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

Chaîne de transport d'électrons et production d'énergie expliquéesEn biologie cellulaire, la chaîne de transport d'électrons est l'une des étapes des processus de votre cellule qui produisent de l'énergie à partir 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 des cellules énergétiques sont générées. 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. 

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'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. 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 situé dans la membrane interne  ) et dans 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 s'accumule et retourne à la matrice, alimentant simultanément la production d'ATP ou d'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 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, consiste à transporter le pyruvate à travers les membranes mitochondriales externe et interne dans la matrice mitochondriale. Le pyruvate est ensuite oxydé dans le cycle de Krebs produire deux molécules d'ATP, ainsi que NADH et FADH 2 molécules. Les électrons de NADH et de FADH 2 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. 

Complexe I

NADH transfère deux électrons au complexe I, ce qui entraîne le pompage de quatre ions H + à travers la membrane interne. Le 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

FADH 2 transfère les 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. Dans ce processus, aucun ion H + n'est transporté dans l'espace intermembranaire.

Complexe III

Le passage des électrons au complexe III entraîne le transport de quatre autres ions H + 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 ions H + sont pompés à travers la membrane interne. Les électrons passent ensuite du complexe IV à une molécule d' oxygène (O 2 ), provoquant la scission de la molécule. Les atomes d'oxygène obtenus capturent rapidement les ions H + pour former deux molécules d'eau.

ATP Synthase

L'ATP synthase ramène dans la matrice les ions H + pompés hors de la matrice par la chaîne de transport d'électrons. 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 FADH 2 . Pour chaque molécule de NADH oxydée, 10 ions H + sont pompés dans l'espace intermembranaire. Cela donne environ trois molécules d'ATP. Comme FADH 2 entre dans la chaîne à un stade ultérieur (complexe II), seuls six ions H + 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.
Labels: La biologie

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