Mitochondrie

Rappel du plan
5.4 Les Mitochondries
-Rappel sur les formes d’énergie cellulaire
-Origine et structure des mitochondries
-Fonctions : Respiration et fourniture d’énergie /
Métabolisme oxydatif
-Synthèse et importation des protéines dans la
mitochondrie et flux des principaux réactants
-Chaîne de transport des électrons (e-)
-Processus de phosphorylation oxydative et
production d’ATP
-Cycle de krebs et production de NADH et FADH2
!Bilan énergétique
5.5 Les chloroplastes
Rappel:
Formes d’énergie biologique
1. L’ATP: monnaie d’échange
énergétique, carburant cellulaire
=> (P15)
2. Le gradient trans-membranaire
de proton (H+) => variations du pH
3. L’oxydation: une réaction en
condition aérobie productrice
d’énergie sous forme d’électrons
libres
! le couplage entre oxydation et
phosphorylation via un
gradient de proton
Les réactions
d’oxydation et de
réduction
On peut écrire l'équation générale:
(1)
(1): oxydation
(2): réduction
AH2 <=> A + 2e- + 2H+
(2)
dans laquelle AH2 agit comme un donneur d'électrons.
AH2 et A constituent aussi un couple redox conjugué
qui peut réduire un autre composé B par transfert
d'atomes d'hydrogène:
AH2 + B <=> A + BH2
(Ex: AH2 = FADH2)
Quand le potentiel redox de AH2 est inférieur à celui
de BH2, cette réaction est exothermique ou dite
exergonique donc spontanée.
Anatomie fonctionnelle
de la mitochondrie
" Bâtonnets
d = 0,5 à 1 !m ; L = 7 !m.
" Plasticité
" Uniformément dans le cytosol
sauf en mitose et dans les cas
d’associations fonctionnelles.
" SEMI-AUTONOME:
! Mito /ADN (Réplication);
! Mito / ARN, ribosomes
! Mito / Protéines
" Enveloppe:
! Membrane externe (pores
<6kDa => Porines)
! Membrane interne (e-, ATP
synthase ou synthétase)
" Matrice: enzymes du cyc. Krebs
Remarque 1: Sans mitochondrie les
cellules des animaux et des champignons
seraient des organismes anaérobies,
dépendant énergétiquement du processus
inefficace et primitif de la glycolyse. De
nombreuses bactéries actuelles peuvent
respirer comme les mitochondries.
Remarque 2: Les cellules eucaryotes sont
les descendantes d’organismes primitifs
anaérobies qui ont formé des symbioses
avec des bactéries aérobies / production
d’énergie chimique.
Définition de la respiration cellulaire: Un
processus catabolique, fournisseur d’énergie
qui assure une dégradation complète du
substrat et où l’accepteur terminal des
électrons pendant les processus d’oxydoréduction est l’O2 (=> H2O)
Bilan général est :
C6H12O6 + 6O2 => 6 CO2 + 6 H20
(-2870 KJ / mole de glucose)
Capacité respiratoire est:
-1,5 mL C02 dégagé / heure / g MS
-1/10 de la valeur de la
photosynthèse qui est de 10 à 20 mL
de CO2 fixé / heure / g MS
Quotient respiratoire est:
QR = VCO2 / VO2 = 1 / sucres
0,5 / lipides
1,3 / a. organiques
Cas des Chauves-souris
Cas de Sauromatum guttatum
Cas de l’Arum / spathe à 50°C
ADN mitochondrial animal:
Génome très compacte
Absence de séquence intergénique non exprimé
Il possède en particulier :
-2 gènes ARNr (12 et 16 s),
-22 gènes ARNt,
-13 gènes codant des chaînes polypeptidiques /
complexes de la membrane interne (transporteurs
d’électrons et ATP synthétases)
Flux des réactants
Acide gras
Pyruvate
Protéines
Pyruvate
Acide gras
Acétyl-CoA
NADH
FADH2
e-
H+
H+ ATP
CO2
ADP
Pi
02
ATP
Mitochondrie
P68
Acétyl-CoA
Devenir du pyruvate
Mitochondrie
La mitochondrie constitue un
compartiment cellulaire AEROBIE
où la dégradation ultime du glucose
par OXYDATION sous forme
de C02 et d’H2O génère un maximum
d’ATP.
Tout les chemins mènent à
l’Acétyl-CoA
Ex: le catabolisme
du glucose
Cytoplasme
(Anaérobie!)
Fermentation
(Anaérobie)
Siège de la
glycolyse, la
dégradation du
Glucose génère 2
ATP et 2 pyruvates.
La fermentation du
pyruvate produit 1
ATP
Ou …
Mitochondrie
(Aérobie)
(P49)
Siège de la
respiration (CO2,
O2, H20), ces
organites
interviennent dans la
phase finale de la
dégradation du
glucose par
oxydation qui
génère beaucoup
d’ATP
P69
Principe de la
phosphorylation
oxydative ayant
lieu au sein de la
membrane
interne de la
mitochondrie
La membrane interne et la chaîne des
transporteurs d’électrons (P69)
Compartiment
Inter-membranaire
Membrane
interne
Matrice
Gradient
de H+
La phosphorylation oxydative:
Transfert d’énergie oxydative sous forme d’une
liaison phosphorique (ATP) via un gradient de
protons H+
Rem: le FADH2 est oxydé par le complexe II sans transfert de
proton => 2 ATP!
Transport des électrons donnés par le NADH
1 NADH => 2 électrons => 9-12 H+ => 3-4 ATP
P70
Transport des électrons donnés par le FADH2
Fumarate
+ 2 H+
1 FADH2 => 2 électrons => 7-8 H+ => 2 ATP
Les donneurs d’électrons et
de protons
(P15)
NAD(P)H
FADH2
Ubiquinone
Complexe IV
cytochrome
oxydase
La membrane interne
ATP synthase
ADP +P
H+
(P70)
ATP
Matrice
H+ H+ H+ H+ H+ H+
La membrane interne et la chaîne des
transporteurs d’électrons (P69)
Compartiment
Inter-membranaire
Membrane
interne
Matrice
Gradient
de H+
La phosphorylation oxydative:
Transfert d’énergie oxydative sous forme d’une
liaison phosphorique (ATP) via un gradient de
protons H+
Rem: le FADH2 est oxydé par le complexe II sans transfert de
proton => 2 ATP!
Cycle de Krebs ou cycle du citrate
x2
ATP
cel. vég.
Bilan pour une molecule de glucose:
Glycolyse => 2 NADH x 2 / cytosol => 4 ATP / Mito
Glycolyse => 2 pyruvates => Gain net : 2 ATP / Mito
Krebs / Phosphorylation oxydative => 8 NADH + 2
FADH2 = 26 ATP + 4 ATP = 30 ATP
Gain total de 36 ATP = 1055 KJ => 40 % rendement
Anaérobie
Cytoplasme
Aérobie
Mitochondrie
Bilan énergétique de la dégradation
du glucose
Oxydation du pyruvate
(Matrice de la mitochondrie)
Glycolyse
(P48 et 68)
GTP GDP + Pi
Catabolisme/anabolisme
(P47)
Les voies cataboliques par oxydation (=>
dégradation) des nutriments (oses, a.a., nucl.,
ac. gras) fournissent l'énergie, sous forme
d'ATP, FADH2 et NADH, nécessaire à la
synthèse des macromolécules cellulaires
(Anabolisme) et aux fonctions diverses de
régulation (vie cellulaire).