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Vidéo de la leçon: Phosphorylation oxydative Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire le processus de phosphorylation oxydative et rappeler les produits formés.

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Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir la phosphorylation oxydative, la dernière étape de la respiration cellulaire. Nous rappellerons les principaux réactifs et produits de la phosphorylation oxydative et expliquerons le rôle de la chaîne de transport d’électrons. Enfin, nous examinerons la phosphorylation oxydative dans le contexte des autres réactions de la respiration.

Le but principal de la respiration cellulaire est de décomposer le glucose dans nos cellules pour produire de l’énergie. Nous pouvons diviser la respiration cellulaire en quatre étapes principales. Premièrement, la glycolyse décompose une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate. Deuxièmement, la décarboxylation du pyruvate convertit le pyruvate en acétyl-coenzyme A. Troisièmement, le cycle de Krebs décompose et régénère l'acide citrique, en produisant plusieurs molécules de coenzyme au cours du processus. Et enfin, la phosphorylation oxydative utilise ces coenzymes pour effectuer une série de réactions biochimiques qui génèrent de nombreuses molécules d’ATP.

Alors, apprenons-en plus sur cette dernière étape de la respiration. La phosphorylation oxydative est un processus aérobie. Cela signifie qu’il faut de l’oxygène pour qu’elle ait lieu. La phosphorylation oxydative a lieu dans les mitochondries de la plupart des cellules vivantes. En effet, la phosphorylation oxydative utilise ce qu’on appelle la chaîne de transport d’électrons. La chaîne de transport d'électrons est un ensemble de complexes protéiques spécialisés dans le transport, vous l'avez deviné, des électrons. Ces complexes protéiques se trouvent dans la membrane mitochondriale interne illustrée ici dans cette vue agrandie. Examinons ces protéines de manière un peu plus détaillée.

Voici un aperçu des complexes protéiques que l'on trouve dans la chaîne de transport d'électrons. Le symbole e représente un électron. Nous pouvons voir qu’un électron se déplacera à travers les différentes protéines, enzymes et cytochromes pour sortir de la chaîne de transport d’électrons. Mais d’où viennent ces électrons? Rappelez-vous que dans le cycle de Krebs, le NAD réduit et la FAD réduite ont été produits. Eh bien, les voici. Ces coenzymes sont chargés de fournir une source d’électrons à la chaîne de transport d’électrons. Le NADH et la FADH2 perdent des atomes d’hydrogène qui se séparent en ions hydrogène et en électrons. Les électrons sont ensuite donnés à la chaîne de transport d’électrons.

Maintenant, suivons le trajet de ces électrons donnés. Au fur et à mesure que les électrons descendent dans la chaîne de transport des électrons, ils perdent de l'énergie. Cette énergie est ensuite utilisée pour transporter activement les ions hydrogène, dont nous avons parlé précédemment, hors de la matrice mitochondriale et dans l'espace intermembranaire. Les ions hydrogène commencent alors à s’accumuler à des concentrations relativement élevées dans l’espace intermembranaire. Vous savez déjà peut-être que les particules ont tendance à se déplacer facilement d'une zone de forte concentration à une zone de faible concentration. C’est exactement ce qui se passe avec les ions hydrogène. Cependant, ces ions ne peuvent pas simplement passer à travers la membrane. Ils doivent utiliser un canal spécifique. Dans ce cas, les ions hydrogène se déplacent à travers le canal de l’enzyme ATP synthase.

Vous avez peut-être déjà deviné le rôle de l’ATP synthase à partir de son nom. L’ATP synthase est une enzyme responsable de la production de l’ATP. Pour ce faire, elle couple le mouvement des ions hydrogène à travers son canal avec la phosphorylation de l’ADP. Rappelez-vous que l’ADP, ou l’adénosine diphosphate, possède deux groupes phosphate. Au cours de la réaction de phosphorylation, l’ADP gagne un autre groupe phosphate pour former de l’ATP, ou adénosine triphosphate. Nous connaissons déjà bien l’ATP, qui est la molécule de transport d’énergie essentielle à nos cellules.

Le mouvement des ions hydrogène le long de leur gradient de concentration est connu sous le nom de chimiosmose. Comme les ions hydrogène sont des particules chargées électriquement, nous décrivons ce gradient de concentration particulier comme un gradient électrochimique. On peut dire que l’ATP est produit par chimiosmose, car l’ATP synthase utilise ce mouvement des ions pour phosphoryler l’ADP. Vous avez peut-être remarqué qu’à ce stade, les électrons dont nous avons parlés et les ions hydrogène sont tous deux sortis de la chaîne de transport d’électrons. Alors, que leur arrive-t-il? Les électrons qui quittent la chaîne de transport d’électrons sont transmis aux molécules d’oxygène. L’oxygène accepte facilement ces électrons. C’est pourquoi nous nous référons à l’oxygène comme accepteur final d’électrons.

En fait, environ 95 pour cent de l’oxygène absorbé par vos cellules est utilisé comme accepteur final d’électrons dans la chaîne de transport d’électrons. Cette réaction influence également fortement la séquence entière des réactions qui précèdent la phosphorylation oxydative. Si l’oxygène n’est pas disponible, les électrons ne peuvent pas descendre la chaîne de transport d’électrons. Donc, la phosphorylation oxydative n’a pas lieu. En l'absence d'oxygène, la seule étape de la respiration cellulaire qui peut se produire est la glycolyse. Donc, les molécules d’oxygène acceptent les électrons et se combinent avec les ions’hydrogène pour former de l’eau. Et voilà! Les produits finaux de la phosphorylation oxydative sont l’ATP et l’eau.

Nous connaissons mieux maintenant la phosphorylation oxydative et la chaîne de transport d'électrons, mais nous devons revenir sur les autres réactions de la respiration cellulaire pour bien comprendre l'importance de cette étape. Commençons par l’équation chimique globale de la respiration cellulaire aérobie. Le glucose et l’oxygène produisent du dioxyde de carbone et de l’eau. N’oubliez pas que l’énergie produite au cours de ce processus est sous la forme d’ATP. Une molécule de glucose entre dans la glycolyse. Chaque molécule de glucose donne un rendement net en ATP de deux molécules, et un rendement net en NAD réduit de deux molécules.

Les produits finaux de la glycolyse sont deux molécules de pyruvate. Chaque molécule de pyruvate agit maintenant comme un réactif dans la décarboxylation du pyruvate. Donc, pour chaque molécule de glucose, il se produit deux réactions de décarboxylation du pyruvate. À chaque décarboxylation du pyruvate, le rendement net en NAD réduit est une molécule, et le produit final est une molécule d’acétyl-coenzyme A. Cette acétyl-coenzyme A agit maintenant comme le principal réactif du cycle de Krebs. Après un tour du cycle de Krebs, une molécule d’ATP, une molécule de FADH2 et trois molécules de NADH sont produites. Ces molécules de NAD et FAD réduits et celles produites dans les réactions précédentes entrent maintenant dans la phosphorylation oxydative.

Pour chaque molécule de NAD réduit utilisée dans la phosphorylation oxydative, trois molécules d’ATP sont généralement produites. Et pour chaque molécule de FAD réduit utilisée dans la phosphorylation oxydative, deux molécules d’ATP sont généralement produites. La phosphorylation oxydative peut produire entre 26 et 32 molécules d’ATP par molécule de glucose. En prenant en compte toutes les étapes de la respiration cellulaire, le rendement total en ATP est de 30 à 38 molécules d’ATP. Maintenant, nous pouvons voir pourquoi la dernière étape de la respiration cellulaire est si importante. C’est à ce moment là que la plus grande majorité de la molécule de transport d’énergie ATP est produite.

Maintenant que nous en savons plus sur la phosphorylation oxydative et son rôle dans la respiration cellulaire, essayons de répondre à une question pratique.

Quel est le rôle de la réduction du NAD et du FAD dans la chaîne de transport d’électrons? (A) d’agir en tant qu’accepteurs finaux d’électrons. (B) de transporter activement les ions hydrogène à travers la membrane mitochondriale. (C) de fournir de l’énergie à la phosphorylation de l’ADP afin de former de l’ATP. (D) de fournir des électrons pour la chaîne de transport d’électrons.

La chaîne de transport d'électrons désigne une série de complexes protéiques comprenant des cytochromes, des enzymes et des coenzymes, spécialisés dans le transport des électrons. La chaîne de transport d’électrons se trouve dans la membrane interne des mitochondries. Voyons de plus près la chaîne de transport d’électrons. Nous pouvons voir sur la figure que les électrons se déplacent entre les complexes protéiques de la chaîne avant de se joindre aux ions hydrogène et à l'oxygène pour former l'eau. Lorsque les électrons se déplacent dans la chaîne de transport d’électrons, de l’énergie libre est produite. Cette énergie est utilisée pour transporter activement les ions hydrogène à travers la membrane, hors de la matrice et dans l’espace intermembranaire.

Mais qu’en est-il de la réduction du NAD et du FAD? Quand interviennent-ils? En chimie, quelque chose de réduit signifie qu’il a gagné des électrons. Le NAD et le FAD deviennent réduits au stade précédent de la respiration, le cycle de Krebs. Quand ils débutent la phosphorylation oxydative, le NAD et le FAD réduits transfèrent leurs électrons à la chaîne de transport d’électrons.

Passons maintenant en revue ces réactions ensemble. Au cours des réactions, leurs atomes d’hydrogène se dissocient. Cela signifie que les atomes se séparent en ions chargés positivement et en électrons chargés négativement. Les électrons se déplacent alors le long de la chaîne de transport d’électrons, et les ions hydrogène sont activement transportés à travers la membrane mitochondriale interne. En raison du gradient électrochimique produit, l’enzyme ATP synthase peut utiliser le mouvement des ions hydrogène dans la matrice pour produire de l’ATP.

Nous pouvons donc maintenant décrire avec précision le rôle de la réduction du NAD et de la réduction du FAD dans la chaîne de transport d’électrons. Notre réponse correcte est (D), de fournir des électrons pour la chaîne de transport d’électrons.

Résumons ce que nous avons appris sur la phosphorylation oxydative avec quelques points clés. La respiration cellulaire est le processus par lequel les organismes vivants produisent de l’énergie en décomposant le glucose et d’autres substrats. La phosphorylation oxydative est la dernière étape de la respiration cellulaire. La phosphorylation oxydative implique le mouvement des électrons à travers la chaîne de transport d’électrons dans les mitochondries. Le mouvement des électrons fournit l’énergie nécessaire au déplacement des ions hydrogène à travers la membrane interne des mitochondries. L’ATP est produite par chimiosmose lorsque l’ATP synthase couple le mouvement des ions hydrogène à la phosphorylation de l’ADP. L’oxygène agit comme accepteur final d’électrons.

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