L‘oxydation du pyruvate

               

1 – L’ultra structure et composition biochimique de la mitochondrie:

Les mitochondries sont des organites qui se trouvent à l’intérieur des cellules eucaryotes (cellules qui possèdent un noyau). Elles se situent plus précisément dans le cytoplasme des cellules. Sa taille varie entre 0,5 et 1 μm de diamètre et jusqu’à 7 μm de longueur.

Pour l’étude de ces organites, on propose les documents suivants:

Document 1: Une mitochondrie au microscope électronique

Source : "Biologie" Campbell (1995) Ed. DeBoeck Universités

Document 2: Schéma descriptif de la structure mitochondriale

Document 3: présente la composition biochimique des différentes structures mitochondriales:

http://imagesbiogeolfxm.free.fr/energetique/original/mitochondrie-composition_schema_mbs.html

1 – A partir de l’exploitation des documents 1 et 2, décrivez la structure du mitochondrie

2 – A partir du document 3, Comparez la composition des différentes structures mitochondriales.

1-Au microscope électronique, les mitochondries apparaissent constituées d’une membrane externe, d’une membrane interne qui forme des replis appelés « crêtes », d’un espace intermembranaire et d’une matrice riche en enzymes, composée de ribosomes, d’ADN mitochondrial (ADNmt).

2 -La membrane interne se distingue par sa richesse en protéines, composées d’enzymes responsables de la fabrication d’ATP (les ATP synthétases ou sphères pédonculées) et des complexes d’oxydoréduction formant les chaînes respiratoires constitués d’une succession de transporteurs d’électrons. Tandis que la membrane externe est similaire à celle de la membrane plasmique. La matrice contient des complexes enzymatiques de décarboxylation et déshydrogénation.

2 – L’oxydation respiratoire:

2 – 1 – Formation de l’acétyl-coenzyme A:

L’acide pyruvique issu de la glycolyse entre dans la matrice mitochondriale, s’associe au coenzyme A pour former l’acétyl-CoA et subi une décarboxylation (perte d’un atome de carbone par libération d’une molécule de CO2) et une déshydrogénation (perte d’hydrogène).

2 – 2 – Le cycle de Kreb :

Document 4: Les atomes de carbone des molécules d’acétyl-coenzyme A vont être oxyder dans le cycle de l’acide citrique ou cycle de Kreb.

Document 5: Montre une animation du cycle de Kreb:

A partir de l’exploitation des documents 4 et 5,

1 – décrivez le cycle de Kreb.

2 – Ecrivez les réactions de réductions des transporteurs NAD et FAD

2 – Déduisez la réaction bilan du cycle de Kreb.

3 – Déduisez la réaction bilan de l’oxydation de l’acide pyruvique

1-Une molécule d’acétyl-CoA (C2) se lie à l’oxaloacétate (C4) pour former le citrate (C6). Les réactions se suivent ensuite produisant des décarboxylations qui dégagent du CO2 et des oxydoréductions qui donnent des transporteurs réduits (NADH,H+ et FADH2), et formation d’une molécule d’ATP.

2 – NAD +2H++2e- ————–> NADH,H+ FAD +2H++2e- ————–> FADH2

3 -La réaction bilan cycle de Krebs:

Acetyl-CoA+ADP+Pi+3NAD+FAD+3H2O ———-> 2CO2+ATP+3NADH,H++FADH2+CoA

4 -La réaction bilan de l’oxydation de l’acide pyruvique:

pyruvate + ADP + Pi + 4NAD + FAD+3H2O ———> 3CO2 + ATP +4NADH,H+ + FADH2

2 – 3 – Devenir des transporteurs réduits (NADH et FADH2) :

Pour connaitre le devenir des transporteurs réduits(NADH et FADH2, on propose d’étudier les documents suivants:

Document 6: Expérience permettant d’ajouter du dioxygène à une suspension de mitochondries contenant des transporteurs réduits RH2, et de mesurer les variations du pH dans la suspension en fonction du temps:

Document 7: Expérience sur des particules submitochondriales (d’après bac Martinique septembre 2007)

Les particules submitochondriales, petits sacs de 100 nm de diamètre, sont obtenues à partir de fragments retournés de membrane interne de mitochondries.

Cette membrane est recouverte de structures arrondies nommées sphères pédonculées qui ne sont plus en contact avec la matrice (=milieu intra-mitochondrial) mais avec un milieu expérimental. Il contient de l’O2, des transporteurs réduits RH2, de l’ADP et du P (phosphate inorganique).

Remarque : en l’absence de composés réduits RH2, il n’y a pas de synthèse d’ATP.

Document 8: Des particules submitochondriales avec les sphères pédonculées ont été mise dans les conditions suivantes:

1 – A partir de l’exploitation du document 6, interprétez  les résultats obtenus.

2 – En exploitant les documents 7 et 8, déduisez les conditions de la phosphorylation d’ADP.

3 – Déduisez le devenir des transporteurs réduits(NADH,H+ et FADH2).

1-Document 6: Avant l’injection du dioxygène, la concentration des H+ était nulle, mais après son injection on observe une augmentation rapide de la concentration en H+ jusqu’à atteindre une valeur supérieur à 40.10-9 mol/l, puis elle diminue progressivement jusqu’à sa valeur initiale après 240 s. L’augmentation de la concentration de H+ peut être interpréter par le fait que le dioxygène a oxydé les transporteurs réduits R’H2 et la libération des protons H+ dans la suspension. La diminution progressive des protons H+ est dû à leur retour vers la matrice mitochondriale.

2- Document 7: En présence de O2, il y a réoxydation des R’H2 en R’ dans les tous milieux expérimentaux, mais la synthèse d’ATP ne s’effectue qu’en présence des sphères pédonculées. Document 8: En présence d’ADP et de Pi, la synthèse d’ATP ne s’effectue que si le pH à l’intérieur des particules submitochondriales est inferieur du pH du milieu externe. Donc les conditions de la phosphorylation d’ADP et la synthèse d’ATP sont:  – La présence des sphères pédonculées.  – La présence d’ADP et de Pi.  – Le pH de l’espace intermembranaire est inferieur du pH de la matrice.

3- Les transporteurs réduits (NADH,H+ et FADH2) subissent une réoxydation au niveau de la membrane interne mitochondriale.

2 – 4 – La chaine respiratoire et la phosphorylation oxydative:

La chaîne respiratoire est localisée dans la membrane interne mitochondriale. Cette chaîne de transport d’électrons est constituée de quatre complexes protéiques:

complexe I : NADH-coenzyme Q oxydoréductase,

complexe II : succinate-coenzyme Q oxydoréductase,

complexe III : coenzyme Q-cytochrome c oxydoréductase,

complexe IV : cytochrome c oxydase

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Chaine_de_transport_d%27electrons.jpeg

Pour élucider le rôle de la chaîne respiratoire, on propose d’étudier les documents suivant:

Document 9: présente une animation fonctionnelle simplifiée de la chaîne respiratoire:

Voir lien

Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton

Document 10: présente une animation fonctionnelle de l’ATP synthétase (synthase):

Voir lien

1 – A partir de l’exploitation du document 9, décrivez le flux d’électrons, le transfert de protons à travers la membrane interne et leur relation avec la phosphorylation de l’ADP.

2 – Justifiez l’appellation de la phosphorylation oxydative

3 – Donnez les réactions de la réoxydation des transporteurs réduits(NADH,H+ et FADH2).

4 – Donnez la réaction de la réduction du dioxygène.

1-Les électrons issues de la réoxydation des transporteurs réduits(NADH,H+ et FADH2), vont être transférés de transporteur à transporteur, jusqu’au complexe CIV de la chaine respiratoire, puis vers le récepteur final des électrons qui est le dioxygène; qui sera réduit en eau.

L’énergie perdue par les électrons durant leur passage dans la chaîne respiratoire est utilisée pour faire passer les ions H+ de la matrice mitochondriale vers l’espace inter-membranaire où ils se concentrent. Ce qui crée un gradient de proton (H+) de part et d’autre de la membrane interne.

L’énergie chimique emmagasinée dans le gradient, exploité par les sphérules pédonculées (ATP synthétases), pour transporter H+ de l’espace intermembranaire vers la matrice et la phosphorylation de l’ADP en ATP selon la réaction suivante:

ADP + Pi  + énergie —————-> ATP + H2O

2 – La membrane interne est le lieu de production d’énergie par phosphorylation de l’ADP et le lieu de l’oxydation de NADH2 et de FADH2 en parallèle avec la réduction du dioxygène en eau, l’ensemble de ces activités constitue la phosphorylation oxydative.

3 -les réactions de la réoxydation des transporteurs réduits

NADH,H+  —————-> NAD + 2e- + 2H+

FADH2  —————-> FAD + 2e- + 2H+

4 -la réaction de la réduction du dioxygène

1/2O2+ 2e- + 2H+ ——————–>H2O

 

3 – Le bilan énergétique de l’oxydation du glucose:

Document 11: un schéma bilan montrant les mécanismes produisant de l’énergie à partir du glucose, lors de la respiration cellulaire.

1 – A partir de l’exploitation du document 11 et vos connaissances, calculez le bilan énergétique de la respiration, sachant que l’oxydation d’une molécule de NADH,H+ permet la synthèse de 3ATP, alors que l’oxydation d’une molécule de FADH2 permet la synthèse de 2ATP seulement.

Le milieu                      Les réactions                                    le bilan énergétique

L’hyaloplasme             Glycolyse                                        2ATP ————> 2ATP

                                                                                                          2NADH,H+ —–> 6ATP

La Mitochondrie        Formation de l’acétyl-CoA          2NADH,H+ —–> 6ATP

                                             Cycle de krebs                                6NADH,H+ —–> 18ATP

                                                                                                                2FADH2 ——–> 4ATP

                                                                                                               2ATP ————> 2ATP

                                                                                                                                   Total =  38ATP

Dans certaines cellules les molécules de NADH,H+ formées dans l’hyaloplasme sont remplacées par des FADH2 à l’intérieur de la mitochondrie, dans ce cas le bilan sera 36ATP

 

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Créé sur Par Mostafa fathi

QUIZ 3

Testez vos connaissances

1 / 14

Les mitochondries sont visibles :

2 / 14

L'intérieur de la mitochondrie se nomme

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Le cycle de Krebs

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Le nombre de molécules d'ATP produite à partir d'une seule molécule d'acide pyruvique lors de la respiration est :

5 / 14

1 molécule d’acétyl-coenzyme A donne :

6 / 14

1 acétyl-coenzyme A produit dans un cycle de Krebs

7 / 14

Dans une mitochondrie les ATP synthases se trouvent

8 / 14

A la fin du mécanisme de respiration cellulaire, le dioxygène (O2) a été transformé en

9 / 14

A la fin du mécanisme de respiration cellulaire, le glucose a été transformé en :

10 / 14

Lors du Cycle de Krebs

11 / 14

Lors du fonctionnement des chaines respiratoires

12 / 14

Au cours du mécanisme de respiration cellulaire, la majeure partie de l'ATP est produite :

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La chaine respiratoire 

14 / 14

La chaîne respiratoire est localisée

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