Cours 8 Flashcards
(90 cards)
1
Q
Qu’est-ce que l’énergie potentielle chimique?
A
énergie stockée dans les liaisons assemblant les atomes en molécules
L’énergie potentielle chimique présente dans les macromolécules peut être comparée avec l’énergie potentielle mécanique qui peut être transformée en énergie cinétique. Dans les deux cas une partie de l’énergie potentielle est utilisée pour faire un travail: on parle de l’énergie libre, dans le sens qu’elle est disponible pour son utilisation.
2
Q
Que se passe-t’il durant le catabolisme?
A
Pendant le catabolisme l’énergie entreposée dans les liaisons chimiques de molécules est convertie dans une forme d’énergie utilisable pour les réactions anaboliques et d’autres fonctions qui ont besoin d’énergie. Les molécules complexes sont aussi converties en des éléments de base utilisés pour l’anabolisme.
3
Q
Qu’est-ce que la 2e loi de la thermodynamique?
A
Les lois de la thermodynamique sont importantes pour comprendre le métabolisme. La 2e loi déclare que lors que l’énergie est transférée il y aura mois d’énergie disponible a la fin du processus de transfert qu’au début
4
Q
Comparez une réaction endergonique d’une réaction exergonique
A
Réaction endergonique : ΔG>0 (positive), réactifs ont moins d’énergie que les produits, besoin d’énergie pour se produite, l’énergie libre augmente dans les réactifs
Réaction exergonique : ΔG<0 (négative), Produit de l’énergie, réactifs ont plus d’énergie que les produits, l’énergie libre diminue dans les produits (libéré)
5
Q
Toutes les réactions in vivo s’effectuent avec…
A
une diminution nette d’énergie libre. Il y a toujours des pertes dans le système
6
Q
Quel est le rôle des enzymes dans les réactions endergoniques et exergoniques?
A
Elles accélèrent la réaction, mais ne change pas l’énergie libre des produits et des réactifs
7
Q
Quelles réactions chimiques sont les plus favorables?
A
À chaque réaction chimique correspond une variation de l’énergie libre: positive ou négative
La 2e loi nous indique que les réactions avec un DG positif (endergonique) ne sont pas favorables. Par contre beaucoup de réactions anaboliques ont un DG positif. On peut utiliser les réactions DG neg (exergonique) pour aider les réactions DG pos (DG est une propriété du système).
En biologie, une réaction avec DG neg est utilisée de façon générale pour aider toutes les réactions avec DG pos: l’hydrolyse de l’ATP.
8
Q
Comment peut-on coupler des réactions favorable avec des réactions défavorables?
A
Grâce à l’hydrolyse de l’ATP, qui apporte 30kJ/mol d’énergie libre. C’est une réaction exergonique utilisée par les cellules pour donner l’énergie libre aux réactions endergoniques
9
Q
Quelles sont les concentration en équilibre de l’ATP, ADP et AMP?
A
ATP= 10 mM (très élevée et stable) ADP= 1mM AMP= 1mM
10
Q
Comment l’ATP est riche en énergie libre?
A
La molécule d’ATP est riche en énergie grâce aux liaisons phosphoanhydride entre les groupes phosphate et le ribose. Les groupes phosphates chargés négativement sont nommés a, bêta et gamma. L’hydrolyse du phosphate gamma, le plus éloigné du sucre, libère 30kj/mol.
11
Q
Quelles est l’équation de Gibbs?
A
DG = DGo + RT In [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b
Les crochets indiquent les concentrations molaires de chacune des substances
DG: variation d’énergie libre
DGo: variation d’énergie libre standard (25oC, 1 atm, 1M chaque réactif et produit, pH 7) R= 8,3145 J K-1mol-1
T= température en degrés Kelvin (298 K)
a, b, c, d: coefficient stœchiométriques
L’équation de Gibbs nous donne la vraie valeur de DG à partir de valeur DGo mesurés dans des conditions standard
Si la concentration d’ATP diminue, la valeur réelle de DG diminue aussi et quelques réactions ne pourront pas utiliser l’hydrolyse de l’ATP pour obtenir de l’énergie
L’équation de Gibbs nous indique aussi qu’une réaction avec une DGo positive peut devenir favorable si les réactants sont très concentrés par rapport aux produits de la réaction.
12
Q
De quoi dépend la spontanéité d’une réaction?
A
La spontanéité d’une réaction dépend des concentrations réelles des réactifs (une réaction avec DGo positive peut se produire in vivo en fonction des concentrations des réactifs)
Spontanéité thermodynamique ne signifie pas que la réaction est rapide. La vitesse d’une réaction en biochimie est contrôlée par les catalyseurs biologiques: les enzymes.
13
Q
Qu’est ce que la charge énergétique?
A
Une équation qui mette en relation les concentrations d’ATP, ADP et AMP. On peut imaginer la CE comme une batterie rechargeable.
Concept descriptif qui décrit la charge énergétique de la cellule. Normalement : [ATP] + 0.5 [ADP]/[ATP] + [ADP] +[AMP] >0.8
Le ratio reste stable par rétroaction et il important pour garder la même variation d’énergie en gardant la même concentration
Tout comme le pH, la charge d’énergie est tamponnée dans une cellule. Lorsque le corps effectue l’entraînement intense, la valeur de la charge énergétique est de près de 0,7, tandis que dans une cellule normale (dans un état normal), elle est de 0,9. Quand la CE est faible les réactions qu’utilise l’ATP diminuent et les réactions de forment l’ATP augmente. L’opposé arrive quand la CE est élevée.
14
Q
La véritable variation d’énergie libre d’une réaction :
a) dépend des concentrations initiales des réactants et produits.
b) est indépendante de la concentration des réactants et produits.
A
a) dépend des concentrations initiales des réactants et produits.
15
Q
L’énergie libre pour qu’une réaction avec DG positif arrive provient:
a) d’une autre réaction avec variation DG négatif.
b) de l’enzyme qui catalyse la réaction.
A
a) d’une autre réaction avec variation DG négatif.
16
Q
En général, les réactions anaboliques ont un DG:
a) +
b) -
c) = 0
A
a) +
17
Q
D’où provient l’énergie?
A
- L’oxydation de combustibles métaboliques (glucose, acides gras, aa) produit des cofacteurs réduits: NADH, FADH2
- Le transfert d’e- du NADH/FADH2 sur l’O2 (accepteur final des électrons) est une réaction exergonique et l’énergie libre libérée est récoltée pour synthétiser de l’ATP grâce à ATP synthétase
- L’énergie libre est convertie sous la forme d’un gradient transmembranaire de protons qui est ensuite utilisé pour promouvoir la synthèse d’ATP
18
Q
Qu’est-ce qu’une réduction et une oxydation?
A
Oxydation : perte d’électron
Réduction : gagne des électrons
Oxydant + n(é) –>Réducteur
Réducteur –> Oxydant + n(é)
Le processus d’obtention de l’énergie potentielle chimique implique des réactions d’oxydation réduction
19
Q
Comment les électrons peuvent se déplacer?
A
Les électrons sont transférés par paires en tant qu’atomes H
FAD: accepte 2H (2 protons et 2 électrons)
NAD: accepte un ion H- (hydrure, un proton avec 2 e-)
20
Q
Qu’est-ce que le potentiel rédox?
A
- Potentiel redox: indique la tendance qu’a une substance à être réduite (donc à accepter des électrons). Tendance qu’une substance à accepter un électron
- Eo’: plus la valeur d’ Eo’ est grande et plus il y a de chances pour que la forme oxydée du substrat accepte des e- pour être réduite.
- Notons qu’Eo’ indique une valeur dans des conditions standard d’1 atm, 25oC, pH 7,0 et toutes les espèces à la conc. 1M
21
Q
Quels sont les meilleurs oxydant et réducteurs ?
A
Oxydant : O2 (Eo positif)
Réducteur : Fe2+ (Eo négatif)
22
Q
La combustion est une réaction…
A
d’oxydation
23
Q
Le lactate et le NADH sont des…
A
Réducteurs puissant, particulièrement le NADH
24
Q
Quel est l’équation de Nernst?
A
E = Eo + RT/nF In [ox]^a/[Red]^b
E= Potentiel rédox réel
Eo= Potentiel rédox standard (25oC, 1 atm, 1M chaque réactif et produit, pH 7) R= constante des gaz parfaits (8,3145 J K-1 mol-1)
T= température en degrés Kelvin
n= nombre d’e- transférés
F= constante de Faraday (96,485 J V-1 mol-1)
En kcal F (23,062 kcal V-1 mol-1)
En biologie, les concentrations des espèces oxydées et réduites sont similaires, de sorte que le terme logarithmique est petit et donc qu’E est proche d’Eo.
Notons que E dépende de la concentration, alors des substances avec faible E. peuvent accepter des électrons dans des conditions ou la forme oxydée est très abondante. Par contre, dans les cellules, ça n’arrive pas très souvent.
25
Comment les électrons se déplacent-ils dans une réaction RÉDOX?
Les électrons vont spontanément de la substance au potentiel REDOX le plus faible (Eo plus faible) vers la substance au potentiel redox le plus fort (Eo plus fort). Quand le potentiel REDOX est faible, les électrons ont plus d’énergie. Le transfert des électrons est favorable dans la direction où ils perdent de l’énergie (2e loi de la thermodynamique).
Les électrons passent donc de NADH (plus d'énergie) à la formation d'H2O (moins d'énergie)
26
Quel est l'équation pour calculer la variation d'énergie libre à partir de la variation du potentiel rédox?
DGo' = -n F DE'o
n = nombre d'électrons transférés
F = l'équivalent calorique du faraday
DE'o = exprimé en volt
DE'o positif correspond à une réaction exergonique (DGo' négatif et spontanée)
Plus la différence entre les valeurs de Eo est grande, plus la tendance d’e- à passer d’une substance à l’autre, et plus la variation d’énergie libre est grande
La relation est inverse entre variation d'énergie libre et variation de potentiel rédox
27
Quelles sont les étapes d'oxydation du NADH ?
Le NADH est la molécule qui collecte les électrons présents dans les molécules de glucose et acide gras.
1/2 O2 + 2H+ + 2é --> H2O (DE'o = +0,82 V)
NAD+ + H+ + 2é --> NADH (DE'o = -0,32 V)
Donc,
1/2 O2 + H+ + NADH --> H2O + NADH+ (DE'o = 1,14 V)
DG'o = -52,6 kcal/mole = -220 kJ/mole
Cette réaction ne se fait pas en une seule étape et a besoin de l'hydrolyse de l'ATP
Pour fabriquer de l’ATP ça nous prendre 30 kj/mol. C’est du gaspillage si nous utilisons l’oxydation directe du NADH comme source d’énergie.
28
Comment évitons nous le gaspillage d'énergie?
L’évolution a trouvé une solution pour éviter le gaspillage et la génération d’un excès dangereux d’énergie. Les électrons du NADH ne vont pas directement vers l’oxygène, ils passent par des complexes respiratoires qui se trouvent dans les mitochondries ou la membrane des bactéries. Le transfert se fait en étapes et à chaque étape une partie de l’énergie des électrons est mise en réserve
Transfert des électrons en étape, pas directement, grâce aux complexes respiratoires
Dans les mitochondries chez les eucaryotes et les membranes plasmiques chez les procaryotes.
Évite le gaspillage et la combustion en perdant de l'énergie massivement d'un coup
29
Vrai ou faux?
Dans une réaction chimique, si une molécule ou un atome est oxydé, un autre doit être réduit.
Vrai
30
D’après l’équation DG0=-nF DE0
a) Une variation du potentiel redox négatif indique une réaction spontanée
b) Une variation du potentiel redox positif indique une réaction spontanée
b) Une variation du potentiel redox positif indique une réaction spontanée
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Quel énoncé est le plus approprié pour décrire la fonction du NAD +?
a) NAD + est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH
b) NAD + est un agent réducteur qui donne des électrons et des protons aux molécules organiques
c) NAD+ est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH2
d) NAD + est un agent réducteur qui donne des électrons et des protons aux molécules inorganiques
a) NAD + est un agent oxydant qui accepte des électrons de molécules organiques pour être réduit en NADH
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Quelle est la structure de la mitochondrie ?
-Membrane externe perméable aux petites molécules et aux ions
-Membrane interne permettant la phosphorylation oxydation et est imperméable aux ions et molécules non chargées --> Transporteurs d'ADP, acides gras à longues chaînes. Très perméable pour permettre un gradient de protons
-Matrice composé de Krebs, oxydation des acides gras
-Porine sur membrane externe
-La composition ionique de l’espace intermembranaire est équivalente à celle du cytosol (porines).
La condition la plus importante pour comprendre comment l’énergie des électrons est entreposée c’est l’existence d’une membrane imperméable aux ions. La membrane interne de la mitochondrie et la membrane plasmique de bactéries ont cette propriété. Les mitochondries ont aussi une membrane externe avec de gros pores qui permettent la diffusion de toute molécule jusqu’à 10kDa.
33
Par quoi sont générés le NADH et le FADH2. ? D'où viennent-ils ?
La plupart du NADH et du FADH2 dans la matrice mitochondriale est générée par le TCA (cycle de l'acide tricarboxylique, également appelé cycle de Krebs ou cycle du citrate) et la bêta-oxydation
Les mitochondries ne sont pas capable de transporter NADH dans son cytoplasme. La plupart des réducteurs (FADH2, NADH) viennent alors de la matrice mitochondriale
Les coenzymes réduit NADH et FADH2 constituent les sources des électrons pour la CTE. Dans les mitochondries, le cycle de Krebs et la Beta Ox, donnent la plupart de NADH et FADH2 pour la CTE. Par contre pendant la glycolyse il y a aussi la génération du NADH cytosolique. Comment ce NADH est-il oxydé? Il n’y a pas de transport direct du NADH du cytosol vers les mitochondries. Les équivalents H2 (réducteurs cytosolique) sont transportés par deux navettes.
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Quelles sont les navettes de transport des équivalent H2 dans les mitochondries?
La navette glycérol phosphate
La navette malate/aspartate
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Expliquez le fonctionnement de la navette glycérol phosphate
La navette glycérol-phosphate transfert les électrons de NADH a la Coenzyme Q, un élément de la CTE. Deux isoformes de l’enzyme GPD participent dans cette navette. La GPDc et la GPDm.
Dans le cytosol le NADH est converti en NAD+ par la GPDc qui va aussi transformer la DHAP en GP (glycérol phosphate). Le GP (celui qui a les électrons maintenant) rentre dans l’espace intermembranaire. Les 2e- sont transférés à la coenzyme FAD de la GPDm pour former le FADH2.
Le GP est donc reconverti en DHAP et les deux e- seront donnés au CoQ. Le DHAP sort de l’espace inter membranaire pour recommencer le cycle.
Fait 1.5 ATP
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Expliquez le fonctionnement de la navette malate / aspartate
La navette malate-aspartate est un peu plus compliquée (6 étapes). Dans le cytosol l’enzyme MDH1c oxyde le NADH en même temps qu’elle va convertir l’OAA (oxaloacétate) en malate. Le malate rentre dans la mitochondrie (celui qui porte les e-). Et la MDH2m va catalyser la réaction inverse et reconvertir le malate en OAA comme vous avez déjà vu dans le cycle de Krebs. Dans cette réaction les électrons passent au NAD pour former le NADH.
Les restes de réactions nous permettent de comprendre comment on régénère l’ OAA dans le cytosol. OAA ne peut pas sortir de la mitochondrie alors qu’il est d’abord converti en aspartate et celui qui sort de la mitochondrie. C'est une réaction de transamination. Au cytosol l’aspartate est reconverti en OAA par la même réaction.
Oxaloacétate à malate donne électron au malate par déshydrogénase intermembranaire. Malate entrer et désshydrogénase dans la mitochondrie refait l'oxaloacétate et NADH. Oxaloacétate devient aspartate pour sortir par aminotransférase. Plus d'ATP produit que la navette glycérol phosphate
Fait 2.5 ATP
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Expliquez la chaîne respiratoire
5 complexes :
Complexe I : NADH - ubiquinone réductase
Complexe II : succinate - ubiquinone réductase
Q : Coenzyme Q = Ubiquinone
Complexe III. : Ubiquinol - cytochrome c réductase
Complexe IV : Cytochrome c oxydase
Complexe V : ATPase / ATP synthase
Regardons en vue générale de la chaine de transport des électrons qui permettre aux cellules vivantes d’obtenir de l’énergie. Les e- de haute énergie arrivent en forme de NADH et FADH2. Le NADH est oxydé au complexe I. Le transport de 2e- à travers ce complexe génère l’énergie nécessaire pour pomper 4 protons. Les e- vont finalement être transférés au CoQ.
Le complexe 2 fait partie des enzymes qui acceptent des électrons via leur coenzyme FAD. Donc le CoQ est réduit par des électrons du complexe I ou Le FADH2 des multiples enzymes comme le complexe II. Le CoQ, soluble et libre dans la membrane interne transport les e- vers le complexe III. L’énergie de ses électrons (2) est utilisée dans ce complexe pour pomper 4 protons.
Les électrons du complexe III sont transférés à un autre transporteur soluble, le cytochrome c, qui les amène au complexe IV. Au complexe 4, l’énergie de 2e permettre le pompage de 2 protons. L’accepteur final des électrons est l’oxygène. Finalement, le gradient des protons crée par le transport des électrons et la source d’énergie pour faire de l’ATP au complexe V.
Chaque NADH transfert 10 électrons pour 10 protons
Les protons serviront à la formation d'ATP
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Qu'est-ce que chaque complexe possèdent structurellement parlant?
dans chaque complexe il y a de transporteurs des électrons, de protéines avec FMN, des protéines avec centre Fer-souffre, les cytochromes qui portent le groupement hème et des protéines avec cuivre
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Expliquez le fonctionnement du complexe 1
Lors du transfert des électrons de NADH à l’ubiquinone, le Complexe I transfère quatre protons de la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaire
Le complexe I reçoit les électrons du NADH et les transporte vers le CoQ (l’ubiquinone). Les protéines du complexe I ont des cofacteurs pour transporter les e- : le FMN et les centres Fer-soufre. Les e- avec haute énergie du NADH vont d’abord au FMN et ensuite sont transportés à travers une série de centres Fer-soufre pour finir à l’ubiquinone.
Le NADH donne 2e- et le centres F-S peuvent seulement accepter un électron. Le FMN et l’ubiquinone possèdent une structure capable de former un stade intermédiaire ou semiquinone avec un seul électron. Le NADH donne ses 2e- au FMN qui transmettre un au centre F-S, attend que celui-ci le transmette au prochain centre F-S et ensuit donne son deuxième e-. Pareille, la ubiquinone accepte un e- du dernier centre F-S pour former une semiquionoe et attendre pour en deuxième e-.
Les électrons arrivent et sortent en pair, mais ils ont transporté individuellement. L’énergie chimique des électrons est d’abord transformée en énergie mécanique pour changer la conformation de portes a protons dans la partie membranaire du complexe I. 4 protons sont pompés à travers la membrane parce qu’il y a quatre portes a protons dans le complexe I.
FMN - ajout d'un H+ et H- - FMNH2 - départ d'un H+ et é - FMNH* - départ d'un H+ et é - FMN
Q (ubiquinone) - ajout d'un é - Q*- (semiquinone) - ajout d'un é et de 2H+ - QH2 (ubiquinol)
FMN prend 2 à la fois pour donner 1 à la fois. contraire pour CoQ
Le transfert d'électron change la conformation de la protéine
40
Quel est l'ordre de centres REDOx du complexe 1? Quel est la distance entre les donneurs et accepteurs?
1- FMN: 2e-
2- Centres Fer-Soufre: 1e-
3- La coenzyme Q: 2e-
La distance requise pour transmettre des e- est d’environ 14A. Les électrons sautent d'une molécule à l'autre (proximité)
41
Quel est la structure de la FMN (flavine mononucléotide)?
La FMN est un dérivé du FAD (juste d'un seul nucléotide) ce qui explique qu'il soit capable de lier 2 électrons. Ces électrons s'accrochent aux groupement amine sur ses cycles.
42
Quel est la structure des centres fer-soufre ?
Ils sont composés de soit 4 soufre 1 fer, 6 soufre 2 fer ou 8 soufre 4 fer. Les groupes fer-soufre sont des transporteurs d'un seul électron. Les atomes de fer cillent entre Fe2+ (ferrique, réduit) et Fe3+ (ferreux, oxydé). Les atomes de fer coordinent avec la cystéine. Les centres fer-soufre sont des micro chemins pour électrons
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Quel est la structure de la coenzyme Q?
La coenzyme Q, différemment des FMN et centres F-S, est un transporteur soluble qui se promène librement dans la membrane interne grâce à sa queue hydrophobe.
C'est un transporteur lipidique soluble à l'intérieur de la membrane
Il a une chaîne isoprénique de taille variable, hydrophobe, qui reste collé à la membrane
Les 2H+ qu'elle peut transporter se lient aux 2 =O présent sur le cycle
Forme oxydée : Ubiquinone (Q)
Intermédiaire : Semiquinone (*QH)
Forme réduite : Ubiquinol (QH2)
44
En bref, quels transporteurs peuvent se lier à 2 électrons et lesquels peuvent se lier à 1 électron?
2 électrons : NADH, FADH2, CoQ, FMN
1 électron : Centre Fe-S
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L’énergie de 1 molécule du NADH permet que le complexe I transporte
a) 2H+
b) 3H+
c) 4H+
c) 4H+
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Vrai ou faux?
* Les électrons du NADH vont toujours rentrer par le complexe I.
* Les centres Fer-Soufre transportent 2 e-.
* Le complexe I oxyde le NADH.
* Le potentiel redox pour le NADH est plus petit que pour le FMN.
* Les électrons du NADH vont toujours rentrer par le complexe I.
Faux
* Les centres Fer-Soufre transportent 2 e-.
Faux
* Le complexe I oxyde le NADH.
Vrai
* Le potentiel redox pour le NADH est plus petit que pour le FMN.
Vrai
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L'ubiquinone reçoit des électrons de quels autres enzymes?
L’ubiquinone reçoit des électrons pas seulement du complexe I mais aussi des autres enzymes ancrés a la membrane mitochondriale interne: les trois plus importantes sont
Complexe II qui inclus la SDH du cycle de Krebs
Acyl CoA déshydrogénase de la bêta oxydation
GGPD de la navette glycérol phosphate
48
Expliquez le fonctionnement du complexe III
L’ubiquinone est un transporteur de deux e-. Le complexe III contient deux cytochromes: cytochrome b et cytochrome c1 et une protéine Fer-soufre connue comme protéine de Rieske (ISP) tous des transporteurs a un e-, alors pour disposer les 2e- de la CoQ il faut 2 étapes de transfert.
Pendant la première étape, l’ubiquinol donne un e- a l’ISP et un e- au cyt b. 2 protons sont déplacés à l’espace IM. L’ubiquinone (forme oxydée) se déplace ensuite à une 2e site du complexe 3 ou elle reçoit le e- du cyt b et forme une semiquinone. ISP donne son électron au cytochrome c1 dans le complexe III qui le donne ensuite au cytochrome c, une petite protéine soluble a l’espace IM..
A la 2e étape une 2e molécule d’ubiquinol fait la même chose que la première molécule, donne un e- a l’ISP et un autre au cyt b. 2 autres protons sont déplacés a l’espace IM. Par contre, l’e- du cyt b est maintenant transféré à la semiquinone pour régénérer l’ubiquinol.
La balance c’est l’oxydation d’une molécule de ubiquinol, la réduction de 2 molécules de cytochrome c et le transport de 4 protons. Ce mécanisme est connu comme le cycle Q.
Bilan : 4 protons pour 2 électrons, donc 8 protons pour 4 électrons
49
Qu'est ce que les cytochromes ?
Les complexes III et IV contient un autre sorte the transporteurs des e-, les cytochromes. Les cytochromes sont des protéines qui possède hème comme cofacteur. Le groupe hème est formé pas des anneau pyrrols (4 groupements pyrrols liés avec altérnance -/=) auxquels un atome de Fer est coordonné au milieu. Alors comme dans les centres Fe-S du complexe I, le Fer du groupe hème transporte un électron à la fois.
Les cytochromes sont classifiés d’après les chaines latérales de leur cofacteur hème, qui font leurs différences.
Les groupes hème des cytochromes subissent une réduction réversible mettant en jeu un seul électron
Leur potentiel redox va de -0,08 V à +0,385V
50
Quels sont les différences entre les cytochrome (hème) de type A, B, C
Les cytochromes du type a ont une longue chaine latérale carbonée hydrophobique (isoprénique) qui permettre l’ancrage a la membrane.
Les cytochromes du type b ont une petite chaîne latérale hydrophobique. L'hème tient dans une protéine
Les cytochromes du type c sont liés de façon covalente a la protéine (cystéine de la protéine avec etenyl de l’hème)
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Expliquez le fonctionnement du complexe C
Le complexe IV reçoit les électrons du cytochrome c, il s’appelle aussi cytochrome c oxydase. Dans le complexe IV nous allons rencontrer l’accepteur final de la chaine de transport des e: l’oxygène.
Cytochrome c transporte les e- entre le complexe III et IV
À noter 2 choses importantes:
On a besoin 4 e- pour réduire une molécule de O2 (les atomes d’oxygène ne sont pas stables) . Le passage de 4e- dans le complexe IV permettre le transport de 4H+. Par contre on commence la CTE avec 2e du NADH ou FADH2. Alors, la balance par molécule du NADH ou FADH2 c’est 2H+.
Le complexe IV comporte de centres redox avec groupement hème ou cuivre.
Transporte 2 électrons à la foie pour 2 protons. Total : 4 électrons pour 4 protons
O2 + 4e- + 4H+ --> 2H2O
52
Où va l'énergie du transport d'électrons?
Pendant leur trajet à travers la CTE, l’énergie des électrons de haute énergie du NADH et FADH2 (bas Eo) est utilisé pour pomper de protons de la matrix à l’espace IM. Alors l’énergie libre des e- est transformé dans un gradient des protons.
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Qu'est-ce qu'est la théorie chimiosmotique?
Théorie du gradient de protons pour faire l'ATP. Le gradient de proton donne un transfert non uniforme, non stoechiométrique
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Quels sont les deux processus importants de la membrane interne de la mitochondrie?
La CTE et la Phosphorylation oxydative.
La CTE : oxydation de NADH et FADH2, consommation de O2, transport des électrons, formation du gradient électrochimique et transport et pompage de protons. Couplée à l’ OXPHOS.
Phosphorylation oxydative : synthèse d'ATP par l'ATP synthase
On dit que l’ATP synthase dissipe le gradient de proton. Si l’on arrête la synthèse d’ATP, les protons s’accumulent, le pompage arrête et l’oxydation du NADH et FADH2 arrêtent aussi, bloquant la chaîne respiratoire. Également, si l’on bloque la respiration, la synthèse d’ATP mitochondrial arrête.
55
Pendant le transport des électrons, il y a un transfert de protons à partir de complexes respiratoires à l’exception de quel complexe?
a) Complexe I,
b) Complexe II,
c) Complexe III,
d) Complexe IV
b) Complexe II
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2. Trouver l'énoncé qui est faux. Le coenzyme Q transfère ses e-...
a) Entre le complexe I et III
b) Entre le complexe II et III
c) Entre le complexe III et IV
c) Entre le complexe III et IV
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Le gradient de protons est un gradient....
Électrochimique
l'énergie du gradient peut être calculé ainsi :
DG = RT In [H+out]/[H+in] + ZFDy
DG: variation d’énergie pour générer les gradients de protons 1) RTlnHo/Hi: gradient de concentration chimique
2) ZFDy : effet électrique, Z= charge des ions, Dy potentiel de membrane dû au déséquilibre de charges positives
Dy = 150 – 200 mV
Le potentiel de membrane mesurée = 150 mV, comme la membrane est juste 5 nm, ça donne un champ électrique de 30 millions de volt/m!
DG du gradient de protons 20 kj/mol environ 5,2 kcal/mol. Chaque proton donne 20kJ/mol
Composante chimique du gradient par la concentration et électrique par la différence de charge
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Expliquez le rôle de l'ATP synthase
Synthétise l’ATP à partir du gradient électrochimique
Deux parties:
F0: enchâssée dans la membrane
F1: activité catalytique: 3 sites catalytiques
La synthèse de l’ATP repose sur une conversion énergétique, via des changements de conformation des sous-unités.
L’énergie chimique de réactions rédox est transformée en force protomotrice, puis en mouvement mécanique d’un moteur rotatif pour finir à nouveau en énergie chimique sous la forme d’ATP.
Tourne dans le sens anti-horaire
Un tour complet donne 3 ATP
Les protons rentrent dans la partie F0 et forcent la protéine à tourner. Ce mouvement de rotation permet la synthèse d’ATP.
En résumé l’énergie chimique de réaction redox est d’abord transformée en gradients de protons, ensuite l’énergie du gradient est transformée en énergie mécanique de F0 qui l’utilise pour faire un complexe riche en énergie chimique l’ATP.
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Quel est le rendement de la conversion de l'énergie chimique en gradient de proton?
Nous pouvons calculer le rendement de la conversion de l’énergie chimique en gradient des protons. L’énergie de l’oxydation du NADH on l’avait calculer avant, 220 kj/mol. Une molécule de NADH, permet de transporter 10 protons (4 CI, 4 CIII et 2 CIV). L’énergie associée à chaque proton est de 20 kj/mol, ce qui donne 200 kj/mol. Le rendement c’est impressionnant 90%. Les meilleurs moteurs ont un rendement de 35%.
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Qu'est ce que le rapport P/O?
La relation entre la respiration et la synthèse d'ATP
Rapport P/O: nombre de phosphorylations d’ADP/ atomes d’oxygène réduits
P/O = 2,5 pour NADH: (10 protons)
P/O = 1,5 FADH2 (6 protons)
Une rotation complète du F1ATPase produit 3 ATP
(1 par par chaque sous-unités F1Beta)
Une rotation complète de F0 a besoin de un numéro de protons égal au numéro de sous-unités c.
Si c=12, F1ATPase a besoin de 4H+ pour synthétiser 1 ATP
Retour des H+ dans ATP synthase DG = -20,4 kj/mol
Il faut 4 moles de H+/ ATP= -81,6 kJ/mol
Le rapport P/O définie la relation entre la quantité de molécules d’ATP produite par atome d’oxygène réduit. Le rapport P/O c’est une valeur mesurée expérimentalement.
En plus le rapport change entre les différentes espèces et situations physiologiques pour 3 raisons :
1- # sous unités c: Une rotation complète du F1ATPase produit 3 ATP ( 1 par chaque sous-unité F1Beta). Le rotor contient un numéro variable de sous-unités c (9-14) et chaque sous-unité lie un H+. Une rotation de 360o a besoin d’un numéro de protons égal au numéro de sous-unités c. Si c=12, 12 protons génèrent 3 ATP et P/O=2.5.
2- Le gradient est utilisé pour réguler le transport des ions et ATP/ADP à travers la membrane
3- Il y a une fuite des protons
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Quel est le bilan total de l'oxydation du glucose?
Chaque NADH 2.5 ATP Chaque FADH2. 1.5 ATP
1 glucose 10 x 2.5 = 25 ATP (NADH) 2x1.5= 3ATP(FADH2)
2 ATP (PS)
2 GTP (PS)
32 ATP
DGo = -688 kcal/mole pour le glucose Synthèse d’ATP = 32 x 7,3 = 233,6 kcal/mole
L’efficacité est de 100 x 233,6/688= 33,9 % (2% pour la glycolyse anaérobie)
66% de l’énergie se retrouvent sous forme de
chaleur.
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Comment le bilan total peut être de 30 ATP?
Si il y a l'utilisation de la navette glycérolphosphate au lieu de la navette malate/aspartate, qui produit plus d'ATP
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Décrivez le potentiel de membrane mitochondriale Dy
a) Négatif à l’intérieur et positif à l’extérieur
b) Positif à l’intérieur et négatif à l’extérieur
a) Négatif à l’intérieur et positif à l’extérieur
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Vrai ou Faux?
Toute l’énergie potentielle du glucose est transformée en ATP
Faux
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Les électrons du FADH2 produisent:
a) 4ATP b)3ATP c)1.5ATP d)32ATP
c)1.5ATP
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Vous avez fait la diète et perdu 20 kg, où sont ces 20 kg?
De l'eau et du CO2
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Quels sont les deux mécanismes pour produire de l'ATP?
Phosphorylation au niveau du substrat
Gradient ionique (Chimiosmose)
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Quels sont les caractéristique de la phosphorylation au niveau du substrat? Donnez des exemples
Utilise l’énergie chimique dans une réaction couplée
Un groupe phosphate présent dans un métabolite riche en énergie est transféré directement a l’ADP ou GDP
Pas besoin d’oxygène
Pas besoin du NADH ou FADH2
10% de l’énergie du glucose pendant le métabolisme aérobie
Exemple : Phosphoglycérate kinase et pyruvate kinase
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Quels sont les caractéristique du gradient ionique (Chimiosmose)? Donnez un exemple
Utilise l’énergie d’un gradient ionique qui est converti en énergie mécanique (rotation de F0ATPase) pour catalyser une réaction chimique
L’énergie d’un gradient ionique permet de coupler le phosphate inorganique à l’ADP
Besoin d’oxygène
Besoin de NADH et FADH2
90% de l’énergie du glucose pendant le métabolisme aérobie
Exemple : Chaîne respiratoire mitochondriale
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Y'a-t-il plus d'ion H+ dans la matrice mitocondriale ou dans l'espace intermembranaire ?
Dans la matrice intermembranaire
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Combien de H+ est nécessaire pour faire 1 ATP ?
3 H+ allant dans le sens de leur gradient de concentration
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Comment le gradient d'H+ est entretenu?
Grâce aux complexes 1, 3 et 4 en amenant les H+ à l'encontre de leur gradient de concentration
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Comment est inhibé et activé l'ATP synthase?
La vitesse de retour des H+ à l’intérieur de la matrice mitochondriale dissipe le gradient de protons.
Le retour se fait normalement à travers l’ATP synthase. L’enzyme fonctionne seulement s’il y a assez d’ADP, son substrat pour faire de l’ATP.
Cela stimule le transport des électrons à travers la chaîne de transport d’électrons pour maintenir le gradient des protons.
La logique? Quand on consomme l’ATP, il est converti en ADP, alors on stimule la production de plus d’ATP.
Quand le gradient de protons est très élevé, le transport des électrons est inhibé. Alors pour stimuler le transport des électrons il faut diminuer le gradient de protons. Le facteur physiologique le plus important pour dissiper le gradient de protons est l’ADP. En effet, l’ADP est limitant pour l’ATP synthase. En présence d’ADP et Pi, cette enzyme synthétise l’ATP et dissipe le gradient de protons. Alors l’ADP et le Pi générés par les réactions qui consomment l’ATP sont importés dans la matrice mitochondriale pour stimuler la synthèse d’ATP qui, en conséquence, dissipe le gradient de protons qui ensuite stimule le transport des électrons.
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Quel est le dernier accepteurs d'électrons dans la chaîne de transport d'électrons ?
l'O2, qui est réduit en H2O
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L'ATP synthétise quelles protéines?
L’ATP est un régulateur allostérique négatif de:
phosphofructokinase (PFK)
pyruvate déshydrogénase (PDH)
Isocitrate déshydrogénase (IDH)
a-cétoglutarate déshydrogénase
(Toutes des protéines produisant de l'ATP)
Un excès d’ATP inhibe la glycolyse, l’oxydation du pyruvate, le cycle de Krebs et la production de NADH et QH2.
En conséquence, si l’ATP est utilisé, ce contrôle négatif diminue et la disponibilité de NADH et QH2 pour la respiration augmente.
Si on a assez d'ATP, pas besoin d'en faire plus
Si moins de catabolisme, moins de transporteurs réduits et inhibition de CTE
Le cytochrome c et le complexe III partagent un mécanisme régulateur par l’intermédiaire des nucléotides d’adénine, ce qui entraîne une inhibition de la respiration en présence d’ATP, une condition lorsque les cellules sont au repos et ne nécessitent pas d’augmentation de l’activité OxPhos.
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Par quoi est inhibé la chaine de transport des électrons?
Les inhibiteurs de la chaîne de transport d'électrons (CTE) ont été très utiles pour comprendre la CTE et OXPHOS. Le complexe I est inhibé par la roténone, un composé naturel présent dans les grains et racines de plusieurs plantes. Le complexe II est inhibé par le malonate, qui peut se former à partir de l'oxaloacétate (OAA) de façon non enzymatique. Le complexe III est inhibé par l’antimycine A et le complexe IV, par le cyanure. La Fo ATPase est inhibé par l’oligomycine.
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Qu'est-ce que le découplage? Nommez des agents découplants
H+ reviennent dans la matrice sans passer par l’ATP synthase
Agents découplants naturels (UCP):
-Nouveaux nés
-Mammifères adaptés au froid
-Hibernation
-Tissu adipeux brun (thermogenèse)
Plantes: Aposéris fétide (photo):
-Chauffage des pointes florales
-Attraction des insectes
Agents découplants artificiels:
-Dinitrophénol
-FCCP
Pas de synthèse d’ATP --> Gradient H+ sert à : Forte production de chaleur
Les découplants dissipent le gradient de protons et inhibent la synthèse d’ATP. Par contre ils augmentent la respiration. En effet, un faible gradient facilite le pompage des protons par les complexes respiratoires.
Des découplants naturels jouent un rôle dans la thermogenèse.
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Comment peut-on mesurer la consommation d'oxygène par les cellules? Qu'est-ce qui peut la faire varier?
On peut mesurer la consommation d’oxygène par les cellules (Oxygen consumption rate, OCR) comme équivalent de la respiration mitochondriale. La respiration basale, c’est la consommation d'oxygène des cellules à l'état normal. Si nous ajoutons un inhibiteur de l’ATP synthase, l'OCR diminue : cela représente la respiration couplée. Si après, on ajoute un découplant, l'OCR augmente pour atteindre sa valeur maximale. La diminution (ex.: lors de l'ajout d'oligomycine) s’explique par l’inhibition du transport des e- par un gradient trop élevé (défavorable de pomper des H+, donc diminution de la consommation d'oxygène) et l’augmentation (ex.: lors de l'ajout du découplant FCCP, un agent découplant) par l’effet opposé : un gradient très faible. Si on ajoute des inhibiteurs du complexe I et III, la respiration tombe, même plus qu’avec l’oligomycine car le C4 ne peut plus du tout fonctionner. La raison est la fuite de protons, car la membrane n’est pas 100% imperméable.
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Qu'est-ce que la capacité de réserve respiratoire?
La différence entre la respiration maximale et basale, c’est la réserve respiratoire: celle-ci diminue avec l’âge et quelques maladies, par exemple.
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La séquence des événements du transport des électrons a été élucidée grâce à l’utilisation d’inhibiteurs comme la roténone, l’antimycine A et le cyanure. Qu’advient-il de la consommation d’oxygène lors de l’addition de ces inhibiteurs?
a) Pas de changement
b) Diminue
c) Augmente
b) Diminue
En effet, l'inhibition de l'un ou l'autre des complexes de la chaîne de transport d'électron va diminuer la consommation d'oxygène par le complexe IV puisqu'il ne recevra plus d'électrons permettant de réduire l'oxygène en eau.
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La capacité de respiration maximale des mitochondries peut être mesurée lorsqu’on ajoute…
a) oxygène
b) oligomycine
c) découplant
d) antimycine A
c) découplant
L'ajout d'un découplant comme le FCCP va dissiper le gradient de protons, et donc faire travailler les complexes I à IV plus fort pour le récréer, augmentant la consommation d'oxygène à son maximum.
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Le complexe I est inhibé par:
a) FCCP
b) antimycin A
c) cyanure
d) roténone
d) roténone
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Les découplants augmentent la production d’ATP
Vrai ou faux?
Faux
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Le produit final du cycle de Calvin est:
a) CO2
b) L’ATP
c) G3P
d) PGA
c) G3P
Le G3P est le produit final et pourra rejoindre des voies de synthèse de glucides par la suite
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Les réactions sombres doivent leur nom au fait qu’elles n’ont lieu que la nuit.
Vrai ou faux?
Faux. En effet, ce nom est plutôt dû au fait que ces réactions ne requièrent pas directement de lumière.
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L’oxygène libéré pendant la photosynthèse vient de:
a) CO2
b) chlorophylle
c) ATP
d) glucose
e) H2O
e) H2O
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Pendant la photosynthèse, des photons augmentent l’énergie des électrons présents dans :
a) ATP
b) chlorophylle
c) RuBP
d) glucose
e) H2O
b) chlorophylle
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À quel endroit la photosynthèse se passe-t-elle
a) Cytosol
b) Membrane thylakoïdienne
c) Mitochondries
b) Membrane thylakoïdienne
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Dans le photosystème II, les électrons captés de l’eau sont transférés directement à
a) Plastocyanine
b) Photosystème I
c) Plastoquinone
c) Plastoquinone
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Qu'est-ce que l'hypoxie fait à la chaîne de transport d'électrons?
En hypoxie, les complexes respiratoires I et III accumulent des électrons qui peuvent être transférés à l'oxygène et produire des espèces réactives de l'oxygène (O2*, H2O2) (dommageable pour les macromolécules)
L'oxyde nitrique (NO) inhibe le complexe IV et sensibilise les cellules à l'hypoxie
L'oxygène est l'accepteur final des électrons dans la chaîne de transport des électrons. Alors, quand il manque de l'oxygène, les complexes respiratoires ne peuvent pas transporter les électrons facilement. EN fait, les électrons vont souvent réduire l'oxygène dans le complexe I et III pour générer des espèces réactives de l'oxygène
