bioénergétique - Tutorat Associatif Marseillais

BIOÉNERGÉTIQUE
Cycle de Krebs
Phosphorylation oxydative
et plein d’autres trucs
NIGHT TUTORAT - UE1
21/11/2016
par Ashraf le sang chaud et Benji trop
COMMENT CA MARCHE ?
Hello, j’me présente pour ceux qui ne me connaîtraient pas : moi, c’est Tracer et j’suis
un personnage d’Overwatch super classe et super sympa (ce qui prouve une fois de
plus que l’auteur de cette diapo est un p’tin de gamer sans limites).
On va voir une partie de cours au début de chaque partie, avec les points les plus
souvents mal compris. Ensuite, on va poursuivre le cours sur la partie suivante et...
TRACER, JE VAIS TE BUTER ! TU OUBLIES À CHAQUE FOIS LA PARTIE
IMPORTANTE DE CE NIGHT TUTORAT, CE POURQUOI J’EXISTE : LA PARTIE QCMS !
Comme vous l’aurez peut être compris, j’ai pour mission de vous poser un
ou des QCMs à la fin de chaque explication de cours… Corrigés par mes
soins… Et j’vous explose la tête si vous avez tout faux !
La respiration cellulaire en quelques mots
3 étapes
1.
2.
3.
Oxydation des AG, du glucose et d’AA pour former de l’acétyl CoA
Cycle de l’acide citrique, de l’énergie est libérée et conservée dans des
transporteurs (NADH et FADH2)
Chaîne respiratoire, où les transporteurs sont eux aussi oxydés pour former
protons et électrons ; l’énergie libérée permet la production d’ATP
Résumées très grossièrement ici, mais détaillées par la suite, mes p’tits choux <3
L’ATP en quelques phrases
❏
❏
❏
2 liaisons anhydrides acide phosphorique et 1 liaison phosphoester
La variation d’é nergie libre standard de l’hydrolyse de l’ATP est fortement né gative : ΔG0 ’ = - 31 kJ/mol = -7,3
kcal/mol
La variation d’é nergie libre standard ΔG0’ de l’hydrolyse de la liaison phospho-ester entre le ribose et le phosphate α
est beaucoup plus faible : ΔG0 ’ = -14 kJ/mol
Phosphoryla-quoi ?
Différent de l’hydrolyse de l’ATP : pas de molécule d’eau !
Transfert direct d’un phosphate de l’ATP sur un autre composé organique
ATP + R-OH => ADP + R-OP
Ci-contre l’exemple de
la phosphorylation de
Glutamine à partir de
Glutamate !
L’ATP et les énergies d’hydrolyse
composé s riches en é nergie : ΔGo’ < -25 kJ/mol ce qui correspond à -6 Kcal/mol
composé s pauvres en é nergie : ΔGo’ > -25 kJ/mol ce qui correspond à -6 Kcal/mol
Le Cycle de KREBS
La partie compliquée (à apprendre
au moins) commence ici, mes bébés !
Restez concentrés et posez moi vos
questions, je me ferai un plai...
NON ! JE DOIS D’ABORD LEUR
POSER MES QCMS POUR EN
FINIR UNE BONNE FOIS POUR
TOUTE AVEC LA PACES !
COURAGE !
A.
B.
C.
D.
E.
QCM n°1
ABANDONNE !
L'énergie de liaison est plus forte dans les liaisons phosphoester que
dans les liaisons anhydride phosphorique.
L'ATP est formé par l'association de l'adénine et de 3 groupements
phosphate.
L'hydrolyse de l'ATP libère un phosphate inorganique qui sera stabilisé
par formation de plusieurs formes résonnantes.
Le PhosphoEnolPyruvate n'existe que sous la forme ''énol''. Il est
donc plus stable que le pyruvate.
La variation d'énergie libre de l'hydrolyse de la créatine phosphate est
fortement négative, c'est une réaction exergonique.
Correction QCM n°1
A. Faux. L'énergie de liaison est plus forte dans les liaisons anhydride
phosphorique par la présence des répulsions électrostatiques.
B. Faux. ATP = Adénosine + 3 groupements phosphate
C. Vrai. Phosphate inorganique = HPO42D. Faux. Le produit de la réaction (pyruvate) est plus stable que le substrat
(PEP) car il y a un équilibre entre ses 2 formes tautomériques (énol & céto)
E. Vrai. ∆G°' = - 43 kJ/mol
Il fallait donc cocher :
VOUS M’AVEZ VAINCU,
MAIS JE REVIENDRAI,
INSECTES
CE !
Félicitations, on peut enfin
reprendre notre NT !
Le Cycle de KREBS
DOOONC JE DISAIS… AH OUI !
Cette partie ne nécessite pas
énormément d’explications. Elle va
être traitée très rapidement,
n’hésitez pas à nous poser des
questions si le besoin s’en fait
ressentir :)
Allez les enfants, c’est parti !
EN GROS
La fonction principale du cycle de l’acide citrique est d’oxyder les groupements acé tyles provenant du pyruvate et qui
entrent dans le cycle sous la forme d’Acé tylCoA.
C’est une voie mé tabolique cyclique.
Au cours du cycle, 2 des 6 C du citrate sont oxydé s par une sé rie de ré actions, qui conduit aussi à la formation d’une
nouvelle molé cule d’oxalo-acé tate ce qui permet le dé part d’un nouveau cycle.
L’é nergie rendue disponible par l’oxydation du citrate est conservé e de diffé rentes maniè res au cours du cycle.
L’é nergie d’oxydation restante est utilisé e à la conversion de molé cules transporteurs d’é lectrons dans leur forme
ré duite. Il s’agit du NADH et du FADH2. L’é nergie stocké e grâce au transfert d’é lectrons sur des molé cules transporteuses
sera utilisé e par des ré actions de phosphorylation oxydative, ce sont les seules ré actions de cette sé rie qui requiè rent la
pré sence d’oxygè ne molé culaire d’origine atmosphé rique.
Toutes ces ré actions se produisent dans la mitochondrie qui est dans les cellules eucaryotes le point de convergence de
tous les processus cataboliques qui mettent en jeu des glucides, des lipides, ou des proté ines.
ENCORE PLUS EN GROS
Étape préalable : Formation de l’acétyl CoA (oxydation irréversible) par la
pyruvate déshydrogénase
8 étapes : 3 réactions irréversibles, 5 réactions réversibles
Parmi ces 8 étapes : 4 réactions d’oxydo réduction
Au final : un tour de cycle permet de former 3 NADH, 1 FADH2 et 1 GTP, et donc
la production de 12 ATP
Et avec la voie métabolique (débute à la formation du glucose),
ça donne 38 ATP au final
Hésitez pas à poser vos questions !
Les régulations du cycle
Pour les ré gulateurs allosté riques, le complexe est fortement inhibé par les produits de la ré action : l’ATP, l’acé tyl-CoA et le NADH.
Ces mé canismes de ré gulations allosté riques sont complé té s par un autre niveau de ré gulation qui met en jeu des modifications
covalentes des enzymes du complexe. C’est ainsi que l’enzyme E1 (pyruvate dé carboxylase) est inhibé e par la phosphorylation
ré versible d’un ré sidu sé rine.
Cette ré gulation est assuré e par des enzymes qui sont partie inté grante du complexe de la PDH à côté de E1, E2 et E3.
➢
➢
Une proté ine kinase spé cifique phosphoryle E1 et ainsi inactive cette enzyme.
Une phosphoproté ine phosphatase retire ce phosphate par une ré action d’hydrolyse ce qui conduit à activer l’enzyme E1.
Quand la concentration en ATP augmente : kinase activée, phosphoryle E1 et diminue activité de PDH
Quand la concentration en ATP diminue : activité kinase diminue et activité phosphatase augmente
Autre régulations : citrate synthase, isocitrate déshydrogénase, α-cé toglutarate dé shydrogé nase
QCM n°2
A.
B.
C.
D.
E.
CETTE FOIS TU NE RÉUSSIRAS PAS
À ME SURPASSER !!
La 1ère réaction du cycle de Krebs catalysée par la citrate synthase est
irréversible.
La décarboxylation oxydative de l'isocitrate est une étape d'oxydoréduction
se produisant en 2 temps.
Le succinyl CoA possède une liaison phosphorique riche en énergie.
La succinyl-CoA synthétase catalyse l'unique étape du cycle de Krebs
produisant directement une liaison phosphate riche en énergie.
Le GTP et l'ATP sont très différents d'un point de vue énergétique.
Correction QCM n°2
BIEN JOUÉ !!!
A. Vrai. Rappel : Il y a 3 réactions irréversibles dans le cycle de Krebs :
AcétylCoa → citrate
Isocitrate → α-cétoglutarate
α-cétoglutarate → succinylCoA
B. Vrai. Déshydrogénation de l'isocitrate puis décarboxylation de
l'oxalosuccinate.
C. Faux. Le succinyl CoA possède une liaison thioester riche en énergie.
D. Vrai. A savoir : Succinyl thiokinase = succinyl CoA synthétase
E. Faux. Ils sont équivalents d'un point de vue énergétique car ils ont le même
groupement triphosphate et une structure chimique semblable
La chaîne respiratoire
Résumé de la chaine respiratoire en une photo
Cette partie est très intéressante !
En résumé, c’est quoi ?
L’é nergie disponible provenant du catabolisme des glucides, des AG et de diverses matiè res alimentaires est stocké e par le NADH ou
le FADH2 sous forme d’é lectrons à haute é nergie qui sont pris au substrat au cours des é tapes de l’oxydation. Ces é lectrons porté s
par le NADH et le FADH2 sont ensuite combiné s à l’oxygè ne molé culaire par l’entremise de la chaine respiratoire.
La grande quantité d’é nergie libé ré e est ré cupé ré e pour permettre la conversion ADP + Pi → ATP
❏
❏
Le potentiel Zn++/Zn est de -0,76 V : les é vont de l’électrode de zinc vers l’électrode d’hydrogène
Le potentiel Ag+/Ag est de +0,80 V : les é vont de l’électrode d’hydrogène vers l’électrode d’argent
On peut généraliser ces résultats pour un couple Red/Ox donné
❖
Si son potentiel est négatif, ce couple est donneur d'électrons à l'électrode d'H
→ (ex : pile Zn/H)
❖
Si son potentiel est positif, ce couple est receveur d'électrons de l'électrode d'H
→ (ex : pile Ag/Zn)
Expérimentalement : électrode de Zn/électrode d'Ag : les électrons vont aller du Zn vers l'Ag.
Synthèse d’ATP et transporteurs
La synthèse d’ATP peut être divisée en 2 étapes :
· Conversion électro-osmotique : le transfert des électrons dans des réactions exergoniques fournit de l’énergie dont
une partie est utilisée pour produire un gradient de protons, donc une différence de concentration en protons entre
matrice et EIM.
· Etape osmo-chimique au cours de laquelle le gradient de protons est dissipé et une partie de l’énergie libérée est
utilisée pour synthétiser de l’ATP à partir d’ADP + Pi.
TRANSPORTEURS D'HYDROGÈNES : Flavoprotéines (FMN -> FMNH2, FAD -> FADH2) et Ubiquinone (UQ <-> UQH2)
TRANSPORTEURS D’IONS HYDRURES : NAD (NAD+ + 2H+ + 2e- ⇔ NADH + H+)
TRANSPORTEURS D'ÉLECTRONS : Cytochromes et Protéines Fer/Soufre
Il faut connaître chaque détail pour les
transporteurs !!
Les différents complexes de la chaîne respiratoire
Complexe I : NADH déshydrogénase
NADH + H+ + UQ ⇔ NAD+ + UQH2
Complexe II : succinate déshydrogénase
Succinate → FAD → centres Fe/S
Complexe III : ubiquinone cytochrome C réductase
UQH2 → cytochrome B → UQ → Fe/S → cytochrome C1 → cytochrome
C
Il contient : cytochromes B, le cytochrome C1, une protéine Fe/S et au
moins 6 autres unités protéiques
❏
Complexe IV : cytochrome oxydase
Cytochrome C → cytochrome A → cytochrome A3 → oxygène
❏
Il contient : cytochromes A et A3 et 2 ions Cu++
Les électrons provenant du NADH
parcourent les 3 sites de pompage des
protons (I, III et IV)
Les électrons provenant du FADH2 du
complexe II ne passent que dans les 2
derniers sites
L’ATP synthase
A
L’ATP synthase comprend 2 composantes majeurs F1 et F0.
F
F1 est située sur la face interne de la membrane interne des mitochondries.
I
Il est composé de nombreuses sous-unités protéiques, et dont la formule peut s’écrire
α3 β3 δ γ ε. C’est ce complexe qui contient les sites catalytiques qui assurent la
synthèse de l'ATP.
F
F1 est associé à des protéines hydrophobes intrinsèques de la membrane,
appelées F0 et qui constitue le canal protonique qui permet le passage des protons à
travers la membrane suivant la force proton-motrice.
Force proton motrice qui va permettre de
“synthétiser” l’ATP !
Et cette énergie ?
Le rôle du gradient de protons n'est pas d’assurer la formation d'ATP mais sa libération (l’ATP) du site actif de l'enzyme.
La force proton motrice inclut des changements de conformation de F1 de l'ATP synthase qui modifient la liaison de l'ATP
et permettent sa libération dans le milieu.
Les sites catalytiques présents sur les 3 sous unités β de la composante F1 de l’ATP synthase à un instant t ne sont pas
dans une conformation équivalente. De plus, les sites catalytiques peuvent changer de conformation.
A l’instant t :
· Le 1er site est dans une conformation ouverte O qui présente une faible affinité pour les substrats
· Le 2ème site est dans une conformation L qui lie ces substrats mais n'inclut pas la catalyse
Le 3ème site est dans une conformation T qui catalyse la formation d'ATP et qui le lie très fortement
Rendements
Rendement :
·
Conditions standards : = 42% : rendement élevé
·
Conditions cellulaires : = 68% : rendement extrêmement important
Le couplage métabolique est donc très efficace pour permettre le stockage de la majeure partie de l’ATP
utilisable pour les cellules.
Certaines molécules sont capables de découpler les 2 phénomènes (oxydation et production d’ATP).
C’est terminé pour la partie cours !! Place au...
MON DERNIER QCM !!!!
A.
B.
C.
D.
E.
QCM n°3
L'ATP synthase contient deux composantes : F1 (porte l'activité catalytique)
et F0 (canal protonique).
L'ATP, liée de manière covalente à l'enzyme, est libérée par l'action
du
gradient de protons.
Il existe trois conformations différentes des sous unités β de l'ATP synthase :
O, L et T
Le rendement énergétique de la phosphorylation oxydative est très élevé en
conditions cellulaires.
L'énergie d'oxydation est systématiquement utilisée pour produire de l'ATP.
Correction QCM n°3
A. VRAI
B. FAUX : l‘ATP n‘est pas liée de manière covalente à l‘ATP synthase !!
C. VRAI
D. VRAI
E. FAUX : elle peut servir pour produire de la chaleur par thermogénie également
!
Bien joué !! Si vous avez des questions sur tout le NT, n’hésitez pas !
Et voilà, c’est terminé (pour cette partie)
Si vous avez des questions posez les maintenant !!! C’est le moment !!
Sinon, vous pouvez disposer… c’est la fin de ce Night Tutorat, mais ce n’est que le début de la
PACES !!!!!
Courage, Motivation, Travail !!!!!
Contact
Email : [email protected] - [email protected]
Forum du TAM : Epic Benji - Scofield
En vrai : Benjamin Khoumri