La respiration cellulaire

M. E. McIntyre

Quelques principes

mitochondrie

chloroplaste

CO2 + H20 Moléc. organiques + O2

ATP

Én. lumineuse

Én. thermique

Respiration

¢R

Photosynthès

e

Voies cataboliques génératrices d’énergie

Fermentation Dégradation partielle

glucose Ø chaîne transport des é

Respiration ¢R anaérobie Chaîne transport é

Respiration ¢R aérobie Combustible = glucose

comburant = O2

Chaîne transport é

(glucose)

Dégradation de nutriments

Sans O2 Avec O2

Équation de base

Respiration ¢R aérobie

Sucres + O2 déchets + énergie

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + énergie

Quelques principes

Pour être utilisable, Én. entreposée dans ATP adénosine triphosphate riche en Én. group.

phosphate

ATP ADP + P inorganique

Prix du travail ¢R: perte P

Quelques principes

ATP… quelle utilité ?

Travail de transport Travail mécanique Travail chimique

ATP ADP+ Pi

On produit chaque jour notre poids en

ATP !

Quelques principes

Réaction d’oxydoréduction Oxydation: perte d’é Réduction: gain d’é

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O +

oxydé

réduit

é

é

énergie

Quelques principes

Principes d’oxydoréduction Dégradation glucose plusieurs

étapes (enzymes) Si une seule et unique étape…

Quelques principes

Transport d’électrons

Les é sont très énergiques ! Passe d’une molécule à l’autre…

Nutriments NAD+ Chaîne transport d’é O2

éé

NADH +H+

Quelques principes

Transport d’électrons Coenzyme oxydant NAD+ nicotinamide adénine dinucléotide Capteur d’é le plus polyvalent

NAD+ NADH + H+libre dans cytosol

capte 2 é et 1 proton

oxydé réduit

réserve d’énergie

Quelques principes

Transport d’électrons

explosionénergie

libérationgraduelled’énergie

KaBoOM !!

H2 ½ O2

2 H+ 2 e-

2 e-2 H+ ½ O2

ATP

H2O

Respiration cellulaire aérobie

Caractéristiques générales4 étapes faciles :

glycolyse cycle de Krebs réaction de transitionchaîne de transport d’é & chimiosmose

1 mole glucose dégradée produit … 6 moles CO2 36-38 moles ATP

Glycolyse Cycle de Krebs

Chaîne de transport é

& chimiosmose

Respiration cellulaire aérobie

glucose pyruvate

électrons

ATP ATP ATP

électrons

Respiration cellulaire aérobie

Production d’ATP 10% phosph. a/n substrat (phase 1 &

2) 90% phosphorylation oxydative

(phase 4)enzyme (catalyseur)

pyruvate

Phosphorylationa/n substrat

1ère partie - Glycolyse

Glycolyse = « dégradation du glucose »

a/n cytosol Se fait en présence ou absence O2

Résultat1 mole glucose 2 moles pyruvate

(6C) (3C)

1ère partie - Glycolyse

Phase d’investissement Én

Phosphoryler la molécule pour l’hydrolyser en deux

coût 2 ATP

Phase de libération ÉnModification de la

molécule à 3C Libération 4 ATP Capteur d’é NAD+

(2 NADH + 2H+)

2 étapes

Fig.9.9

1ère partie - Glycolyse

Fig.9.9

1ère partie - Glycolyse

1ère partie - Glycolyse

1 glucose

2 pyruvates

1ère étape

2ème étape

2 ADP 2 ATP

4 ATP 4 ADP

2 NAD+ 2 NADH + 2H+

glucose 2 pyruvates

2 ATP

2 NADH + 2H+

Rendement

Perte

Gain

ø CO2

Glycolyse Cycle de Krebs

Chaîne de transport é

& chimiosmose

Respiration cellulaire aérobie

Fig. 9.6

glucose pyruvate

électrons

ATP ATP ATP

électrons

Réactions de transition

Dans la mitochondrie (matrice)

réaction qui exige O2

Étape entre glycolyse et cycle de

Krebs…

Réactions de transition

Les groupements carboxyles des pyruvates sont éliminés et libérés sous forme de CO2.

Les fragments restants sont oxydés et le NAD+ est réduit en NADH + H+ (x2).

La coenzyme A s’unit avec les molécules formées. On obtient 2 molécules d’acétyl-CoA qui peuvent entrer dans

le cycle de Krebs.

Cycle de Krebs

cycle de Krebs

acétyle Co-A (2C)

oxaloacétate (4C)

citrate (6C)

+

…et dégradation du citrate en oxaloacétate

1 mole acétyle Co-A (2C) entre dans le cycle…

Cycle de Krebs

Bilan pour 1 mole Acétyle Co-A

Cycle de Krebs

2 CO2 1 ATP3 NADH + 3H+1 FADH2

accepteurs d’é

Cycle de Krebs

Cycle de Krebs sert aussià fabriquer:

cycle de Krebs

Protéines (AA)

GlucidesLipides (A.G + chol)

Cycle de Krebs - Bilan

6 CO2 2 ATP8 NADH + H+2 FADH2

Glucose complètement dégradé.Majeure partie de Én dégagée entreposée dans NADH + H+

2 CO2 1 ATP3 NADH + 3H+1 FADH2

pour 1 mole glucose

x2 pyruvate =

4 CO2 2 ATP6 NADH + 6H+2 FADH2

2 CO2

Ø ATP2 NADH + H+

=

Étape intermédiaire

Cycle de Krebs

Glycolyse Cycle de Krebs

Chaîne de transport é

& chimiosmose

Respiration cellulaire aérobie

glucose pyruvate

électrons

ATP ATP ATP

électrons

Complexe multiprotéique

Chaîne de transport des é & chimiosmose

Dans la mitochondrie (crêtes)

chaîne de transport comprend… protéines

complexes non protéiques

oscille entre état oxydé et état réduit

Chaîne de transport des é & chimiosmose

Capteur d’é

Complexe multiprotéique

NADH

libère des é

é perd de l’énergie dans la chaîne

½ O2: dernier accepteur d’é

Chaîne de transport des é & chimiosmose

Capteur d’é

Complexe multiprotéique

= formation H2O

NADH

libère des é

é perd de l’énergie dans la chaîne

½ O2: dernier accepteur d’é

Chaîne de transport des é & chimiosmose

Autre capteur d’é

Complexe multiprotéique

FADH2

libère les é à un niveau inférieur (moins énergétique)

Chaîne de transport des é & chimiosmose

Chimiosmose

a/n membrane mitochondriale complexe protéique ATP synthétase

rôle: synthèse ATP

phosphorylation oxydative ADP + Pi(inorganique) ATP

H+

H+

H+

H+H+

H+H+

Chaîne de transport des é & chimiosmose

Chimiosmose

ATP synthétase: pompe à protons

utilise gradient de protons (H+) pour faire ATP

… car membrane imperméable aux H+

H+

H+

H+

H+H+

H+H+

ADP + Pi

ATP

espace intermembranaire

matrice

membrane mito. interne

Chaîne de transport des é & chimiosmose

Chimiosmose

L’importance des é?!?

ATP synthétase: pompe à protons

Force le déplacement des H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire

Chaîne de transport des é & chimiosmose

NADH

+ H+

NAD+

H+

H+ H

+

Fig. 9.15

Chaîne de transport des é & chimiosmose

NADH

+ H+

NAD+

H+

H+ H

+

Fig. 9.15

Chaîne de transport des é & chimiosmose

NADH

+ H+

NAD+

H+

H+

H+

Fig. 9.15

Chaîne de transport des é & chimiosmose

NADH

+ H+

NAD+

H+

H+

H+

2 H+ + ½ O2

H20

chaîne de transport d’é chimiosmose

Chaîne de transport des é & chimiosmose

NADH

+ H+

NAD+

H+

H+

H+

2 H+ + ½ O2

H20

H+ H

+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+ H

+

H+ H+

H+

H+

H+

ADP + P ATP

Respiration cellulaire aérobie

Chimiosmose Valeur en ATP? NADH + H+ FADH2

vaut 3 ATPvaut 2 ATP

Chaîne de transport des é & chimiosmose

ChimiosmoseBilan pour 1 mole de glucose:

cycle de Krebs et étape intermédiaire2 ATP8 NADH + H+2 FADH2

glycolyse2 ATP2 NADH + H+

24 ATP 4 ATP

??? «navettes»

NAD+

FAD 4 ATP

6 ATPou

Respiration cellulaire aérobie

Révision

glycolyse

2 NADH + H+

2 ATP

2 acétyle Co-A

glucose 2 pyruvate

cycle Krebs

2 NADH + H+

2 ATP

6 NADH + H+2 FADH2 Chaîne

de transport

navetteNAD+ ?FAD ?

32 ou 34 ATP

36 ou 38 ATP

Autres processus métaboliques

Fermentation

Dégradation du glucose sans O2

Bilan 1 mole glucose2 ATP2 pyruvate2 NADH + H+

Autres processus métaboliques

Fermentation Fermentation

alcoolique

Ex: industrie bière ou vin

Autres processus métaboliques

Fermentation

Fermentation lactique

Ex: industrie fromage et du yogourt

Ex: muscles,acide lactique

Autres processus métaboliques

Fermentation

Comparaison entre respiration ¢R et fermentation fermentation: dernier accepteur d’é

38 ATP vs 2 ATP

respiration aérobie… dioxygène

nitrate (NO3-)

sulfate (SO42-)

fer (Fe3+)

pyruvate

respiration anaérobie…

Le plus rentable, c’est la respiration ¢R

Poisons métaboliques

cyanure bloque une protéine a/n chaîne de transport d’é arrêt de synthèse ATP

dicoumarol augmente la perméabilité de la membrane aux H+ annulation du gradient H+ arrêt synthèse ATP

mort de l’organisme

mort de l’organisme

Remplissez les boîtes

Réfléchissez-vous

Phew….

J’ai utilisé pas mal d’ATP en créant cette présentation!