Chaîne respiratoire et gradient de protons

La membrane interne comporte deux constituants :

1. Les chaînes respiratoires. Au début de la chaîne, les transporteurs réduits $NADH_2$ et $FADH_2$ (produits par la glycolyse et l'oxydation matricielle du pyruvate) sont oxydés et transmettent leurs électrons et protons :

$$NADH_2 \;\longrightarrow\; NAD^+ + 2e^- + 2H^+ \qquad FADH_2 \;\longrightarrow\; FAD + 2e^- + 2H^+$$

$NADH_2$ et $FADH_2$ sont des donneurs d'électrons. Les électrons se déplacent spontanément le long de la chaîne en libérant de l'énergie, jusqu'au complexe $CIV$ où le dioxygène est réduit en eau — le $O_2$ est le récepteur final des électrons :

$$4e^- + 4H^+ + O_2 \;\longrightarrow\; 2\,H_2O$$

2. Le gradient de protons. Le transport des électrons s'accompagne d'un transport de protons de la matrice vers l'espace intermembranaire, où ils s'accumulent et abaissent le pH (la membrane interne est imperméable aux $H^+$).

Il en résulte une différence de concentration en $H^+$ de part et d'autre de la membrane interne (faible dans la matrice, forte dans l'espace intermembranaire) : c'est le gradient de $H^+$, qui stocke une partie de l'énergie libérée par le transport des électrons sous forme d'énergie chimique.

Repère visuel. Activité de la chaîne respiratoire.

Ce que montre le schéma : Schéma de la chaîne respiratoire dans la membrane interne : complexes I, II, III (Cyt c), IV, coenzyme Q, pompage des $H^+$ vers l'espace intermembranaire, réduction de $O_2$ en $H_2O$.