O O- Dihydroxy acétone phosphate - réaction fortement endergonique : possible car le produit est très rapidement transformé P<< S, réaction réversible (∆G réel << ∆G 0’) 29 Etape 5 interconversion des trioses phosphates O = CH2OH C=O OCH2-O- P = O O- triose Phosphate isomérase Dihydroxy acétone phosphate H C H-C-OH OCH2- O-P= O O- Glycéraldéhyde phosphate Isomérisation - réversible -seul le glycéraldéhyde 3P est utilisé : déplacement rapide de l ’équilibre (où di hydroxy acétone P = 96%) Bilan de la phase préparatoire glucose + 2 ATP 1 hexose 2 glycéraldéhyde 3P + 2 ADP 2 trioses 30 Phase de restitution Etape 6 oxydation du glycéraldéhyde 3P O = O- H C OH-C-OH OCH2- O-P= O+ HO-P= O OOGlycéraldéhyde phosphate NAD+ NADH, H+O= O-P =O C H-C-OH OO- Glycéraldéhyde CH2- O-P= O 3P déshydrogénase O1,3 bis phospho Glycérate Déshydrogénation (= oxydation) - transformation d ’une fonction aldéhyde en fonction acyl-P à forte énergie libre (anhydride d ’acide) - couplée à la réduction d ’un accepteur d ’hydrogène = NAD+ - réaction faiblement endergonique : réversible 31 Etape 7 transfert d ’un phosphate vers un ADP = O -O- P -OO C=O Mg 2+ H - C - OH + ADP H - C - O - PO3 2Phospho H glycérate kinase 1,3 bisphosphoglycérate OC =O H - C - OH + ATP 2H - C - O - PO3 H 3 phosphoglycérate Phosphorylation d ’un ADP -transfert de phosphate d ’un acyl-P : conservation de l ’énergie : formation d ’un ATP - réaction très exergonique, mais couplée à l ’étape 6, endergonique , (glycéraldéhyde 3P + Pi + ADP + NAD+ ) devient réversible : (∆G 0 ‘ = + 6.3 kJ/mol) 3 phosphoglycérate + ATP + NADH, H+ 32 Etape 8 isomérisation du 3P glycérate O- O= C H-C-OH OCH2- O-P= O O3 phospho Glycérate O= Mg++ phospho glycérate mutase O- C OH-C- O- P= O OCH2- OH 2 phospho Glycérate Déplacement d ’un phosphate -réaction faiblement endergonique, réversible 33 Etape 9 déshydratation du phosphoglycérate O O O C H HO C CH2 O O P H2O C C O- O- O énolase 2-Phosphoglycérate O O ~P CH2 O- O- Phosphoénolpyruvate Déshydratation : - associée à une redistribution interne de l ’ énergie : liaison riche en énergie énol phosphate (∆G 0 ‘ = - 61.9kJ/mol au lieu de -17.6 kJ/mol pour une liaison ester ordinaire) - formation d ’une fonction énol par élimination d ’H2O (énolase) -réaction faiblement endergonique, réversible - les ions fluorures inhibent l’enzyme (intérêt pour le dosage de la glycémie) 34 Etape 10 transfert d ’un phosphate vers un ADP O O C C- O CH2 O O ~P + ADP O- O- Mg++, K+ O C C Pyruvate CH3 kinase Phosphoénolpyruvate + ADP O + ATP Pyruvate + ATP Transfert d ’un phosphate - formation d ’un ATP : - réaction irréversible 35 3- Bilan de la glycolyse Transformation d ’un hexose en 2 trioses. Oxydation partielle du glucose 1 glucose (C6H12O6) + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 pyruvates (CH3- CO- COO-) + 2 NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O bilan énergétique : consommation de 2 ATP production de 4 ATP formation de 2 NADH, H+ Donc, en anaérobiose, le bilan net est de 2ATP (glucose 2 lactates) Les étapes clés de la glycolyse Les enzymes catalysant les réactions très exergoniques sont limitants 1) Hexokinase peu limitante régulation allostérique par G6P 2) Pyruvate kinase régulation allostérique par l ’ ATP(-) 36 3) Phosphofructokinase : enzyme clé, très limitante régulation allostérique Le changement de conformation est induit par les effecteurs activateurs AMP ADP F 2,6 diP F6P inhibiteurs ATP citrate Vi AMP 1,5mM ATP Substrat seul Citrate F6P 37 Enzyme clé : - régule une voie métabolique Glucose Glycogène Glucose 6P Glucose 1P + glycogénolyse - catalyse l ’étape d ’engagement - catalyse la réaction la plus lente - allostérie : possibilité de rétrorégulation par le produit final de la voie métabolique, ou celui d ’une autre voie, et/ou phosphorylation/ déphosphorylation glycolyse Fructose 6P PFK Fructose 1,6 diP Di OH acétone 3P glycéraldéhyde PEP - + Pyruvate acétyl- CoA mitochondrie citrate Cycle de Krebs ADP - ATP Chaine respiratoire 38 4) Devenir du pyruvate ● Dans une cellule de mammifère en conditions normales d ’aérobiose , le pyruvate est transformé dans la mitochondrie en acétyl- CoA, puis dégradé dans le cycle de Krebs glucose glycolyse aérobiose 2 pyruvates anaérobiose CO2 2 lactates fermentation lactique 2 acétyl CoA O2 Cycle de Krebs + chaine respiratoire 4 CO2 + 4 H2O (muscles en contraction intense,globules rouges et micro organismes) animaux et végétaux, micro organismes en conditions aérobies ● En anaérobiose, anaérobiose le NADH produit par la glycolyse n ’est pas réoxydé dans la chaine respiratoire, mais par la transformation du pyruvate en lactate NADH, H+ CH3- CO- COOpyruvate NAD+ Lactate deshydrogénase CH3- CHOH- COOlactate 39 II- Métabolisme énergétique I. Introduction 1- Le métabolisme énergétique dans la cellule 2- Notions de bioénergétique 3- ATP et liaisons riches en énergie 4- Réactions d ’oxydation cellulaire et d’oxydo-réduction 5- Les Coenzymes transporteurs d ’électrons II. La glycolyse 1) Schéma général 2) Les dix étapes de la glycolyse 3) Bilan de la glycolyse 4) Devenir du pyruvate III. Le cycle de Krebs 1) Décarboxylation oxydative du pyruvate 2) Place du cycle de Krebs dans le métabolisme, schéma général 3) Les huit étapes du cycle de Krebs 4) Bilan et régulation IV. La chaîne respiratoire mitochondriale 1) Place de la chaîne respiratoire dans le métabolisme 2) Organisation générale 3) Les cinq complexes de la chaîne respiratoire 4) Origine des substrats 5) Inhibiteurs et régulation V. Conclusion Bilan général du métabolisme énergétique 40 III. Le cycle de Krebs Entrée du pyruvate dans la mitochondrie Cytosol Membrane externe Membrane interne Pyruvate translocase matrice Acétyl- CoA Pyruvate Pyruvate + H + H HSCoA CO2 Cycle de Krebs 41 III. 1) Décarboxylation oxydative du pyruvate O CO2 + OC C O - HSCoA NAD+ TPP, lipoate NADH FAD O S-CoA C CH3 CH3 pyruvate Acétyl-CoA C3 C2 Structure de la pyruvate déshydrogénase complexe multienzymatique contenant 3 enzymes et met en jeu 5 Coenzymes distincts S S CoA FAD TPP E1 E2 E3 NAD+ 1- Pyrophosphate de thiamine (TPP), lié à E1 42 2- acide (lié à E2) lipoïque HS S HS S S S FAD TPP E1 E2 E3 Chaine hydrocarbonée oxydé réduit NAD 3- Coenzyme A (E2, libre) Groupement thiol réactif HS ethylamine ADP Acide pantothénique P = O CH3 - C - S - CoA Acétyl- CoA 4- FAD (lié à E3) 5- NAD+ (E3, libre) S S CoA FAD TPP E1 E2 E3 NAD 43 1 : décarboxylation 2 : oxydation 3 : transfert du CoA - SH 4 : réduction du FAD 5 : réduction du NAD+ Réaction en 5 étapes Pyruvate O O CH3 C TPP E1 C O H O 1 CH3 C H S S TPP FAD CO2 E3 E2 Acide lipoique oxydé S S E1 E3 E2 FAD NADH + H+ 2 5 NAD+ TPP E1 S S CH3 Acide lipoique oxydé E2 HS HS 4 E1 TPP FAD O TPP E1 FADH2 E3 HS C S Acide lipoique réduit E2 E3 E2 CoA-SH 3 O E3 FAD CH3 C S- CoA Acétyl-CoA 44 Bilan de la décarboxylation oxydative du pyruvate O CO2 + OC C HSCoA NAD+ TPP, lipoate NADH, H+ O FAD O - CH3 pyruvate Pyruvate déshydrogénase (E1, E2, E3) C3 S-CoA C CH3 Acétyl-CoA C2 Formation d ’une liaison thioester riche en énergie et d ’un NADH réaction irréversible enzyme régulée par les substrats (NAD+, CoASH, AMP) par les produits (NADH, Acétyl CoA, ATP) 45