Par Christopher Robison Mis à jour le 30 août 2022
La chaîne de transport d'électrons (ETC) est le moteur des cellules aérobies, conduisant la majorité de la synthèse d'ATP à travers une série de réactions redox étroitement couplées. Lorsque les électrons se déplacent le long de la membrane interne des mitochondries, les protons sont pompés dans l’espace intermembranaire, établissant ainsi une force motrice des protons (PMF). Le PMF alimente ensuite l'ATP synthase, convertissant l'ADP et le phosphate inorganique en monnaie énergétique universelle de la cellule.
Au cœur de l’ETC se trouvent le succinate donneur d’électrons et le nicotinamide adénine dinucléotide (NADH). Ceux-ci sont produits au cours du cycle de l'acide citrique (CAC), le centre métabolique qui oxyde les glucides, les graisses et les protéines en pyruvate et acétyl-CoA. Chaque tour du CAC génère six molécules NADH et un succinate, reliant directement le flux métabolique à l'apport d'électrons pour l'ETC.
Au sein de la matrice mitochondriale, NAD + accepte un proton et deux électrons pour former le NADH. Le complexe I localisé dans la matrice (NADH déshydrogénase) transfère ces électrons à l'ubiquinone, pompant simultanément quatre protons à travers la membrane et renforçant le PMF. Une voie parallèle implique la flavine adénine dinucléotide (FADH2 ), qui donne des électrons au complexe II (succinate déshydrogénase) sans pompage de protons, tout en alimentant la chaîne en électrons.
Pendant le CAC, le succinate est oxydé en fumarate, générant du FADH2 qui réduit l'ubiquinone en ubiquinol (QH2 ). QH2 alimente ensuite le complexe III (complexe cytochrome bc1), qui pompe des protons supplémentaires et transmet les électrons au complexe IV (cytochrome c oxydase). Le complexe IV complète le processus en transférant des électrons vers l'oxygène, l'accepteur terminal de la chaîne.
L'oxygène est indispensable à une production efficace d'ATP. Il accepte les électrons du complexe IV, se réduit en eau et consomme des protons au cours du processus. En l'absence d'oxygène, les cellules recourent à des voies anaérobies qui produisent beaucoup moins de molécules d'ATP.
Le point culminant de l’ETC est la synthèse de l’ATP. Le PMF renvoie les protons dans la matrice via l'ATP synthase, avec environ 3,5 protons nécessaires par ATP formé. L'ADP et le phosphate inorganique (Pi) sont importés dans la matrice, et l'énergie du flux de protons entraîne leur phosphorylation, produisant de l'ATP qui alimente pratiquement tous les processus cellulaires.