Chaîne de transport d'électrons mitochondriale

La chaîne de transport d'électrons est une série de complexes protéiques situés dans la membrane mitochondriale interne qui transfère les électrons des cofacteurs réduits, étape par étape, vers l'oxygène moléculaire. À mesure que les électrons descendent ce gradient énergétique, les complexes pompent des protons à travers la membrane, stockant ainsi l'énergie que l'ATP synthase utilise ultérieurement. Cette chaîne constitue le cœur respiratoire de la phosphorylation oxydative.

Definition

La chaîne de transport d'électrons mitochondriale est l'ensemble des complexes redox de la membrane interne et des transporteurs mobiles qui transfèrent les électrons du NADH et du FADH2 vers l'oxygène, couplant ce flux d'électrons au pompage de protons qui génère la force proton-motrice.

Scope

Ce sujet aborde les complexes respiratoires (I-IV), les transporteurs d'électrons mobiles coenzyme Q et cytochrome c, le flux d'électrons vers l'oxygène, le pompage couplé de protons, et l'organisation des complexes en supercomplexes. Il s'agit d'une référence biochimique et non d'une directive clinique.

Core questions

• Quels complexes constituent la chaîne respiratoire et quelles sont leurs fonctions ?
• Comment les électrons circulent-ils des cofacteurs réduits vers l'oxygène ?
• Comment le transfert d'électrons est-il couplé au pompage de protons ?
• Comment les complexes sont-ils organisés en supercomplexes ?

Key concepts

• Complexe I (NADH déshydrogénase)
• Complexe II (succinate déshydrogénase)
• Complexe III (cytochrome bc1)
• Complexe IV (cytochrome c oxydase)
• Coenzyme Q (ubiquinone)
• Cytochrome c
• Supercomplexes respiratoires
• Gradient de potentiel redox

Mechanisms

Les électrons entrent dans la chaîne à partir du NADH au niveau du Complexe I ou du FADH2 (via la succinate déshydrogénase) au niveau du Complexe II, sont transportés par l'ubiquinone vers le Complexe III, puis par le cytochrome c vers le Complexe IV, où ils réduisent l'oxygène en eau. Les Complexes I, III et IV pompent des protons de la matrice vers l'espace intermembranaire à mesure que les électrons les traversent, convertissant l'énergie libérée par les étapes redox favorables en un gradient de protons transmembranaire. Le cadre chimiosmotique de Mitchell explique pourquoi le transport d'électrons et le pompage de protons sont couplés. Des preuves indiquent que les complexes peuvent s'assembler en supercomplexes d'ordre supérieur, une organisation dont il a été rapporté qu'elle influence la répartition des électrons à travers la chaîne.

Clinical relevance

Les défauts de fonctionnement de la chaîne respiratoire altèrent la capacité de la cellule à générer de l'ATP et sont étudiés dans de nombreux tissus et modèles de maladies. Cette entrée décrit la biochimie de la chaîne à titre de référence et ne constitue pas une base pour le diagnostic ou le traitement.

History

Les cytochromes et la séquence générale des transporteurs respiratoires ont été élucidés au début du XXe siècle, et le couplage de ce flux d'électrons à la synthèse d'ATP a été expliqué par l'hypothèse chimiosmotique de Mitchell en 1961. Des travaux structuraux et biochimiques ont ensuite résolu les complexes individuels, et des études du XXIe siècle ont décrit leur assemblage en supercomplexes et débattu des conséquences fonctionnelles.

Debates

Les supercomplexes respiratoires régulent-ils le flux d'électrons ?

Des rapports selon lesquels les complexes s'assemblent en supercomplexes ont soulevé la proposition que cette organisation canalise les électrons et module l'efficacité respiratoire, mais la question de savoir si les supercomplexes sont nécessaires pour un flux normal ou s'ils représentent l'un des plusieurs arrangements possibles reste débattue.

Key figures

• Peter Mitchell
• Matti Saraste
• José Antonio Enríquez

Seminal works

• saraste-1999
• mitchell-1961
• lapuente-brun-2013

Frequently asked questions

Quel est l'accepteur final d'électrons de la chaîne ?

L'oxygène moléculaire, qui est réduit en eau au niveau du Complexe IV (cytochrome c oxydase) ; c'est pourquoi le processus est appelé respiration aérobie.

Comment le transport d'électrons contribue-t-il à la production d'ATP ?

Le flux d'électrons pousse les complexes à pomper des protons à travers la membrane interne, et le gradient de protons résultant alimente l'ATP synthase — la chaîne de transport d'électrons ne produit pas directement d'ATP.