Universit Pierre et Marie Curie

Respiration Mitochondriale

Objectifs au cours de

Rvisions Biochimie PCEM2

Rvisions Biochimie Mtabolique

2004 - 2005

Pr. A. Raisonnier (alain.raisonnier@upmc.fr)

Mise jour : 25 novembre 2004

Relecture : Pr. A. Raisonnier

2/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005

Plan du cours

Plan du cours2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 3/122

3 Plan du cours

7 Objectifs

9 Partie I : Les coenzymes transporteurs dnergie

11 Chapitre 1 : Le coenzyme ATP/ADP

12 1.1 Adnosine TriPhosphate13 1.2 ATP ADP14 1.3 ATP AMP15 1.4 Pyrophosphatase16 1.5 Rles de lATP17 1.6 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : lhexokinase18 1.7 Exemple dATP donneur de phosphate et dnergie : la myokinase19 1.8 Exemple dATP donneur dAMP et dnergie : lacyl thiokinase

21 Chapitre 2 : Le coenzyme GTP/GDP

22 2.1 Guanosine Tri Phosphate23 2.2 Rles du GTP24 2.3 Exemple de GTP transporteur dnergie : la succinyl thiokinase

25 Chapitre 3 : Ractions couples par transfert de phosphate

26 3.1 Raction couple27 3.2 Cratine PhosphoKinase28 3.3 Phosphoglycrate kinase29 3.4 Pyruvate kinase30 3.5 Succinyl thiokinase31 3.6 Myokinase (adnylate kinase)

33 Partie II : Les oxydations

35 Chapitre 4 : Couples doxydorduction

36 4.1 Oxydorductions minrales37 4.2 Potentiel standard = E0

Plan du cours

38 4.3 Raction couple39 4.4 Raction doxydorduction couple40 4.5 Energie doxydation4/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005

41 Chapitre 5 : Exemples de couples doxydorduction

42 5.1 Actaldhyde/Actate 43 5.2 Eau/Oxygne 44 5.3 Nicotinamide Adnine Dinuclotide45 5.4 NADH/NAD+46 5.5 Spectre UV du NAD+/NADH47 5.6 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : lalcool dshydrognase48 5.7 Exemple de NAD transporteur dhydrogne : la malate dshydrognase49 5.8 Motif Rossmann50 5.9 Flavine MonoNuclotide51 5.10 Flavine Adnine Dinuclotide52 5.11 Flavine rduite/Flavine53 5.12 Flavine lie54 5.13 Flavoprotines55 5.14 Coenzyme Q10 = Ubiquinone 5056 5.15 Ubiquinol/Ubiquinone57 5.16 Cytochrome c58 5.17 Hme59 5.18 Cytochromes

61 Partie III : La chane respiratoire mitochondriale

63 Chapitre 6 : Chane Respiratoire Mitochondriale = CRM

64 6.1 Complexe I65 6.2 NADH-CoQ oxydorductase (complexe I)66 6.3 Complexe III67 6.4 CoQ-cyt c oxydorductase (complexe III)68 6.5 Complexe IV69 6.6 Cytochrome oxydase (complexe IV)70 6.7 Complexe F0-F171 6.8 ATPase mitochondriale (complexe F0-F1)72 6.9 Complexe II73 6.10 Succinate dshydrognase (complexe II)74 6.11 ATP/ADP translocase75 6.12 Ractions des cinq complexes

Plan du cours

77 Chapitre 7 : Bilans et schmas gnraux de la CRM

78 7.1 Mitochondrie2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 5/122

79 7.2 Chane Respiratoire Mitochondriale (schma gnral)81 7.3 Membrane interne82 7.4 Rgulation par lADP84 7.5 Chane respiratoire mitochondriale (dfinition)85 7.6 Oxydation du NADH (bilan)86 7.7 Oxydation du succinate (bilan)87 7.8 Oxydation phosphorylante du NADH (bilan)88 7.9 Oxydation phosphorylante du succinate (bilan)

89 Chapitre 8 : Inhibiteurs et dcouplants de la CRM

90 8.1 Effecteur91 8.2 Inhibiteurs de la chane respiratoire mitochondriale92 8.3 Exemple dinhibiteur de la CRM : lantimycine93 8.4 Exemple dinhibiteur de la CRM : la rotnone94 8.5 Exemple dinhibiteur de la CRM : le malonate95 8.6 Exemple dinhibiteur de la CRM : le cyanure96 8.7 Exemple dinhibiteur de la CRM : loligomycine97 8.8 Exemple dinhibiteur de la CRM : latractylate98 8.9 Exemple dinhibiteur de la CRM : le bongkrkate99 8.10 Dcouplant100 8.11 Dcouplants de la chane respiratoire mitochondriale101 8.12 Exemple de dcouplant de la CRM : le 2,4-DiNitroPhnol102 8.13 Exemple de dcouplant de la CRM : larsniate103 8.14 Protines dcouplantes

105 Chapitre 9 : Thorie chimio-osmotique (Mitchell)

106 9.1 Gradient chimio-osmotique107 9.2 Niveaux dnergie de la chane (I)109 9.3 Niveaux dnergie de la chane (II)

111 Partie IV : Navettes mitochondriales

113 Chapitre 10 : La navette malate/aspartate

114 10.1 Malate dshydrognase115 10.2 Aspartate aminotransfrase = ASAT116 10.3 Navette malate-aspartate (schma gnral)

Plan du cours

119 Chapitre 11 : La navette du glycrophosphate

120 11.1 Glycrophosphate dshydrognase cytoplasmique6/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005

121 11.2 Glycrophosphate dshydrognase mitochondriale122 11.3 Navette du glycrophosphate (schma gnral)

Objectifs

Objectifs2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 7/122

Connatre1 la structure (corps constitutifs et dtail de la partie active), lorigine biologique, lerle vis--vis des enzymes des coenzymes suivants dont les fonctions seront voques dans lasuite du cours : ATP, GTP, NAD, Flavines, Ubiquinone, Cytochromes.

Montrer le mcanisme2, les conditions chimiques et biologiques, le rle des ractions de syn-thse de lATP par transfert direct de phosphate : cratine phosphate kinase, phosphoglyc-rate kinase, pyruvate kinase et succinyl thiokinase.

Donner des exemples3 de couples doxydo-rduction cellulaires. Montrer le mcanisme de laraction enzymatique doxydo-rduction. Dfinir4 les conditions de son quilibre, le potentieldoxydo-rduction des couples impliqus et la valeur nergtique du transfert dlectrons.

Connatre les cinq complexes enzymatiques de la chane respiratoire mitochondriale (locali-sation, structure, ractions catalyses, nergie produite). Dfinir et donner des exemples din-hibiteurs et de dcouplants de cette chane respiratoire.

Montrer le mcanisme de la synthse de lATP par la membrane interne de la mitochondrie.Montrer les mcanismes mtaboliques permettant le franchissement de la membrane mito-chondriale interne par le NADH et lATP.

1. Connatre : nommer un corps dont on voit la formule dveloppe ; numrer les molcules simples dans une molcule complexe et nommer les liaisons qui les unissent ; dessiner une structure, crire lquation chimique et thermodynamique dune raction ou expliquer une exprience mettant en vidence une pro-prit physique ou chimique.

2. Montrer le mcanisme : dfinir les corps chimiques en prsence, crire et quilibrer la (les) raction(s) ; faire le bilan chimique et nergtique.

3. Donner un exemple : choisir, dcrire et expliquer une situation o un concept ou un corps dfini joue le rle principal et met en vidence ses proprits essentielles.

4. Dfinir : prciser dans une phrase concise lessence dun objet ou les limites dun concept en excluant toute notion trangre et en comprenant toutes les variations possibles de lobjet ou du concept cern.

Objectifs8/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005

Les coenzymes transporteurs dnergie

Partie I 2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 9/122

Les coenzymes transporteurs dnergieRappel des objectifs

Connatre1 la structure (corps constitutifs et dtail de la partie active), lorigine biologique, lerle vis--vis des enzymes des coenzymes suivants dont les fonctions seront voques dans lasuite du cours : ATP, GTP, NAD, Flavines, Ubiquinone, Cytochromes.

Montrer le mcanisme2, les conditions chimiques et biologiques, le rle des ractions de syn-thse de lATP par transfert direct de phosphate : cratine phosphate kinase, phosphoglyc-rate kinase, pyruvate kinase et succinyl thiokinase.

1. Connatre : nommer un corps dont on voit la formule dveloppe ; numrer les molcules simples dans une molcule complexe et nommer les liaisons qui les unissent ; dessiner une structure, crire lquation chimique et thermodynamique dune raction ou expliquer une exprience mettant en vidence une pro-prit physique ou chimique.

2. Montrer le mcanisme : dfinir les corps chimiques en prsence, crire et quilibrer la (les) raction(s) ; faire le bilan chimique et nergtique.

Les coenzymes transporteurs dnergie10/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005

Le coenzyme ATP/ADP

Chapitre 1 2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 11/122

Le coenzyme ATP/ADP

Le coenzyme ATP/ADP

1.1 Adnosine TriPhosphate12/122 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 2004 - 2005

RM 01

Le coenzyme ATP/ADP est un coenzyme transporteur dnergie universel. Sa prsence dansle mtabolisme de tous les tres vivants souligne lintrt de cette molcule comme carrefourmtabolique de tous les changes dnergie.

Ladnosine triphosphate est un nuclotide compos. Sa structure comporte une base azote,ladnine, lie par une liaison N-osidique au -D-ribose : lensemble de ces deux corps consti-tue ladnosine qui est un nucloside.

Lacide adnylique ou 5AMP est lester driv de ladnosine par phosphorylation du car-bone 5 du ribose.

Une deuxime molcule dacide phosphorique lie la prcdente par une liaison anhydrideforme ladnosine diphosphate ou ADP.

Une troisime molcule dacide phosphorique lie la prcdente par une autre liaison anhy-dride forme ladnosine triphosphate ou ATP.

La masse molculaire de lATP est de 507 daltons. Les fonctions acides des acides phosphoriques distaux sont fortement ionises au pH physio-

logique. Les liaisons anhydrides unissant les acides phosphoriques sont des liaisons riches ennergie.

Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme, ncessitent en mme temps la pr-sence du cation Magnsium comme cofacteur.

Le coenzyme ATP/ADP

1.2 ATP ADP2004 - 2005 Respiration Mitochondriale - Pr A. Raisonnier 13/122

RM 02

Lhydrolyse de la liaison riche en nergie entre le deuxime et le troisime phosphate delATP libre 31 kJ/mol, dans les conditions standard.

Les produits de cett