- Organismes phototrophes et hétérotrophes

- Phototrophes : Organismes capables d’utiliser l’énergie lumineuse pour synthétiser leur matière organique, notamment les organismes chlorophylliens et certaines bactéries. Ils utilisent des accepteurs d’électrons tels que O2, H2 ou Na+ pour assister la synthèse [[2]]. - Hétérotrophes : Organismes qui utilisent les produits de leur alimentation pour obtenir leur énergie [[2]].

- Métabolisme : anabolisme et catabolisme

- Anabolisme : Ensemble des voies métaboliques de synthèse des biomolécules, nécessitant de l'énergie (souvent sous forme d'ATP). Exemples : synthèse des acides gras, synthèse du glycogène à partir de glucose via l'acétyl-CoA [[3]]. - Catabolisme : Ensemble des voies de dégradation des biomolécules, libérant de l'énergie. Exemples : β-oxydation des acides gras (hélice de Lynen), dégradation du glycogène en glucose [[3]].

- Lois de la thermodynamique appliquées aux réactions biochimiques

- Ces lois déterminent si une réaction est spontanée ou non. - Dans des conditions standard (concentrations des réactifs et produits à 1 M, température à 298 K), la constante d’équilibre Keq permet d’évaluer la direction et la spontanéité d’une réaction. - La variation d’enthalpie libre standard ΔG° (AG') est donnée par la formule : ΔG° = -RT ln(K_{eq}) où R est la constante des gaz parfaits (8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹) et T la température en kelvins (298 K). et où Keq = ( [C]_{eq} × [D]_{eq} ) ÷ ( [A]_{eq} × [B]_{eq} ) où A + B = C + D sont les réactifs et produits de la réaction, et les concentrations sont celles à l'équilibre dans des conditions standards (1 M). - Si ΔG° 0, la réaction est endergonique et nécessite un apport d'énergie pour se produire [[3]].

1. Fermentation lactique

- La fermentation lactique est un processus anaérobie où le pyruvate issu de la glycolyse est réduit en lactate. - Cette réaction permet la régénération du NAD+ à partir du NADH, indispensable pour que la glycolyse continue en absence d'oxygène. - La réaction globale catalysée par la lactate déshydrogénase (LDH) est : Pyruvate + NADH + H⁺ → Lactate + NAD⁺ - Cette réaction est exergonique avec un ΔG° ≈ -25 kJ/mol, ce qui signifie qu'elle libère de l'énergie. - Dans le foie, la LDH peut fonctionner en sens inverse pour reformer du pyruvate à partir du lactate. - L'importance de cette fermentation est notamment dans les muscles en conditions anaérobies, où elle permet la production d'ATP rapide. [[7]]

2. Fermentation alcoolique

- La fermentation alcoolique est également une voie anaérobie utilisée par certains organismes, notamment des levures. - Le pyruvate est décarboxylé en acétaldéhyde et CO₂ par la pyruvate décarboxylase. - L'acétaldéhyde est ensuite réduit en éthanol grâce à la NADH déshydrogénase (alcool déshydrogénase), permettant la régénération du NAD⁺. - Les réactions globales sont : Pyruvate → Acétaldéhyde + CO₂ Acétaldéhyde + NADH + H⁺ → Éthanol + NAD⁺ - L'éthanol peut être ensuite utilisé dans d'autres voies métaboliques, par exemple dans le foie où l'acétaldéhyde peut être oxydé en acétyl-CoA. - Cette fermentation est essentielle chez les microorganismes pour produire de l'énergie en absence d'oxygène et est également exploitée industriellement (ex : fermentation alcoolique dans la production de boissons alcoolisées). [[8]]

Bioénergétique eucaryote Flashcards by Avtapes LG

Définition de la bioénergétique

La bioénergétique est un concept qui porte sur l’utilisation de l’énergie libérée par la dégradation de biomolécules pour en synthétiser d’autres utilisables par la cellule. Cette discipline étudie les différentes formes d’énergie présentes dans la cellule et les mécanismes par lesquels l’énergie est transformée et exploitée pour assurer le fonctionnement cellulaire [[1]].

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Différentes formes d’énergie dans la cellule

La cellule utilise plusieurs formes d’énergie, dont:
a) Énergie musculaire : Lors de la contraction musculaire, l’hydrolyse de l’ATP permet le mouvement en fournissant l’énergie nécessaire aux interactions moléculaires [[1]], [[2]].
b) Énergie thermique : Chez les mammifères, notamment les nourrissons, la température corporelle est régulée par l’hypothalamus et des hormones thermogéniques. Le tissu adipeux brun riche en mitochondries contient une enzyme appelée UCP1 (thermogénine) qui dissipe l’énergie normalement utilisée pour produire de l’ATP sous forme de chaleur [[2]].
c) Énergie électrique : La propagation de l’influx nerveux utilise l’énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP pour actionner les pompes ioniques nécessaires au maintien du potentiel membranaire [[2]].

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Organismes phototrophes et hétérotrophes

Phototrophes : Organismes capables d’utiliser l’énergie lumineuse pour synthétiser leur matière organique, notamment les organismes chlorophylliens et certaines bactéries. Ils utilisent des accepteurs d’électrons tels que O2, H2 ou Na+ pour assister la synthèse [[2]].
- Hétérotrophes : Organismes qui utilisent les produits de leur alimentation pour obtenir leur énergie [[2]].

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Métabolisme : anabolisme et catabolisme

Anabolisme : Ensemble des voies métaboliques de synthèse des biomolécules, nécessitant de l’énergie (souvent sous forme d’ATP). Exemples : synthèse des acides gras, synthèse du glycogène à partir de glucose via l’acétyl-CoA [[3]].
- Catabolisme : Ensemble des voies de dégradation des biomolécules, libérant de l’énergie. Exemples : β-oxydation des acides gras (hélice de Lynen), dégradation du glycogène en glucose [[3]].

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Lois de la thermodynamique appliquées aux réactions biochimiques

Ces lois déterminent si une réaction est spontanée ou non.
- Dans des conditions standard (concentrations des réactifs et produits à 1 M, température à 298 K), la constante d’équilibre Keq permet d’évaluer la direction et la spontanéité d’une réaction.
- La variation d’enthalpie libre standard ΔG° (AG’) est donnée par la formule :
  ΔG° = -RT ln(K_{eq})
  où R est la constante des gaz parfaits (8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹) et T la température en kelvins (298 K).
  et où Keq = ( [C]{eq} × [D]{eq} ) ÷ ( [A]{eq} × [B]{eq} )
  où A + B = C + D sont les réactifs et produits de la réaction, et les concentrations sont celles à l’équilibre dans des conditions standards (1 M).
- Si ΔG° < 0, la réaction est exergonique et spontanée dans le sens étudié.
- Si ΔG° = 0, la réaction est à l’équilibre.
- Si ΔG° > 0, la réaction est endergonique et nécessite un apport d’énergie pour se produire [[3]].

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1. Structure chimique de l’ATP

L’ATP (Adénosine Triphosphate) est composée de l’adénine (une base azotée), du ribose (un sucre à 5 carbones), et de trois groupes phosphate liés entre eux.
Les liaisons entre les groupes phosphate sont des liaisons anhydrides à haute énergie. La rupture d’une liaison anhydride phosphorique libère une énergie libre standard (ΔG°’) d’environ -7,3 kcal/mol.
ATP peut être hydrolysé en ADP (Adénosine Diphosphate) ou AMP (Adénosine Monophosphate) en libérant de l’énergie utilisable par la cellule [[4]].

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a) Synthèse d’ATP à partir de molécules riches en énergie

Phosphorylation de l’ADP
ADP + H₃PO₄ → ATP
(ΔG°’ = +7,3 kcal/mol, réaction endergonique nécessitant un apport d’énergie)
Hydrolyse de l’ATP
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄
(ΔG°’ = -7,3 kcal/mol, réaction exergonique libérant de l’énergie)
Réaction catalysée par la myokinase (adenylate kinase) dans les muscles
2 ADP → ATP + AMP
(Permet de régénérer de l’ATP à partir d’ADP)
Synthèse d’ATP à partir de composés intermédiaires riches en énergie
- À partir du 1,3-diphosphoglycérate (1,3-DPG) :
  1,3-DPG + ADP → 3-phosphoglycérate (3PG) + ATP
  (ΔG°’ = -10 kcal/mol)
- À partir du phosphoénolpyruvate (PEP) :
  PEP + ADP → Pyruvate + ATP
  (ΔG°’ ≈ -15 kcal/mol)
À partir de liaisons thioester (exemple du succinyl-CoA dans le cycle de Krebs)
Succinyl-CoA + GDP + Pi → Succinate + CoA-SH + GTP
GTP + ADP → GDP + ATP (via nucléoside diphosphate kinase)
À partir de la phosphocréatine
Phosphocréatine + ADP → Créatine + ATP
(Réaction catalysée par la créatine phosphokinase (CPK), importante dans le stockage rapide d’énergie dans les muscles) [[4]], [[5]], [[6]].

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b) Synthèse d’ATP à partir de l’alimentation via la chaîne d’oxydoréduction

L’ATP est majoritairement synthétisé par phosphorylation oxydative dans la mitochondrie, où l’énergie libérée par l’oxydation des substrats (NADH, FADH₂) est utilisée pour créer un gradient de protons.
Ce gradient alimente l’ATP synthase, qui catalyse la synthèse d’ATP à partir d’ADP et Pi.
Les réactions d’oxydoréduction impliquent des couples redox comme NADH/NAD⁺, FADH₂/FAD, et O₂/H₂O, avec un transfert d’électrons à travers les complexes de la chaîne respiratoire [[6]].

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Fermentation lactique

La fermentation lactique est un processus anaérobie où le pyruvate issu de la glycolyse est réduit en lactate.
Cette réaction permet la régénération du NAD+ à partir du NADH, indispensable pour que la glycolyse continue en absence d’oxygène.
La réaction globale catalysée par la lactate déshydrogénase (LDH) est :Pyruvate + NADH + H⁺ → Lactate + NAD⁺
Cette réaction est exergonique avec un ΔG° ≈ -25 kJ/mol, ce qui signifie qu’elle libère de l’énergie.
Dans le foie, la LDH peut fonctionner en sens inverse pour reformer du pyruvate à partir du lactate.
L’importance de cette fermentation est notamment dans les muscles en conditions anaérobies, où elle permet la production d’ATP rapide. [[7]]

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Fermentation alcoolique

La fermentation alcoolique est également une voie anaérobie utilisée par certains organismes, notamment des levures.
Le pyruvate est décarboxylé en acétaldéhyde et CO₂ par la pyruvate décarboxylase.
L’acétaldéhyde est ensuite réduit en éthanol grâce à la NADH déshydrogénase (alcool déshydrogénase), permettant la régénération du NAD⁺.
Les réactions globales sont :Pyruvate → Acétaldéhyde + CO₂Acétaldéhyde + NADH + H⁺ → Éthanol + NAD⁺
L’éthanol peut être ensuite utilisé dans d’autres voies métaboliques, par exemple dans le foie où l’acétaldéhyde peut être oxydé en acétyl-CoA.
Cette fermentation est essentielle chez les microorganismes pour produire de l’énergie en absence d’oxygène et est également exploitée industriellement (ex : fermentation alcoolique dans la production de boissons alcoolisées). [[8]]

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1. Introduction et transport du pyruvate dans la mitochondrie

Le pyruvate, produit final de la glycolyse, doit être transporté dans la matrice mitochondriale via une translocase spécifique (pyruvate translocase) car la membrane interne est peu perméable.
Une fois dans la matrice, le pyruvate est converti en Acétyl-CoA par le complexe pyruvate déshydrogénase, une étape clé pour entrer dans le cycle de Krebs [[8]].
Pyruvate + NAD+ + CoA-SH → Acétyl-CoA +NADH + H+ + CO2

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a) Formation du citrate

L’Acétyl-CoA (2C) se combine avec l’oxaloacétate (4C) pour former le citrate (6C) grâce à l’enzyme citrate synthase (enzyme allostérique régulée par des effecteurs).
Réaction :
Acétyl-CoA + Oxaloacétate → Citrate + CoA-SH
(Cette réaction est exergonique et irréversible) [[8]], [[9]]

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b) Formation de l’isocitrate

Le citrate est converti en isocitrate via une réaction d’isomérisation catalysée par l’aconitase, qui passe par un intermédiaire appelé cis-aconitate.
Réaction :
Citrate ↔ Cis-aconitate ↔ Isocitrate [[9]]
En permanence dans la cellule:
- 90% de citrate
- 7% de cis aconitate
- 3% d’isocitrate
- permet de réguler le cycle

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c) Formation de l’α-cétoglutarate (α-KG)

L’isocitrate est oxydée puis décarboxylée en α-cétoglutarate par l’isocitrate déshydrogénase, avec réduction simultanée de NAD+ en NADH + H+, et libération d’un CO2.
Réaction :
Isocitrate + NAD+ → Oxalosuccinate + NADH + H+
Oxalosuccinate → α-cétoglutarate + CO2

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d) Formation du Succinyl-CoA

α-cétoglutarate déshydrogénase / décarboxylase: complexe de 3 enzymes
- décarboxylase : E1 (cofacteur TPP (= Thymine Pyro Phosphate)
- acyltransférase : E2 (dihydrolipoamide 5 succinyl transférase (cofacteurs : acide lipoïque +CoA-SH)

α-cétoglutarate + NAD+ + CoA-SH → Succinyl-CoA + CO2 + NADH + H+

Rq: apprendre les étapes intermédiaires

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e) Formation du succinate

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Le Succinyl-CoA est converti en succinate par la succinyl-CoA synthétase, couplée à la phosphorylation au niveau du substrat, générant GTP (ou ATP selon le tissu).
Réaction :
Succinyl-CoA + GDP + Pi → Succinate + CoA-SH + GTP [[10]]

f) Formation du fumarate

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Le succinate est oxydé en fumarate par la succinate déshydrogénase (complexe II de la chaîne respiratoire), avec réduction de FAD en FADH2.
Réaction :
Succinate + FAD → Fumarate + FADH2 [[10]], [[15]]

g) Formation du malate

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Le fumarate est hydraté en malate par la fumarase.
Réaction :
Fumarate + H2O → Malate [[10]]

h) Formation de l’oxaloacétate

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Le malate est oxydé en oxaloacétate par la malate déshydrogénase, avec réduction de NAD+ en NADH + H+.
Réaction :
Malate + NAD+ → Oxaloacétate + NADH + H+ [[10]]

3. Bilan énergétique et régulation du cycle

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Pour chaque tour du cycle de Krebs :
- 3 NAD+ sont réduits en 3 NADH + H+
- 1 FAD est réduit en FADH2
- 1 GTP (ou ATP) est produit directement
Le NADH et le FADH2 produits sont ensuite oxydés dans la chaîne respiratoire pour produire de l’ATP via phosphorylation oxydative [[11]].
Régulation du cycle
- Thermodynamique : certaines étapes sont irréversibles et régulées par la disponibilité des substrats et produits (ex : citrate synthase, isocitrate déshydrogénase).
- Régulation allostérique : ATP et citrate inhibent la citrate synthase. ADP active l’isocitrate déshydrogénase.
- Régulation par modifications post-traductionnelles : phosphorylation / déphosphorylation de certaines enzymes (ex : kinase/phosphatase régulant l’activité de l’α-cétoglutarate déshydrogénase) [[11]].

Effet Warburg détaillé

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Historique et observation
- Dans les années 1920-1930, Otto Warburg a observé que les cellules cancéreuses produisent une accumulation importante de lactate même en présence d’oxygène, phénomène appelé glycolyse aérobie ou effet Warburg [[12]].
- À l’époque, on pensait que cela résultait d’un dysfonctionnement des mitochondries et de la chaîne respiratoire. Aujourd’hui, on sait que ce choix métabolique est volontaire et favorise la prolifération cellulaire [[12]].
Mécanisme métabolique
- Les cellules cancéreuses privilégient la glycolyse pour produire de l’ATP rapidement, même si elle est moins efficace que la phosphorylation oxydative.
- Le pyruvate issu de la glycolyse est majoritairement converti en lactate par la lactate déshydrogénase (LDH), plutôt que d’entrer dans le cycle de Krebs [[7]], [[12]].
Conséquences du lactate
- L’accumulation de lactate réduit le taux de lymphocytes T, affaiblissant la réponse immunitaire contre les cellules tumorales.
- Le lactate favorise également l’activité des métalloprotéinases associées à la matrice extracellulaire, diminuant l’adhérence cellulaire et favorisant ainsi la prolifération et l’invasion tumorale [[13]].
Rôle du facteur HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor 1)
- HIF-1 est un facteur de transcription activé notamment en conditions hypoxiques mais aussi dans les cellules cancéreuses.
- Il agit sur plusieurs gènes clés :
- Augmente l’expression des transporteurs de glucose GLUT1 (dans les cellules sanguines, endothéliales, barrière hémato-encéphalique) et GLUT3 (neurones), favorisant une entrée accrue de glucose [[13]].
- Stimule l’expression des enzymes de la glycolyse (hexokinase, pyruvate kinase), augmentant ainsi la capacité glycolytique [[13]].
- Active les enzymes de la voie des pentoses phosphates (comme la glucose-6-phosphate déshydrogénase), qui produit NADPH nécessaire à la synthèse des lipides et à la protection contre le stress oxydatif [[13]].
- Inhibe la formation d’Acétyl-CoA en bloquant la pyruvate déshydrogénase, réduisant ainsi l’entrée du pyruvate dans le cycle de Krebs et la production mitochondriale d’ATP [[13]].
- Favorise l’excrétion du lactate via le symport lactate/proton, maintenant l’équilibre intracellulaire et extracellulaire en lactate [[13]].
Implications thérapeutiques et physiopathologiques
- L’effet Warburg contribue à la survie et la prolifération des cellules tumorales en adaptant leur métabolisme.
- La modulation de HIF-1 ou des enzymes clés de la glycolyse constitue une cible pour des thérapies anticancéreuses visant à perturber ce métabolisme préférentiel [[13]].

les dysfonctionnements et la cancérisation concernant la succinate déshydrogénase (SDH) et la fumarase

Study These Flashcards

La partie sur les dysfonctionnements et la cancérisation concernant la succinate déshydrogénase (SDH) et la fumarase met en lumière leur rôle dans le métabolisme mitochondrial et comment leurs mutations peuvent contribuer au cancer.

Succinate déshydrogénase (SDH) :
- La SDH est la seule enzyme du cycle de Krebs qui est une protéine membranaire, associée au complexe II de la chaîne respiratoire.
- Elle est constituée de 4 sous-unités. La sous-unité SDHA possède l’activité catalytique.
- Les sous-unités SDHB, SDHC, et SDHD ont des rôles structuraux et d’interaction avec les coenzymes Q.
- Des mutations au niveau du gène codant pour SDH, en particulier SDHB, ont été identifiées.
- Ces mutations entraînent un phénotype hyperméthylateur, c’est-à-dire une surexpression de la méthylation de l’ADN ce qui empêche l’expression des gènes suppresseurs de tumeurs, favorisant ainsi la cancérisation [[15]].
Fumarase :
- La fumarase est une autre enzyme clé du cycle de Krebs.
- Des mutations dans le gène de la fumarase conduisent à l’accumulation de fumarate dans la mitochondrie.
- Lorsque le fumarate s’accumule dans la mitochondrie, il est relargué dans le cytoplasme
- Lorsque le fumarate s’accumule dans le cytoplasme, il agit comme un inhibiteur compétitif de l’enzyme HIF-prolyl-hydroxylase.
- Cette enzyme hydroxyle normalement le facteur HIF1 (Hypoxia Inducible Factor 1), ce qui conduit à sa dégradation.
- L’inhibition de HIF-prolyl-hydroxylase par le fumarate stabilise donc HIF1, activant ainsi l’effet Warburg.

Ainsi, les mutations de SDH et de fumarase perturbent le métabolisme mitochondrial normal, favorisant un environnement propice à la prolifération tumorale via des mécanismes épigénétiques et métaboliques liés à l’activation de HIF1 et à l’effet Warburg [[14]], [[15]].

Structure des membranes mitochondriales

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Membrane externe
- Épaisseur similaire à la membrane plasmique (~7 nm)
- Composition : environ 50 % protéines et 50 % lipides
- Très riche en porines (canaux de 2-3 nm) permettant la diffusion simple de petites molécules (<10 kDa)
- Perméable aux ions et petites molécules, donc peu restrictive
- Espace intermembranaire entre membrane externe et interne [[16]]
Membrane interne
- Plus mince (5-6 nm) mais fortement repliée (crêtes mitochondriales) augmentant la surface
- Composition : environ 80 % protéines et 20 % lipides
- Très riche en cardiolipine, un phospholipide spécifique assurant une forte imperméabilité aux protons (H⁺)
- Cette imperméabilité est essentielle pour la création d’un gradient de protons entre la matrice mitochondriale et l’espace intermembranaire
- Membrane rigide, peu fluide
- Séparation stricte entre les deux membranes, nécessitant des agents spécifiques (ex : digitonine) pour les isoler [[16]]

Complexe I chaîne respiratoire

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NADH / Coenzyme Q oxydoréductase
Réaction :
NADH + H⁺ + CoQ → NAD⁺ + CoQH₂
- Transfert d’électrons du NADH à la coenzyme Q (ubiquinone) via FMN et centres fer-soufre (Fe-S)
- Pompant 4 protons (H⁺) de la matrice vers l’espace intermembranaire
- FMN (Flavine mononucléotide) et centres Fe-S servent d’intermédiaires dans le transfert électronique [[17]], [[18]]

Complexe II

- Succinate / CoQ Oxydoréductase - Réaction : FADH₂ + CoQ → FAD + CoQH₂ - Transfert d’électrons du FADH₂ (via les centres fer-soufre (Fe-S) à la coenzyme Q (pas de FMN dans le complexe II) - Ne pompe pas de protons - Contient des centres Fe-S et est lié à la membrane interne - Complexe unique car participe aussi au cycle de Krebs [[17]], [[19]]

Complexe III

- Coenzyme Q / Cytochrome c oxydoréductase - Réaction : CoQH₂ + 2 Cyt c (ox) → CoQ + 2 Cyt c (red) + 2 H⁺ (pompés) CoQH₂ + 2 H+ (matrice) −> CoQH₂ + 2 H+ (intermb) - Transfert d’électrons de la coenzyme Q réduite au cytochrome c - Pompe 4 protons vers l’espace intermembranaire - Contient des cytochromes b (bl et bh), c1 et C

complexe IV

- cytochrome oxydase Réaction: - Feb2+ + Cub+ + O2 −> Feb-O-O-Cub - Feb-O-O-Cub + 2 Cyt c (red) + 2 H+ −> Feb-OH + Cu-OH - Feb-OH + Cu-OH + 2 H+ −> Feb3+ + Cu2+ + 2H2O - Pas de formation d'espèces radicalaires en temps normal => En cas de cancérisation, possibilité de former un anion superoxyde ce qui cause le stress oxydatif qui peut être observé

Génération d'ATP

ΔE'(V) des couples : (nécessité d'un Δ >= 0.16 V pour générer 1 ATP) - NADHH+ ∕NAD+ = -0.315 V - CoQ/CoQH2 = +0.049 V => 1er site de couplage pour générer l'ATP - Cyt b (ox)/cyt b (red) = +0.06 V - Cyt c1 (ox)/cyt c1 (red) = +0.22V - Cyt C (ox)/cyt C (red) = +0.24 V => 2e site de couplage pour générer l'ATP - Cyt C (ox)/cyt C (red) = +0.24 V - Cyt aa3 (ox)/cyt aa3 (red) = +0.383 V - O2/H2O = +0.815 V => 3e site de couplage pour générer l'ATP - FADH2/FAD = +0.031 V - CoQ/CoQH2 = +0.049 V => Δ pas assez important pour générer l'ATP

Bilan chaîne respiratoire

- oxydation de NADH,H+ −> 3ATP - oxydation de FADH2 −> 2 ATP + déplacement de 10-12 H+ vers l'espace intermembranaire depuis la matrice => création d'un gradient de H+ => synthèse d'ATP via l'ATP synthase

Agents découplants de la chaîne respiratoire

- inhibiteurs d'un des complexes et donc de la chaîne respiratoire, ce qui est rapidement mortel - **Inhibiteur du Complexe I : Roténone** - Empêche la réoxydation de NADH en NAD⁺ - Bloque le transfert d’électrons à la coenzyme Q - Résultat : inhibition de la chaîne respiratoire, arrêt de la production d’ATP [[21]] - **Inhibiteur du Complexe II : Malonate** - Inhibiteur compétitif du succinate - Bloque la succinate déshydrogénase, empêchant la formation de fumarate et la réduction de FAD en FADH₂ [[21]] - **Inhibiteur du Complexe III : Antimycine A** - Empêche le transfert d’électrons des quinones aux cytochromes b - Interrompt la chaîne respiratoire en aval du complexe II [[21]] - **Inhibiteur du Complexe IV : Cyanure (ions CN⁻)** - Se lie au centre hémique de la cytochrome oxydase - Empêche la réduction de l’oxygène en eau - Stoppe la chaîne respiratoire, provoquant hypoxie cellulaire [[22]]

4. Dysfonctionnements physiologiques de la chaîne respiratoire

- **Intoxication au monoxyde de carbone (CO)** - Le CO se fixe à l’hémoglobine avec une affinité beaucoup plus élevée que l’oxygène - Formation de carboxyhémoglobine, réduisant le transport d’oxygène - CO inhibe également la cytochrome oxydase (complexe IV), bloquant la chaîne respiratoire - Résultat : hypoxie cellulaire, dommages tissulaires, et potentiellement la mort [[22]] - **Production de radicaux libres (espèces réactives de l’oxygène - ROS)** - Sous certaines conditions, la chaîne respiratoire génère des radicaux comme l’anion superoxyde (O₂⁻·) - Ces ROS peuvent oxyder des protéines, lipides et l’ADN, causant des dommages cellulaires - Par exemple, oxydation des LDL conduisant à la formation de plaques d’athérome et infarctus - Les radicaux sont normalement éliminés dans les peroxysomes [[23]]

**1. Généralités et théorie chimio-osmotique (Peter Mitchell)**

- La phosphorylation oxydative a lieu au niveau de la membrane interne mitochondriale. - Les complexes I, III et IV de la chaîne respiratoire expulsent des protons (H⁺) de la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaire, créant un gradient électrochimique de protons (force proton-motrice). - Selon la théorie chimio-osmotique de Peter Mitchell (Nobel 1978), l’ATP synthase utilise ce gradient de protons pour synthétiser l’ATP. - Expérience : mitochondries isolées dont on a inversé les mb incubées dans un milieu acidifié (HCl) montrent que le gradient de protons peut inverser la synthèse d’ATP en hydrolysant l’ATP en ADP + Pi, prouvant que le gradient contrôle bien l’activité de l’ATP synthase [[24]].

**2. Structure de l’ATP synthase**

L’ATP synthase est composée d’un stator et d’un rotor Stator : α3β3 sous-unité a assure la translocation des H+ 2 sous-unités b et 1 sous-unité δ qui immobilisent α3β3 Rotor : 9-12 sous-unités c γ et ε = axe rotatif du complexe

Fonctionnement de l'ATP synthase

Quand γ a un mouvement de rotation, β1 passe à l'état β2, β2 à β3 et β3 à β1 - β1: forme O(open) - conformation "ouverte" : ATP relâché ; ADP et Pi viennent se fixer - β2 : forme L (loose) - conformation "relâchée" : emprisonnement des substrats - β3 : forme T (tight) - conformation "serrée": activité catalytique

**4. Fonctionnement de la pompe à protons dans ATP synthase**

- La protéine A dans Fo contient des acides aminés hydrophobes et des résidus d’acide aspartique (Asp-COOH) qui peuvent être protonés/déprotonés. - systèmes de tobbogans inversés sur la protéine A - Le passage des protons (H⁺) par Fo entraîne la rotation du rotor c, couplée au mécanisme de synthèse d’ATP dans F1 [[26]].

Agents découplants et régulation de l'ATP synthase

- Certains composés peuvent dissocier la chaîne respiratoire de la synthèse d’ATP, provoquant une "découplage" : a) **Oligomycine** : inhibe la protonation des résidus d’aspartate dans la sous-unité c, bloquant la rotation du rotor et donc la synthèse d’ATP. b) **Ions arsenic** : forment un ADP-arsénate instable qui libère rapidement l’AMP, épuisant l’ATP synthase sans produire d’ATP, ce qui génère de la chaleur inutilement. c) **Thermogénine (UCP1)** : présente dans le tissu adipeux brun des nourrissons, c’est une protéine membranaire qui forme un canal à protons indépendant de l’ATP synthase. Elle permet le retour des protons dans la matrice mitochondriale sans synthèse d’ATP, dissipant l’énergie sous forme de chaleur pour la thermorégulation [[26]], [[27]].

Bioénergétique eucaryote Flashcards

(36 cards)