| Bilan de la respiration - Intensité respiratoire et contrôle respiratoire |
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 4. Exercices d'application |
| 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 |
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| Nombre total de molécules d'ATP synthétisées | 2 + 2 + 24 + 8 = 36 | 2 + 2 + 30 + 4 = 38 | |
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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-dessous représente un oxygramme obtenu avec une électrode à 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.
Adapté de : Buchanan et al. (2000) "Biochemistry and Molecular Biology of Plants" |
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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 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. |
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3. Inhibiteurs et agents découplants de la respiration Il y a six types de poisons qui affectent le fonctionnement de la mitochondrie : a. Inhibiteurs de la chaîne respiratoire : cyanure, antimycine, thenoyl-trifluoroacétone ou roténone obtenue à partir de plantes tropicales. Ils bloquent la respiration en présence d'ADP ou d'un agent découplant.
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) inhibent une ou plusieurs enzymes de ce cycle. |
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e. Les inhibiteurs de la phosphorylation - exemple : 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.
Source : Wang et al. (1998) Nature 396, 279 - 282 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" à 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. |
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f. Agents découplants - exemple : 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-dessous). C'est un agent découplant trés puissant.
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". |
