Contenu
- Quelles sont les réactions redox?
- Où se trouve la réaction de la chaîne de transport d'électrons située dans les eucaryotes?
- À quoi ressemble une mitochondrie?
- Où se passe la réaction de l'ETC chez les procaryotes?
- Que se passe-t-il pendant la chaîne de transport d'électrons?
- Quelle est la fonction des quatre complexes de l'ETC?
- Pourquoi la chaîne de transport d'électrons est-elle importante?
- Comment l'oxygène pénètre-t-il dans les mitochondries?
- Un aperçu chimique de la respiration cellulaire et de l'ETC
- Inhiber le mécanisme de transport par chaîne d'électrons
La plupart des cellules vivantes produisent de l'énergie à partir de nutriments par la respiration cellulaire, qui consiste à absorber de l'oxygène pour libérer de l'énergie. La chaîne de transport d’électrons ou ETC est la troisième et dernière étape de ce processus, les deux autres étant glycolyse et le le cycle de l'acide citrique.
L’énergie produite est stockée sous forme de ATP ou l'adénosine triphosphate, qui est un nucléotide présent dans tous les organismes vivants.
Les molécules d’ATP stockent de l’énergie dans leur liaisons phosphate. L'ETC est l'étape la plus importante de la respiration cellulaire du point de vue énergétique car elle produit le plus d'ATP. Dans une série de réactions d'oxydo-réduction, de l'énergie est libérée et utilisée pour attacher un troisième groupe phosphate à l'adénosine diphosphate afin de créer de l'ATP avec trois groupes phosphate.
Lorsqu'une cellule a besoin d'énergie, elle rompt la liaison du troisième groupe de phosphate et utilise l'énergie résultante.
Quelles sont les réactions redox?
La plupart des réactions chimiques de la respiration cellulaire sont des réactions d'oxydoréduction. Ce sont des interactions entre des substances cellulaires qui impliquent réduction et oxydation (ou redox) en même temps. Au fur et à mesure que les électrons sont transférés entre les molécules, un ensemble de produits chimiques est oxydé tandis qu'un autre est réduit.
Une série de réactions rédox constitue la chaîne de transport d'électrons.
Les produits chimiques oxydés sont des agents réducteurs. Ils acceptent les électrons et réduisent les autres substances en prenant leurs électrons. Ces autres produits chimiques sont des agents oxydants. Ils donnent des électrons et oxydent les autres parties impliquées dans la réaction chimique redox.
Lorsqu'il se produit une série de réactions chimiques rédox, les électrons peuvent être transmis en plusieurs étapes jusqu'à ce qu'ils soient combinés avec l'agent réducteur final.
Où se trouve la réaction de la chaîne de transport d'électrons située dans les eucaryotes?
Les cellules des organismes avancés ou eucaryotes ont un noyau et sont appelées cellules eucaryotes. Ces cellules de niveau supérieur ont également de petites lié à la membrane structures appelées mitochondries qui produisent de l'énergie pour la cellule. Les mitochondries sont comme de petites usines qui génèrent de l’énergie sous forme de molécules d’ATP. Les réactions en chaîne du transport d'électrons ont lieu à l'intérieur des mitochondries.
Selon le travail effectué par la cellule, celle-ci peut comporter plus ou moins de mitochondries. Les cellules musculaires en ont parfois des milliers parce qu'elles ont besoin de beaucoup d'énergie. Les cellules végétales ont également des mitochondries; ils produisent du glucose via la photosynthèse, qui est ensuite utilisé dans la respiration cellulaire et, éventuellement, dans la chaîne de transport des électrons dans les mitochondries.
Les réactions de l'ETC ont lieu sur et à travers la membrane interne des mitochondries. Un autre processus de respiration cellulaire, le le cycle de l'acide citrique, a lieu à l’intérieur de la mitochondrie et libère certains des produits chimiques nécessaires aux réactions de la CTE. La CTE utilise les caractéristiques du membrane mitochondriale interne synthétiser des molécules d'ATP.
À quoi ressemble une mitochondrie?
Une mitochondrie est minuscule et beaucoup plus petite qu'une cellule. Pour le voir correctement et étudier sa structure, un microscope électronique grossissant plusieurs milliers de fois est nécessaire. Les images du microscope électronique montrent que la mitochondrie a une membrane externe lisse et allongée et une fortement plié membrane interne.
Les plis de la membrane interne ont la forme de doigts et vont profondément à l'intérieur de la mitochondrie. L'intérieur de la membrane interne contient un fluide appelé matrice, et entre les membranes interne et externe se trouve une région visqueuse remplie de fluide appelée espace intermembranaire.
Le cycle de l'acide citrique se déroule dans la matrice et produit certains des composés utilisés par l'ETC. L'ETC prend les électrons de ces composés et ramène les produits au cycle de l'acide citrique. Les plis de la membrane interne lui confèrent une grande surface avec beaucoup de place pour les réactions en chaîne de transport d'électrons.
Où se passe la réaction de l'ETC chez les procaryotes?
La plupart des organismes monocellulaires sont des procaryotes, ce qui signifie que les cellules sont dépourvues de noyau. Ces cellules procaryotes ont une structure simple avec une paroi cellulaire et des membranes cellulaires entourant la cellule et contrôlant ce qui entre et sort de la cellule. Les cellules procaryotes sont dépourvues de mitochondries et d’autres membranaires organites. Au lieu de cela, la production d'énergie cellulaire a lieu dans toute la cellule.
Certaines cellules procaryotes telles que les algues vertes peuvent produire du glucose à partir de la photosynthèse, tandis que d'autres ingèrent des substances contenant du glucose. Le glucose est ensuite utilisé comme aliment pour la production d'énergie cellulaire via la respiration cellulaire.
Comme ces cellules ne possèdent pas de mitochondries, la réaction de l'ETC à la fin de la respiration cellulaire doit avoir lieu sur et à travers les membranes cellulaires situées juste à l'intérieur de la paroi cellulaire.
Que se passe-t-il pendant la chaîne de transport d'électrons?
L'ETC utilise des électrons à haute énergie issus de substances chimiques produites par le cycle de l'acide citrique et les effectue en quatre étapes pour atteindre un niveau d'énergie faible. L’énergie issue de ces réactions chimiques est utilisée pour pompe à protons à travers une membrane. Ces protons diffusent ensuite à travers la membrane.
Pour les cellules procaryotes, les protéines sont pompées à travers les membranes cellulaires entourant la cellule. Pour les cellules eucaryotes avec mitochondries, les protons sont pompés à travers la membrane mitochondriale interne de la matrice dans l'espace intermembranaire.
Les donneurs d'électrons chimiques incluent NADH et FADH tandis que l'accepteur d'électrons final est l'oxygène. Les produits chimiques NAD et FAD sont renvoyés au cycle de l'acide citrique tandis que l'oxygène se combine à l'hydrogène pour former de l'eau.
Les protons pompés à travers les membranes créent une gradient de proton. Le gradient produit une force motrice de protons qui permet aux protons de revenir à travers les membranes. Ce mouvement de protons active l'ATP synthase et crée des molécules d'ATP à partir d'ADP. Le processus chimique global s'appelle la phosphorylation oxydative.
Quelle est la fonction des quatre complexes de l'ETC?
Quatre complexes chimiques constituent la chaîne de transport d'électrons. Ils ont les fonctions suivantes:
À la fin de ce processus, le gradient de protons est produit par chaque complexe pompant des protons à travers les membranes. La résultante force motrice de protons attire les protons à travers les membranes via les molécules d’ATP synthase.
Lorsqu'ils se croisent dans la matrice mitochondriale ou à l'intérieur de la cellule procaryote, l'action des protons permet à la molécule d'ATP synthase d'ajouter un groupe phosphate à une molécule d'ADP ou d'adénosine diphosphate. L'ADP devient de l'ATP ou de l'adénosine triphosphate et de l'énergie est stockée dans la liaison phosphate supplémentaire.
Pourquoi la chaîne de transport d'électrons est-elle importante?
Chacune des trois phases de respiration cellulaire incorpore d'importants processus cellulaires, mais l'ETC produit de loin le plus grand nombre d'ATP. La production d'énergie étant l'une des fonctions clés de la respiration cellulaire, l'ATP est la phase la plus importante de ce point de vue.
Où l’ETC produit jusqu’à 34 molécules d'ATP À partir des produits d'une molécule de glucose, le cycle de l'acide citrique en produit deux et la glycolyse en produit quatre, mais en utilise deux.
L’autre fonction clé de l’ETC est de produire NAD et MODE NADH et FADH dans les deux premiers complexes chimiques. Les produits des réactions dans les complexes ETC I et II sont les molécules de NAD et de FAD nécessaires au cycle de l'acide citrique.
En conséquence, le cycle de l'acide citrique dépend de l'ETC. Etant donné que l'ETC ne peut avoir lieu qu'en présence d'oxygène, qui agit en tant qu'accepteur d'électrons final, le cycle de respiration cellulaire ne peut fonctionner pleinement que lorsque l'organisme absorbe de l'oxygène.
Comment l'oxygène pénètre-t-il dans les mitochondries?
Tous les organismes avancés ont besoin d'oxygène pour survivre. Certains animaux respirent l'oxygène de l'air tandis que les animaux aquatiques peuvent avoir branchies ou absorber l'oxygène par leur les peaux.
Chez les animaux plus âgés, les globules rouges absorbent l'oxygène dans la poumons et le mener dans le corps. Les artères et ensuite de minuscules capillaires distribuent l'oxygène dans les tissus corporels.
Lorsque les mitochondries utilisent l'oxygène pour former de l'eau, l'oxygène se diffuse hors des globules rouges. Les molécules d'oxygène voyagent à travers les membranes cellulaires et à l'intérieur de la cellule. À mesure que les molécules d'oxygène existantes sont utilisées, de nouvelles molécules prennent leur place.
Tant qu'il y a suffisamment d'oxygène, les mitochondries peuvent fournir toute l'énergie dont la cellule a besoin.
Un aperçu chimique de la respiration cellulaire et de l'ETC
Le glucose est un glucides que, une fois oxydé, produit du dioxyde de carbone et de l'eau. Au cours de ce processus, des électrons sont introduits dans la chaîne de transport d'électrons.
Le flux d’électrons est utilisé par les complexes protéiques des membranes mitochondriales ou cellulaires pour transporter les ions hydrogène, H + , à travers les membranes. La présence de plus d'ions hydrogène à l'extérieur d'une membrane qu'à l'intérieur crée un déséquilibre de pH avec une solution plus acide à l'extérieur de la membrane.
Pour équilibrer le pH, les ions hydrogène retournent à travers la membrane à travers le complexe protéique ATP synthase, entraînant la formation de molécules d'ATP. L'énergie chimique récoltée à partir des électrons est transformée en une forme électrochimique d'énergie stockée dans le gradient d'ions hydrogène.
Lorsque l’énergie électrochimique est libérée par le flux des ions hydrogène ou des protons à travers le complexe ATP synthase, elle est remplacée par énergie biochimique sous forme d'ATP.
Inhiber le mécanisme de transport par chaîne d'électrons
Les réactions ETC sont un moyen très efficace de produire et de stocker de l’énergie que la cellule utilisera pour ses mouvements, sa reproduction et sa survie. Lorsque l'une des séries de réactions est bloquée, l'ETC ne fonctionne plus et les cellules qui en dépendent meurent.
Certains procaryotes ont d'autres moyens de produire de l'énergie en utilisant des substances autres que l'oxygène comme accepteur final d'électrons, mais les cellules eucaryotes dépendent de la phosphorylation oxydative et de la chaîne de transport d'électrons pour leurs besoins énergétiques.
Les substances pouvant inhiber l'action de l'ETC peuvent bloquer les réactions redox, inhibez le transfert de protons ou modifiez les enzymes clés. Si une étape d'oxydoréduction est bloquée, le transfert d'électrons s'arrête et l'oxydation se poursuit à des niveaux élevés du côté de l'oxygène tandis qu'une réduction supplémentaire a lieu au début de la chaîne.
Lorsque les protons ne peuvent pas être transférés à travers les membranes ou que des enzymes telles que l'ATP synthase sont dégradées, la production d'ATP cesse.
Dans les deux cas, les fonctions des cellules se détériorent et la cellule meurt.
Substances à base de plantes telles que roténone, des composés tels que cyanure et des antibiotiques tels que antimycine peut être utilisé pour inhiber la réaction de l'ETC et provoquer la mort cellulaire ciblée.
Par exemple, la roténone est utilisée comme insecticide et les antibiotiques sont utilisés pour tuer les bactéries. Lorsqu'il est nécessaire de contrôler la prolifération et la croissance des organismes, l'ETC peut être considéré comme un point d'attaque précieux. Le fait de perturber sa fonction prive la cellule de l’énergie dont elle a besoin pour vivre.