Aperçu
concept d'oxydation biologique
Processus par lequel les composés organiques (sucre, graisses et protéines) sont oxydés et décomposés au sein des cellules biologiques pour générer du CO2 et du H2O et libérer de l'énergie.
3 questions principales
Comment les cellules convertissent-elles le C des composés organiques en CO2 par le biais de changements chimiques ?
Les métabolites tels que les sucres, les lipides et les protéines sont convertis en composés comportant des groupes carboxyle par une série de réactions de déshydrogénation, d'ajout d'eau et d'autres réactions sous la catalyse d'enzymes, puis le CO2 est produit par des réactions de décarboxylation.
Comment les cellules utilisent-elles l’O pour oxyder le H des molécules organiques en H2O ?
L'H des métabolites est éliminé sous l'action de la déshydrogénase, accepté par le transporteur d'hydrogène correspondant (NAD, NADP, FAD, FMN, etc.), puis transféré à l'oxygène à travers une série de corps de transfert d'hydrogène ou de corps de transfert d'électrons pour générer de l'H2O
Comment l’énergie libérée lorsque les composés organiques sont oxydés dans les cellules est-elle récoltée ?
Une grande quantité d'énergie libérée par la chaîne de transport d'électrons est convertie en ATP par phosphorylation.
Énergie gratuite
Énergie libre G : fait référence à la partie de l'énergie qui peut être utilisée pour effectuer un travail utile dans un système, représentée par le symbole G.
△G : changement d'énergie gratuit dans toutes les conditions données. △G<0 est une condition nécessaire pour que la réaction se déroule spontanément. Les enzymes ne peuvent catalyser que des réactions dans lesquelles △G est une valeur négative.
△G◦′ : Il s'agit du changement d'énergie libre dans des conditions standard, c'est-à-dire que la concentration initiale des réactifs est de 1mol/L, la température est de 25℃ et le △G lorsque pH=7,0. Chaque réaction chimique a son changement d'énergie libre standard spécifique (c'est-à-dire △G◦′), qui est une valeur fixe
Calcul ΔG
Réaction A→B : ΔG = ΔGº′ RT ln[B]/[A]
Constante d’équilibre de réaction K′
[Produit]/[Substrat] lorsque la réaction atteint l'équilibre dans des conditions standard. K′ pour une réaction particulière est une constante
ΔGº ′= -2,303 RT lgK′= -5706 lgK′ (J/mol)
K′<1, ΔGº′ est positif, c'est une réaction endothermique et ne peut pas se dérouler spontanément.
K′＞1, ΔGº′ est une réaction négative, exergonique, peut se dérouler spontanément
Potentiel d'oxydo-réduction E
Indique à quel point il est facile pour l'agent réducteur de perdre des électrons (avec quelle facilité il est pour l'agent oxydant d'obtenir des électrons),
E0 : potentiel redox standard
Dans des conditions standards, comparer la différence de potentiel obtenue avec l'électrode à hydrogène standard
E0'
E0 du couple redox biologique mesuré à pH=7
ΔE0′ : changement de potentiel
La relation entre ΔG0′ et ΔE0′
Composés de phosphate à haute énergie
Composés phosphatés qui peuvent libérer plus de 25 kJ d'énergie par mole de groupe phosphate lors de l'hydrolyse. Les liaisons à haute énergie sont représentées par ~
Classification
Type de liaison phosphore-oxygène -O～P
①Composés d'acyle phosphate : tels que le phosphate de carbamoyle
② Composés d'énol phosphate : tels que le pyruvate de phosphoénol
③Composés pyrophosphates : tels que le pyrophosphate, l'ATP (adénosine triphosphate)
Liaison phosphore-azote de type -N~P : comme la créatine phosphate, qui joue un rôle dans le stockage de l'énergie dans l'organisme.
ATP
Les énergies libres libérées par l'hydrolyse et le clivage des deux groupes phosphate (β, γ) dans la molécule d'ATP sont respectivement de -32,2 KJ/mol et -30,5 KJ/mol.
Fonction
C'est un agent de couplage chimique pour les réactions productrices d'énergie et les réactions exigeantes en énergie dans les cellules.
La monnaie d'énergie dans les organismes vivants, plutôt que le matériau de stockage d'énergie
C'est un support intermédiaire pour le transfert de groupe phosphate intracellulaire.
Les mitochondries et leur système oxydatif
structure des mitochondries
chaîne de transport d'électrons
concept de base
Lors de l'oxydation biologique des substrats respiratoires (métabolites) dans la matrice mitochondriale, H sur le substrat est transféré via une série de porteurs d'hydrogène ou de porteurs d'électrons, et finalement transféré à O2 pour générer H2O. L'ensemble du système est appelé chaîne de transport d'électrons car. de sa fonction Directement liée à la respiration, également appelée chaîne respiratoire.
taper
1. Chaîne respiratoire d'oxydation du NADH (la plupart)
NADH → Complexe I → CoQ → Complexe III → Cyt c → Complexe IV → O2
2. Chaîne respiratoire FADH2 (quelques-unes, comme l'acide succinique, l'acyl-CoA gras, le phosphate d'a-glycérol, etc.)
Acide succinique →Complexe II →CoQ →Complexe III →Cyt c →Complexe IV →O2
La phosphorylation oxydative
concept
Au cours du processus de transfert d'électrons dans la chaîne respiratoire, l'énergie libre libérée lorsque les électrons sont transférés du substrat oxydé à l'oxygène (c'est-à-dire que H est oxydé pour former H2O) entraîne la phosphorylation de l'ADP pour générer de l'ATP.
mécanisme de base
Lorsque les électrons du métabolite intermédiaire NADH ou FADH2 sont transférés à l'oxygène via la chaîne de transport d'électrons pour générer de l'eau, une grande quantité d'énergie est libérée. Cette partie de l'énergie peut conduire l'ADP et le Pi à synthétiser l'ATP.
Couplage oxydatif-phosphorylation
Rapport phosphore/oxygène P/O
Concept : Au cours du processus de phosphorylation oxydative, le nombre de moles de phosphore inorganique (ou ADP) consommées ou le nombre de moles d'ATP générées pour chaque mole d'oxygène consommée.
Le P/O de la chaîne respiratoire NADH est de 2,5 et le P/O de la chaîne respiratoire FADH est de 1,5.
mécanisme de couplage
théorie de l'osmose chimique
① Dans la chaîne respiratoire, les corps transmettant l'hydrogène et les corps transmettant les électrons sont disposés alternativement sur la membrane interne des mitochondries intactes, permettant à la réaction d'oxydo-réduction de se dérouler de manière dirigée.
②La chaîne de transport d'électrons a la fonction d'une pompe à protons, qui peut pomper des protons de l'intérieur de la membrane mitochondriale interne vers l'extérieur de la membrane interne.
③La membrane mitochondriale interne intacte est sélectivement perméable aux ions et ne peut pas permettre aux protons pompés vers l'extérieur de la membrane interne de revenir librement vers la membrane interne. Cela entraîne une différence de concentration et de potentiel de protons à travers la membrane, qui devient la force motrice. pour que les protons retournent à l’intérieur de la membrane interne (potentiel dynamique des protons).
④Lorsque les protons à l'extérieur de la membrane sont entraînés par le potentiel dynamique des protons et traversent le canal spécial FO sur l'enzyme complexe ATP intégrée dans la membrane interne des mitochondries, de l'énergie libre est libérée pour conduire l'ADP et Pi à former de l'ATP.
ATPase (pompe à protons ATP synthase, F1F0-ATPase, complexe V)
La fonction de F1 est de catalyser la génération d’ATP et la fonction de F0 est de former un canal pour les protons.
régulation de la phosphorylation oxydative
contrôle de la respiration
En raison de l'effet régulateur des modifications du rapport ADP/ATP sur la phosphorylation oxydative, on parle de contrôle respiratoire, et la substance clé pour la régulation est l'ADP.
Lorsque le rapport ADP/ATP augmente, la phosphorylation oxydative augmente ; lorsque le rapport ADP/ATP diminue, la phosphorylation oxydative ralentit.
découplage et inhibition
agent de découplage
La destruction du gradient électrochimique des protons à travers la membrane interne établi par le processus de transfert d'électrons provoque la libération de l'énergie stockée dans le gradient électrochimique sous forme d'énergie thermique et la génération d'ATP est inhibée. Tels que : le dinitrophénol (DNP) ;
inhibiteurs de la chaîne respiratoire
Bloque le processus de transport d’électrons de phosphorylation oxydative. Tel que la roténone A ; l'amobarbital ; l'antimycine CO ;
Inhibiteur de l'ATP synthase
Il peut empêcher les protons de refluer du canal protonique F0 et inhiber la production d’ATP.
Phosphorylation oxydative du NADH extramitochondrial
Navette alpha-glycérol phosphate
La chaîne respiratoire d'oxydation du NADH pompe 10 H : 10/4=2,5 (ATP moléculaire)
La chaîne respiratoire d'oxydation FADH2 pompe 6 H : 6/4 = 1,5 (ATP moléculaire)
Ubiquinone et Cyt c ne sont pas inclus dans les quatre complexes (rôle de coursier)
n, la quantité de substance qui transfère les électrons (mol) ;
F, constante de Faraday, 96,5 KJ/V.mol
Les électrons circulent toujours d'une paire rédox à faible potentiel (E0 ′ bas) vers une paire rédox à haut potentiel (E0 ′ haut) (c'est-à-dire la direction de la réaction)
Température (unité K) T=Celsius 273
Constante du gaz R=8,314
[Points clés] Maîtrisez certaines connaissances de base impliquées dans le métabolisme matériel et le métabolisme énergétique, maîtrisez les types et les compositions des chaînes respiratoires oxydatives biologiques et maîtrisez la phosphorylation oxydative et d'autres méthodes de génération d'ATP.
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