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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)
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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