En présence du dioxygène (milieu aérobie), l’acide pyruvique pénètre dans la matrice mitochondriale où il subit une dégradation totale grâce à des réactions biochimiques catalysées par des enzymes.
A. La mise en évidence du devenir de l’acide pyruvique au niveau de la mitochondrie
Pour pouvoir préciser le devenir du glucose dans la cellule, on procède à un isolement des mitochondries. Pour cela, on utilise un matériel particulièrement riche en mitochondries comme les cellules de foie de rat.
Les cellules de foie subissent un broyage modéré. Le broyat est ensuite centrifugé une première fois, ce qui permet de séparer les noyaux des autres constituants cellulaires. La seconde centrifugation à très grande vitesse sépare une fraction riche en mitochondries du reste des constituants cytoplasmiques.
Le document suivant montre ces différentes étapes.
On réalise deux manipulations :
- Manipulation 1 : on ajoute dans le bioréacteur une petite quantité de glucose (C6H12O6)
- Manipulation 2 : on ajoute du pyruvate (CH3-CO-COOH) au bout de 3 min.
- Avant l’ajout du glucose et du pyruvate dans le milieu, la concentration en O2 reste constante.
- Après avoir ajouter la solution du glucose au milieu, on remarque que la concentration en O2 reste toujours constante. Par contre, quand on ajoute une solution de pyruvate dans le milieu, on remarque une diminution de la concentration en O2.
Explication : on peut expliquer ces résultats par le fait que les mitochondries utilisent et oxydent le pyruvate et non pas le glucose comme métabolite énergétique, à l’inverse des cellules, qui peuvent oxyder le glucose au niveau du cytosol.
Conclusion : c’est au niveau de la mitochondrie qu’a lieu l’oxydation du pyruvate, une réaction qui nécessite l’O2.
B. L’oxydation du pyruvate se poursuit dans la matrice mitochondriale
Dans la matrice, le pyruvate issu de la glycolyse va subir une décarboxylation et une oxydation au cours d’un ensemble de réactions chimiques appelé « cycle de Krebs ».
Au cours du cycle de Krebs, de nouveaux coenzymes réduits apparaissent (transporteurs d’électrons).
- Formation de l’Acétyl-coenzyme A : Le pyruvate subit une décarboxylation dont le résultat est le rejet d’une molécule de CO2, ensuite il subit une déshydrogénation, au cours de laquelle le pyruvate perd des électrons (e–) et des protons (H+
- ), ces derniers sont fixés sur une molécule de NAD+ qui sera réduite en NADN+H+, et à la fin, on obtient un composé appelé l’Acétyl-coenzyme A.
- Cycle de Krebs : Liaison de chaque acétyl-CoA à une molécule C4 pour former une molécule C6. Cette dernière subit deux décarboxylations et libère 2 CO2, et des déshydrogénations pour donner des composés réduits : 3 NADH+H+ et 1 FADH2 et une phosphorylation qui produit une molécule d’ATP. A la fin de ces réaction il y a régénération de C4 nécessaire pour le déroulement d’un nouveau cycle de Krebs.
- NAD+ + 2H+ + 2e– ➔ NADH+H+
- FAD + 2H+ + 2e– ➔ FADH2
- 4 NADH+H+
- 1 FADH2
- 1 ATP
- 3 CO2
C. Les conditions permettant la réoxydation des coenzymes (transporteurs d’électrons)
- On place des mitochondries dépourvues de leurs membranes externes dans une solution dépourvue d’oxygène et enrichie de coenzymes réduits (NADH+H+). On suit la variation de la concentration des protons H+ avant et après l’addition d’O2.
On explique l’augmentation de la concentration des protons H+ résultant de l’oxydation des coenzymes réduits NADH+H+ dans la solution directement après l’injection d’O2, par leur sortie des mitochondries à travers la membrane interne.
La diminution progressive des protons H+ est due à leur retour vers la matrice mitochondriale.