Chaîne de transport d'électrons et production d'énergie

En biologie cellulaire, le 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 l'aérobie respiration cellulaire. La respiration cellulaire est le terme désignant la façon dont les cellules de votre corps produisent de l'énergie à partir des aliments consommés. La chaîne de transport d'électrons est l'endroit où la plupart des cellules énergétiques doivent fonctionner est générée. Cette "chaîne" est en fait une série de protéine complexes et molécules porteuses d'électrons dans la membrane interne de la cellule mitochondries, également connu comme la centrale électrique de la cellule.

L'oxygène est nécessaire à la respiration aérobie car la chaîne se termine par le don d'électrons à l'oxygène.

Points clés: chaîne de transport d'électrons

Lorsque les électrons se déplacent le long d'une chaîne, le mouvement ou l'élan est utilisé pour créer adénosine triphosphate (ATP). L'ATP est la principale source d'énergie pour de nombreux processus cellulaires, y compris muscle contraction et la division cellulaire.

L'énergie est libérée pendant le métabolisme cellulaire lorsque l'ATP est hydrolysé. Cela se produit lorsque les électrons passent le long de la chaîne d'un complexe protéique à un complexe protéique 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 l'eau. ADP est à son tour utilisé pour synthétiser l'ATP.

Plus en détail, lorsque les électrons passent le long d'une chaîne d'un complexe protéique à un complexe protéique, l'énergie est libérés et les ions hydrogène (H +) sont pompés hors de la matrice mitochondriale (compartiment à l'intérieur membrane) et dans l'espace intermembranaire (compartiment entre les membranes interne et externe). Toute cette activité crée à la fois un gradient chimique (différence de concentration en solution) et un gradient électrique (différence de charge) à travers la membrane interne. Comme plus d'ions H + sont pompés dans l'espace intermembranaire, la concentration plus élevée d'atomes d'hydrogène va se construire et refluer vers la matrice alimentant simultanément la production d'ATP par le complexe protéique 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 des molécules pour générer de l'énergie pour la production d'ATP est appelé oxydant phosphorylation.

La première étape de la respiration cellulaire est glycolyse. La glycolyse se produit dans le cytoplasme et implique la division d'une molécule de glucose en deux molécules du composé chimique pyruvate. Au total, deux molécules d'ATP et deux molécules de NADH (haute énergie, molécule porteuse d'électrons) sont générées.

La deuxième étape, appelée le cycle de l'acide citrique ou cycle de Krebs, c'est lorsque le pyruvate est transporté à travers les membranes mitochondriales externe et interne dans la matrice mitochondriale. Le pyruvate est en outre oxydé dans le cycle de Krebs, produisant deux autres molécules d'ATP, ainsi que du NADH et du FADH ₂ molécules. Electrons de NADH et FADH₂ sont transférés à la troisième étape de la respiration cellulaire, la chaîne de transport d'électrons.

Ils sont quatre complexes protéiques qui font partie de la chaîne de transport d'électrons qui fonctionne pour faire passer les électrons le long de la chaîne. Un cinquième complexe protéique sert à transporter l'hydrogène des ions retour dans la matrice. Ces complexes sont intégrés dans la membrane mitochondriale interne.

Le NADH transfère deux électrons au complexe I, ce qui donne quatre H⁺ les ions sont pompés 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 en ubiquinol (QH2). L'ubiquinol transporte les électrons vers le complexe III.

FADH₂ transfère les électrons au Complexe II et les électrons sont transmis à l'ubiquinone (Q). Q est réduit en ubiquinol (QH2), qui transporte les électrons vers le complexe III. Non H⁺ les ions sont transportés vers l'espace intermembranaire dans ce processus.

Le passage des électrons au Complexe III entraîne le transport de quatre autres H⁺ des ions à travers la membrane interne. QH2 est oxydé et les électrons sont transmis à une autre protéine porteuse d'électrons, le cytochrome C.

Le cytochrome C transmet les électrons au complexe protéique final de la chaîne, le complexe IV. Deux H⁺ les ions sont pompés à travers la membrane interne. Les électrons sont ensuite passés du complexe IV à un oxygène (O₂), provoquant la scission de la molécule. Les atomes d'oxygène résultants saisissent rapidement H⁺ des ions pour former deux molécules d'eau.

L'ATP synthase déplace H⁺ les ions qui ont été pompés hors de la matrice par la chaîne de transport d'électrons vers la matrice. L'énergie de l'afflux de protons dans la matrice est utilisée pour générer de l'ATP par la phosphorylation (addition d'un phosphate) d'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 FADH₂. Pour chaque molécule de NADH oxydée, 10 H⁺ les ions sont pompés dans l'espace intermembranaire. Cela donne environ trois molécules d'ATP. Parce que le FADH₂ entre dans la chaîne à un stade ultérieur (Complexe II), seulement six H⁺ les ions sont transférés dans l'espace intermembranaire. Cela représente environ deux molécules d'ATP. Un total de 32 molécules d'ATP sont générées par le transport d'électrons et la phosphorylation oxydative.

• "Le transport d'électrons dans le cycle énergétique de la cellule." HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey et al. «Transport d'électrons et phosphorylation oxydative». Biologie cellulaire moléculaire. 4e édition., Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.