La chaîne de transport d'électrons (ETC) est le processus biochimique qui produit la majeure partie du carburant d'une cellule dans les organismes aérobies. Cela implique l'accumulation d'une force motrice protonique (PMF), qui permet la production d'ATP, le principal catalyseur des réactions cellulaires. L'ETC est une série de réactions redox où les électrons sont transférés des réactifs aux protéines mitochondriales. Cela donne aux protéines la capacité de déplacer des protons à travers un gradient électrochimique, formant le PMF.
Le cycle de l'acide citrique alimente l'ETC
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Les principaux réactifs biochimiques de l'ETC sont les donneurs d'électrons succinate et nicotinamide adénine dinucléotide hydraté (NADH). Ceux-ci sont générés par un processus appelé cycle de l'acide citrique (CAC). Les graisses et les sucres sont décomposés en molécules plus simples telles que le pyruvate, qui alimentent ensuite le CAC. Le CAC retire de l'énergie de ces molécules pour produire les molécules denses aux électrons nécessaires à l'ETC. Le CAC produit six molécules de NADH et chevauche l'ETC proprement dit lorsqu'il forme du succinate, l'autre réactif biochimique.
NADH et FADH2
La fusion d'une molécule précurseur pauvre en électrons appelée nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) avec un proton forme le NADH. Le NADH est produit dans la matrice mitochondriale, la partie la plus interne de la mitochondrie. Les différentes protéines de transport de l'ETC sont situées sur la membrane interne mitochondriale, qui entoure la matrice. Le NADH donne des électrons à une classe de protéines ETC appelées NADH déshydrogénases, également connues sous le nom de Complexe I. Cela décompose le NADH en NAD+ et un proton, transportant quatre protons hors de la matrice dans le processus, augmentant ainsi le PMF. Une autre molécule appelée flavine adénine dinucléotide (FADH2) joue un rôle similaire en tant que donneur d'électrons.
succinate et QH2
La molécule de succinate est produite par l'une des étapes intermédiaires du CAC et est ensuite dégradée en fumarate pour aider à former le donneur d'électrons dihydroquinone (QH2). Cette partie du CAC chevauche l'ETC: QH2 alimente une protéine de transport appelée Complexe III, qui agit pour expulser des protons supplémentaires de la matrice mitochondriale, augmentant ainsi le PMF. Le complexe III active un complexe supplémentaire appelé Complexe IV, qui libère encore plus de protons. Ainsi, la dégradation du succinate en fumarate entraîne l'expulsion de nombreux protons de la mitochondrie à travers deux complexes protéiques en interaction.
Oxygène
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Les cellules captent l'énergie à travers une série de réactions de combustion lentes et contrôlées. Des molécules telles que le pyruvate et le succinate libèrent de l'énergie utile lorsqu'elles sont brûlées en présence d'oxygène. Les électrons de l'ETC sont finalement transmis à l'oxygène, qui est réduit en eau (H2O), absorbant quatre protons dans le processus. De cette manière, l'oxygène agit à la fois comme récepteur terminal d'électrons (c'est la dernière molécule à recevoir les électrons ETC) et comme réactif essentiel. L'ETC ne peut pas se produire en l'absence d'oxygène, de sorte que les cellules en manque d'oxygène ont recours à une respiration anaérobie très inefficace.
ADP et Pi
L'objectif ultime de l'ETC est de produire la molécule à haute énergie adénosine triphosphate (ATP) pour catalyser les réactions biochimiques. Les précurseurs de l'ATP, l'adénosine diphosphate (ADP) et le phosphate inorganique (Pi) sont facilement importés dans la matrice mitochondriale. Il faut une réaction à haute énergie pour lier ADP et Pi ensemble, c'est là que le PMF fonctionne. En permettant aux protons de revenir dans la matrice, de l'énergie de travail est produite, forçant la formation d'ATP à partir de ses précurseurs. On estime que 3,5 hydrogènes doivent entrer dans la matrice pour la formation de chaque molécule d'ATP.