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Chaîne de transport d'électrons et production d'énergie expliquées

Chaîne de transport d'électrons et production d'énergie expliquées

En biologie cellulaire, le chaîne de transport d'électrons est l'une des étapes du processus de votre cellule qui tire de l'énergie des aliments que vous mangez.

C'est la troisième étape de la respiration cellulaire aérobie. La respiration cellulaire est le terme utilisé pour décrire comment les cellules de votre corps produisent de l'énergie à partir de la nourriture consommée. La chaîne de transport d'électrons est l'endroit où la plupart de l'énergie nécessaire aux cellules pour fonctionner est générée. Cette "chaîne" est en fait une série de complexes protéiques et de molécules porteuses d'électrons au sein de la membrane interne des mitochondries cellulaires, également appelée centrale de la cellule.

L'oxygène est nécessaire à la respiration aérobie car la chaîne se termine par le don d'électrons à l'oxygène.

Points à retenir: chaîne de transport d'électrons

  • La chaîne de transport des électrons est une série de complexes protéiques et de molécules porteuses d’électrons dans la membrane interne de mitochondries qui génèrent de l'ATP pour l'énergie.
  • Les électrons sont transmis tout au long de la chaîne, du complexe protéique au complexe protéique, jusqu'à ce qu'ils soient donnés à l'oxygène. Lors du passage des électrons, les protons sont pompés hors du matrice mitochondriale à travers la membrane interne et dans l'espace intermembranaire.
  • L'accumulation de protons dans l'espace intermembranaire crée un gradient électrochimique qui fait que les protons descendent dans le gradient et reviennent dans la matrice par l'intermédiaire de l'ATP synthase. Ce mouvement de protons fournit l'énergie nécessaire à la production d'ATP.
  • La chaîne de transport des électrons est la troisième étape de respiration cellulaire aérobie. La glycolyse et le cycle de Krebs sont les deux premières étapes de la respiration cellulaire.

Comment l'énergie est faite

Lorsque les électrons se déplacent le long d’une chaîne, le mouvement ou l’impulsion sert à créer de l’adénosine triphosphate (ATP). L'ATP est la principale source d'énergie pour de nombreux processus cellulaires, notamment la contraction musculaire et la division cellulaire.

L'adénosine triphosphate (ATP) est un produit chimique organique qui fournit de l'énergie aux cellules. ttsz / iStock / Getty Images Plus

L'énergie est libérée pendant le métabolisme cellulaire lorsque l'hydrate de triphosphate d'adénosine est hydrolysé. Cela se produit lorsque des électrons passent d'un complexe protéique à un autre le long de la chaîne, jusqu'à ce qu'ils soient donnés à de l'eau formant de l'oxygène. L'ATP se décompose chimiquement en adénosine diphosphate (ADP) en réagissant avec de l'eau. L'ADP est à son tour utilisé pour synthétiser l'ATP.

Plus en détail, lorsque des électrons passent d’une chaîne de protéines à une autre, l’énergie est libérée et les ions hydrogène (H +) sont pompés hors de la matrice mitochondriale (compartiment de la membrane interne) et dans l’espace intermembranaire (compartiment situé entre membranes interne et externe). Toute cette activité crée à la fois un gradient chimique (différence de concentration de la solution) et un gradient électrique (différence de charge) à travers la membrane interne. À mesure que davantage d'ions H + sont pompés dans l'espace intermembranaire, la concentration plus élevée d'atomes d'hydrogène se formera et retournera à la matrice alimentant simultanément la production d'ATP par le complexe protéique ATP synthase.

L'ATP synthase utilise l'énergie générée par le mouvement des ions H + dans la matrice pour la conversion de l'ADP en ATP. Ce processus d'oxydation de molécules afin de générer de l'énergie pour la production d'ATP est appelé phosphorylation oxydative.

Les premières étapes de la respiration cellulaire

La respiration cellulaire est un ensemble de réactions métaboliques et de processus intervenant dans les cellules des organismes afin de convertir l'énergie biochimique provenant des nutriments en adénosine triphosphate (ATP), puis de libérer les déchets. Normales / iStock / Getty Images Plus

La première étape de la respiration cellulaire est la glycolyse. La glycolyse se produit dans le cytoplasme et implique la scission d'une molécule de glucose en deux molécules du composé chimique pyruvate. Au total, deux molécules d'ATP et deux molécules de NADH (molécule porteuse d'électrons à haute énergie) sont générées.

La deuxième étape, appelée cycle de l'acide citrique ou cycle de Krebs, est le moment où le pyruvate est transporté à travers les membranes mitochondriales externe et interne dans la matrice mitochondriale. Le pyruvate est encore oxydé dans le cycle de Krebs, produisant deux autres molécules d’ATP, ainsi que le NADH et le FADH. 2 molécules. Electrons de NADH et FADH2 sont transférés à la troisième étape de la respiration cellulaire, la chaîne de transport d'électrons.

Complexes de protéines dans la chaîne

Il existe quatre complexes protéiques faisant partie de la chaîne de transport d'électrons qui permettent de faire passer des électrons dans la chaîne. Un cinquième complexe protéique sert à transporter les ions hydrogène dans la matrice. Ces complexes sont intégrés à la membrane mitochondriale interne.

Illustration de la chaîne de transport d'électrons avec phosphorylation oxydative. extender01 / iStock / Getty Images Plus

Complexe I

NADH transfère deux électrons au complexe I, ce qui donne quatre H+ les ions sont pompés à travers la membrane interne. NADH est oxydé en NAD+, qui est recyclé dans le cycle de Krebs. Les électrons sont transférés du complexe I vers une molécule porteuse, l'ubiquinone (Q), qui est réduite à l'ubiquinol (QH2). Ubiquinol porte les électrons au complexe III.

Complexe II

FADH2 transfère des électrons au complexe II et les électrons sont transmis à l'ubiquinone (Q). Q est réduit à l'ubiquinol (QH2), qui transporte les électrons jusqu'au complexe III. Non h+ les ions sont transportés dans l'espace intermembranaire dans ce processus.

Complexe III

Le passage des électrons au complexe III entraîne le transport de quatre autres H+ des ions à travers la membrane interne. QH2 est oxydé et les électrons sont transmis à un autre cytochrome C, une protéine porteuse d'électrons.

Complexe IV

Le cytochrome C transmet les électrons au complexe protéique final de la chaîne, le complexe IV. Deux h+ les ions sont pompés à travers la membrane interne. Les électrons passent ensuite du complexe IV à un oxygène (O2), provoquant la scission de la molécule. Les atomes d’oxygène résultants attrapent rapidement H+ des ions pour former deux molécules d'eau.

ATP Synthase

ATP synthase se déplace H+ les ions qui ont été pompés hors de la matrice par la chaîne de transport d'électrons dans la matrice. L'énergie provenant de l'afflux de protons dans la matrice est utilisée pour générer de l'ATP par phosphorylation (addition d'un phosphate) de l'ADP. Le mouvement des ions à travers la membrane mitochondriale sélectivement perméable et le long de leur gradient électrochimique est appelé chimiosmose.

NADH génère plus d'ATP que FADH2. 10 H pour chaque molécule de NADH oxydée+ les ions sont pompés dans l'espace intermembranaire. Cela donne environ trois molécules d'ATP. Parce que FADH2 entre dans la chaîne à un stade ultérieur (complexe II), six H seulement+ les ions sont transférés dans l'espace intermembranaire. Cela représente environ deux molécules d'ATP. Au total, 32 molécules d’ATP sont générées lors du transport d’électrons et de la phosphorylation par oxydation.

Sources

  • "Le transport d'électrons dans le cycle énergétique de la cellule." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
  • Lodish, Harvey et al. "Transport d'électrons et phosphorylation oxydative." Biologie cellulaire moléculaire. 4ème édition.Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.