Bilan de la respiration - Intensité respiratoire et contrôle respiratoire
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1. Bilan de la synthèse d'ATP au cours de la respiration

2. L'intensité respiratoire et le contrôle respiratoire

3. Inhibiteurs et agents découplants de la respiration

 

1. Bilan de la synthèse d'ATP formé au cours de la respiration
Etape

phosphorylation au niveau du substrat

phosphorylation oxydative : chaîne respiratoire et ATP synthase

Glycolyse 2 ATP ------------ ------------

Entrée dans la mitochondrie du pouvoir réducteur du (NADH + H+) de la glycolyse

------------

via la navette glycérol 3-phosphate :

2 FADH2

via la navette malate - aspartate :

2 NADH + H+

Pyruvate déshydrogénase ------------ 2 NADH + H+ 2 NADH + H+
Cycle de Krebs 2 ATP (ou GTP)

6 NADH + H+

2 FADH2

6 NADH + H+

2 FADH2

Equivalents ATP

(NADH + H+) : 8 x 3 = 24 ATP

FADH2 : 4 x 2 = 8 ATP

(NADH + H+) : 10 x 3 = 30 ATP

FADH2 : 2 x 2 = 4 ATP

Nombre total de molécules d'ATP synthétisées 2 + 2 + 24 + 8 = 36 2 + 2 + 30 + 4 = 38

2. L'intensité respiratoire et le contrôle respiratoire

L'intensité respiratoire (IR) est la quantité d'oxygène consommé (ou de CO2 dégagé) par unité de temps et de matière biologique (masse, nombre, surface, ...).

Exemple : IR = 150 pmoles O2 / min / mg protéine

 

La dépendance de la vitesse de respiration en fonction de la disponibilité de l'ADP (substrat de l'ATP synthase) est appelé contrôle respiratoire.

                                            IR en présence d'ADP
contrôle respiratoire     =    ------------------------------------
                                            IR en absence d'ADP

Toute augmentation de l'IR (c'est--dire du flux d'électrons jusqu' l'oxygène) entraîne l'accroissement de la production d'ATP.

Inversement, toute stimulation de la production d'ATP (par fourniture d'ADP aux mitochondries, par exemple) entraîne l'accroissement de la consommation d'oxygène.

C'est ce que l'on appelle le couplage respiratoire.

Le rapport [P/O] est le nombre de moles d'ADP ajouté divisé par le nombre de moles d'oxygène consommé pendant la phosphorylation de l'ADP.

La figure ci-contre représente un oxygramme obtenu avec une électrode oxygène au cours de la respiration mitochondriale en présence de Pi et d'un substrat donneur d'électrons (exemple : le succinate ou tout substrat qui génère du NADH + H+).

La valeur des pentes (p1, p2 ...) des enregistrements reflète l'IR.

oxygramme electrode oxygene respiration mitochondriale mitochondrie donneur electron proton gradient oxygramme cyanure ATP synthese biochimej

Adapté de : Buchanan et al. (2000) "Biochemistry and Molecular Biology of Plants"

Le contrôle respiratoire permet à la cellule d'adapter la respiration à la demande énergétique.

C'est le gradient de protons qui régule la vitesse de transfert des électrons, donc la consommation d'oxygène.


Le tableau suivant résume les différents états indiqués dans la figure ci-dessus :
ADP Etat Gradient de protons Transfert d'électrons Consommation d'O2 Remarque
absent 2, 4 fort ralenti ralentie Les protons sont plus difficilement expulsés par les complexes I, II et IV.
présent 3

faible : formation d'ATP (les protons retournent dans la matrice)

accéléré augmente

L'ADP phosphorylé par l'ATP synthase dissipe en partie le gradient de protons.

contrôle respiratoire : p2/p1 = 6

Agent découplant

Etat 5

annulation : il n'y a plus formation d'ATP

maximal maximale  

Voir des exercices d'application de ces notions


3. Inhibiteurs et agents découplants de la respiration

Il y a six types de poisons qui affectent le fonctionnement de la mitochondrie :

a. Les inhibiteurs de la chaîne respiratoire (cyanure, antimycine, thenoyl-trifluoroacétone ou roténone obtenue à partir de plantes tropicales, figure ci-contre).

Ils bloquent la respiration en présence d'ADP ou d'un agent découplant.

cyanure antimycine thenoyl trifluoroacétone rotenone inhibiteur decouplant synthese ATP chaine respiratoire biochimej

b. Les inhibiteurs du transport (atractyloside, N-éthyl maléimide). Ils empêchent soit l'exportation de l'ATP, soit l'importation des molécules précurseur, au travers de la membrane mitochondriale interne.

c. Les ionophores (valinomycine, nigericine). Ils rendent la membrane mitochondriale interne perméable à des composés qui normalement ne pourraient pas franchir cette membrane.

d. Les inhibiteurs du cycle de Krebs (arsenite, amino-oxyacétate). Ils inhibent une ou plusieurs enzymes de ce cycle.

e. Les inhibiteurs de la phosphorylation (oligomycine).

Ils empêchent la consommation d'oxygène après l'addition d'ADP mais n'ont pas d'effet sur la stimulation de la respiration par les agents découplants.

Le complexe V ou ATP synthase F0F1, se sert du gradient de concentration de protons comme source d'énergie pour synthétiser l'ATP :

F1 est l'élément qui catalyse l'hydrolyse de l'ATP : on l'appelle usuellement l'ATPase F1 ou ATP hydrolase. Dans certaines conditions, elle peut en effet utiliser l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour faire tourner les sous-unités.

F0 est un "tunnel" protons sur toute l'épaisseur de la membrane interne de la mitochondrie. Il est inhibé par l'oligomycine (antibiotique) qui en s'y fixant, empêche la synthèse d'ATP

oligomycine inhibiteur phosphorylation cyanure antimycine thenoyl trifluoroacétone rotenone inhibiteur decouplant synthese ATP chaine respiratoire biochimej

Source : Wang et al. (1998) Nature 396, 279 - 282

f. Les agents découplants (2,4 dinitrophénol, CCCP).

Ils dissipent artificiellement le gradient de protons et il n'y a plus synthèse d'ATP. Le transfert d'électrons et la consommation d'O2 sont à leur maximum.

Le carbonyl cyanide m-chloro-phenyl hydrazone (CCCP) est un composé lipidique faiblement acide (figure ci-contre). C'est un agent découplant trés fort.

dinitrophenol cyanure antimycine thenoyl trifluoroacétone rotenone inhibiteur decouplant synthese ATP chaine respiratoire biochimej

Dans la forme ionisée du CCCP, la charge négative est délocalisée sur environ 10 atomes. Le champs électrique qui entoure la forme anionique est donc trés faible. Celà permet à l'anion de diffuser librement dans un milieu non polaire tel que la membrane (bicouche phospholipidique).

Le p-trifluoromethoxy-carbonyl-cyanide-phenyl hydrazone (FCCP) est similaire au CCCP.

Pour plus de détails, aller au site : "Uncouplers and Inhibitors"

 

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