Définition de la Chaîne de transport d’électrons

La chaîne de transport d’électrons est un groupe de protéines qui transfèrent des électrons à travers une membrane dans les mitochondries pour former un gradient de protons qui entraîne la création d’adénosine triphosphate (ATP). L’ATP est utilisé par la cellule comme énergie pour les processus métaboliques des fonctions cellulaires.

Où se produit la Chaîne de Transport d’Électrons?

Au cours du processus, un gradient de protons est créé lorsque les protons sont pompés de la matrice mitochondriale dans l’espace intermembranaire de la cellule, ce qui contribue également à la production d’ATP. Souvent, l’utilisation d’un gradient de protons est appelée mécanisme chimiosmotique qui pilote la synthèse de l’ATP, car il repose sur une concentration plus élevée de protons pour générer une « force motrice du proton”. La quantité d’ATP créée est directement proportionnelle au nombre de protons qui sont pompés à travers la membrane mitochondriale interne.

La chaîne de transport des électrons implique une série de réactions redox qui repose sur des complexes protéiques pour transférer les électrons d’une molécule donneuse à une molécule acceptrice. À la suite de ces réactions, le gradient de protons est produit, ce qui permet de convertir le travail mécanique en énergie chimique, permettant la synthèse de l’ATP. Les complexes sont intégrés dans la membrane mitochondriale interne appelée cristae chez les eucaryotes. La matrice est entourée par la membrane mitochondriale interne, où se trouvent les enzymes nécessaires telles que la pyruvate déshydrogénase et la pyruvate carboxylase. Le processus peut également être trouvé chez les eucaryotes photosynthétiques dans la membrane thylakoïde des chloroplastes et chez les procaryotes, mais avec des modifications.

Des sous-produits d’autres cycles et procédés, comme le cycle de l’acide citrique, l’oxydation des acides aminés et l’oxydation des acides gras, sont utilisés dans la chaîne de transport des électrons. Comme on le voit dans la réaction redox globale,

2 H ++2 e + + ½ O2 → H2O +énergie

l’énergie est libérée dans une réaction exothermique lorsque des électrons traversent les complexes; trois molécules d’ATP sont créées. Le phosphate situé dans la matrice est importé via le gradient de protons, qui est utilisé pour créer plus d’ATP. Le processus de génération de plus d’ATP via la phosphorylation de l’ADP est appelé phosphorylation oxydative puisque l’énergie de l’oxygénation de l’hydrogène est utilisée tout au long de la chaîne de transport des électrons. L’ATP généré par cette réaction alimente la plupart des réactions cellulaires nécessaires à la vie.

Étapes de la chaîne de transport d’électrons

Dans la chaîne de transfert d’électrons, les électrons se déplacent le long d’une série de protéines pour générer une force de type expulsion pour déplacer des ions hydrogène, ou des protons, à travers la membrane mitochondriale. Les électrons commencent leurs réactions dans le Complexe I, continuant sur le Complexe II, traversés vers le Complexe III et le cytochrome c via la coenzyme Q, puis finalement vers le Complexe IV. Les complexes eux-mêmes sont des protéines à structure complexe incorporées dans la membrane des phospholipides. Ils sont combinés avec un ion métallique, tel que le fer, pour aider à l’expulsion des protons dans l’espace intermembranaire ainsi que d’autres fonctions. Les complexes subissent également des changements conformationnels pour permettre des ouvertures pour le mouvement transmembranaire des protons.

Ces quatre complexes transfèrent activement des électrons à partir d’un métabolite organique, tel que le glucose. Lorsque le métabolite se décompose, deux électrons et un ion hydrogène sont libérés puis captés par la coenzyme NAD + pour devenir du NADH, libérant un ion hydrogène dans le cytosol.

Le NADH a maintenant deux électrons qui les transmettent sur une molécule plus mobile, l’ubiquinone (Q), dans le premier complexe protéique (Complexe I). Le complexe I, également connu sous le nom de NADH déshydrogénase, pompe quatre ions hydrogène de la matrice dans l’espace intermembranaire, établissant le gradient de protons. Dans la protéine suivante, le Complexe II ou succinate déshydrogénase, un autre support électronique et coenzyme, le succinate est oxydé en fumarate, entraînant une réduction de la DCP (dinucléotide flavine-adénine) en FADH2. La molécule de transport, FADH2, est ensuite réoxydée, donnant des électrons à Q (devenant QH2), tout en libérant un autre ion hydrogène dans le cytosol. Bien que le complexe II ne contribue pas directement au gradient de protons, il sert d’autre source d’électrons.

Le complexe III, ou cytochrome c réductase, est l’endroit où se déroule le cycle Q. Il y a une interaction entre Q et les cytochromes, qui sont des molécules composées de fer, pour continuer le transfert des électrons. Au cours du cycle Q, l’ubiquinol (QH2) précédemment produit donne des électrons à l’ISP et au cytochrome b devenant de l’ubiquinone. L’ISP et le cytochrome b sont des protéines situées dans la matrice qui transfère ensuite l’électron reçu de l’ubiquinol au cytochrome c1. Le cytochrome c1 le transfère ensuite au cytochrome c, qui déplace les électrons vers le dernier complexe. (Remarque: Contrairement à l’ubiquinone (Q), le cytochrome c ne peut transporter qu’un électron à la fois). L’ubiquinone est alors réduite à nouveau à QH2, redémarrant le cycle. Dans le processus, un autre ion hydrogène est libéré dans le cytosol pour créer davantage le gradient de protons.

Les cytochromes s’étendent ensuite en Complexe IV, ou cytochrome c oxydase. Les électrons sont transférés un à la fois dans le complexe à partir du cytochrome c. Les électrons, en plus de l’hydrogène et de l’oxygène, réagissent ensuite pour former de l’eau dans une réaction irréversible. C’est le dernier complexe qui transloque quatre protons à travers la membrane pour créer le gradient de protons qui développe l’ATP à la fin.

Au fur et à mesure que le gradient de protons est établi, la F1F0 ATP synthase, parfois appelée Complexe V, génère l’ATP. Le complexe est composé de plusieurs sous-unités qui se lient aux protons libérés lors de réactions antérieures. Lorsque la protéine tourne, les protons sont ramenés dans la matrice mitochondriale, permettant à l’ADP de se lier au phosphate libre pour produire de l’ATP. Pour chaque tour complet de la protéine, trois ATP sont produits, concluant la chaîne de transport des électrons.

Quiz

1. Le complexe IV, également connu sous le nom de cytochrome oxydase, effectue quelle réaction?
A. NADH + Q ↔ NAD ++ QH2
B. NADH ↔ NAD ++2H ++2e –
C. 2 H ++2 e ++ ½ O2 → H2O + énergie
D. 4 H ++ 4 e– +O2 → 2 H2O

2. Quel(s) composant(s) est transmis au premier complexe de la chaîne de transport d’électrons?
A. NADH +H +
B. FADH +
C. Q
D. Cytochrome c

3. Où est la plus forte concentration de protons pendant que la chaîne de transport d’électrons est activée?
A. Couche phospholipidique
B. Matrice mitochondriale
C. Espace intermembranaire
D. Membrane cellulaire