(1ère étape commune à la respiration et à la fermentation)
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L’organisme a des besoins pour fonctionner : Besoins d’énergie (glucides, lipides, protides) Comment l’organisme récupère-t-il l’énergie stockée dans les molécules organiques ? Solaire Contenue dans les aliments Cf photosynthèse: acquisition de l’énergie et investissement dans la matière Cette énergie est donc stockée dans des molécules organiques
Transcript of (1ère étape commune à la respiration et à la fermentation)
L’organisme a des besoins pour fonctionner :
Besoins d’énergie
(glucides, lipides, protides)
Comment l’organisme récupère-t-il l’énergie
stockée dans les molécules organiques ?
Solaire
Contenue dans les
aliments
Cf photosynthèse: acquisition
de l’énergie et investissement
dans la matière
Cette énergie est donc stockée dans des molécules organiques
En classe de première, nous avons vu que les fibres
musculaires possèdent deux types de métabolisme: fibres
glycolytiques (anaérobie), et fibres oxydatives (aérobie)
La première étape de la dégradation est commune aux 2 types
de fibres : la glycolyse (anaérobie)
La deuxième étape est spécifique :
- anaérobie: fermentation
- aérobie: respiration
(1ère étape commune à la respiration et à la fermentation)
La glycolyse est la dégradation d’une molécule de glucose (6 carbones) en 2 molécules d’acide pyruvique ( 3 carbones) et 2 molécules d’ATP. Ces réactions se déroulent dans le cytosol en conditions anaérobies.
Rappel: elle est réalisée chez les autotrophes comme chez les hétérotrophes.
L’exemple suivant se déroule dans une cellule animale.
Membrane
plasmique
Cytoplasme
(cytosol+éléments en
suspension) noyau
Glucose
glucose
2 ATP
2ADP
1:Activation du glucose par 2 ATP
2: scission du fru1,6biP
en 2 molécules à 3C
(DHAP et GAP)
3: oxydation des
molécules à 3C par le
NAD+
(NADH,H+) et
déphosphorylation
des DHAP et GAP
formation d’ATP
Fru-1,6bi-P
2 NAD+
2 NADH,H+
2 acides
pyruviques
Bilan de la glycolyse
2ADP
2 NAD+
2Pi
glucose 2 acides pyruviques
2 ATP 2 NADH,H+
Comment les NADH,H+ sont-ils réoxydés ?
Que devient l’acide pyruvique ?
noyau
Membrane
plasmique
Cytoplasme
(cytosol+éléments en
suspension)
Glucose 2 Acides pyruviques
glycolyse
Suite de la fermentation
dans le cytosol
(conditions anaérobies)
La fermentation correspond à une dégradation partielle du substrat (glucose) en absence de dioxygène. Elle se déroule entièrement dans le cytosol. L’acide pyruvique produit lors de la glycolyse (1ère
étape de la fermentation) est alors réduit en lactate (acide lactique) par du NADH,H+ dans les muscles.
Il existe plusieurs types de fermentation dont la fermentation alcoolique et la fermentation lactique. Le produit final de la fermentation alcoolique (réalisée chez des levures par exemple) est de l’éthanol. Cette réaction est utilisée par l’industrie agroalimentaire à des fins de production (bière par exemple). Les cellules musculaires humaines utilisent la fermentation lactique lorsque l’oxygène est rare (au tout début d’un effort physique intense).
2 acides
pyruviques
2 NAD+
2 NADH,H+
2 acides
lactiques
4 : réduction de l’acide
pyruvique par le NADH,H+
(NAD+)
et formation d’acide lactique.
glucose
2 ATP
2ADP
Fru-1,6bi-P
2 NAD+
2 acides pyruviques
2 NADH,H+
2 NADH,H+
2 NAD+
2 acides pyruviques
2 acides lactiques
La fermentation lactique
Couplage entre les 2
phases de la
fermentation pour
régénérer les
accepteurs d’électrons
Bilan simplifié de la fermentation
(lactique)
glucose
2 ADP+2Pi
2 acides
lactiques
2 ATP
la fermentation est un catabolisme faiblement
énergétique : la dégradation partielle d’une molécule de glucose permet la synthèse de 2 ATP.
Comment se produit la dégradation du
glucose en conditions aérobies ?
Membrane
plasmique
Cytoplasme
(cytosol+éléments en
suspension) noyau
Glucose 2 Acides pyruviques
Suite de la dégradation
dans le cytosol en
conditions anaérobies
(suite de la fermentation)
En conditions aérobies, suite
de la dégradation dans la
mitochondrie (suite de la
respiration)
La respiration cellulaire est une dégradation totale du substrat ( glucose) en 6 CO2 et 6H2O en conditions aérobies. La première étape ( glycolyse) se déroule dans le cytosol.
Les 2nde et 3ème étapes se déroulent dans la mitochondrie en présence de dioxygène et produisent au maximum 36 ATP.
La mitochondrie (vue au MET)
Membrane
externe
Membrane
interne
Crêtes mitochondriales
matrice hyaloplasme
= cytosol
oxaloacétate
citrate
CG
Succinate
FAD
FADH2
malate
acide
pyruvique Cycle de Krebs (simplifié)
Succinyl-
coA
CoA
CoA
Acétyl-co-A
CoA
Fixation d’un
coenzyme coA,
décarboxylation
(libération d’un CO2),
et réduction du NAD+
en
NADH,H+formation
d’acétyl-coA
Fixation de l’acétyl-
co-A sur le substrat
(oxaloacétate) et
libération du
coenzyme A
formation de citrate
décarboxylation
Réduction du NAD+
en NADH,H+ et
réorganisation de la
molécule carbonée en
-cétoglutarate
décarboxylation
Réduction du NAD+
en NADH,H+,fixation
du coA et
réorganisation de la
molécule carbonée en
succinyl-coA
Synthèse d’ATP et
libération du coA
formation de
succinate
Réduction du FAD en
FADH2 et formation
de malate
Réduction du NAD+
en NADH,H+et
régénération de
l’oxaloacétate
(substrat du cycle)
Lors de la glycolyse, la dégradation du glucose produit
2 molécules d’acides pyruviques…
Donc le bilan est le suivant:
8 NAD+
2ADP 2Pi
2 acides pyruviques
2 FAD
2 ATP 8 NADH,H+
2 FADH2
6CO2
Nous avions vu que la dégradation d’une molécule de glucose en
conditions aérobies produisait 36 molécules d’ATP.
Or, 2 molécules ont été produites lors de la glycolyse et 2 lors de la
phase suivante.
Comment sont produites les autres molécules d’ATP ?
De plus comment les accepteurs d’électrons sont-ils réoxydés pour
être réutilisés dans le cycle de Krebs ?
3ème phase de la respiration: couplage de la
chaîne de transfert d’électrons à la synthèse
d’ATP au niveau des membranes internes de la
mitochondrie.
Matrice
mitochondriale
Membrane interne
Espace
intermembranaire
Membrane externe
mitochondriale
H+,H+
Synthèse d’ATP couplée à la chaîne de
transporteurs d’électrons…
e-
H+, H+, H+H+, H+,
H+,H+,H+,H+…
ATP
synthase
Chaine de transfert
des électrons
Oxydation de NADH,H+,prise en charge
des électrons par la chaîne de la
membrane interne de la mitochondrie
et transfert des H+ dans l’espace
intermembranaire.
Le gradient de protons ainsi
créé est utilisé comme source
d’énergie par l’ATP synthase
pour synthétiser de l’ATP à
partir d’ADP +Pi.
Les protons , les électrons
récupérés de NADH,H+
réagissent alors avec la
molécule d’O2 pour former
de l’eau qui est ensuite
libérée dans le milieu
externe.
2H+ + 1/2O2 H2O
glucose
2 ATP
2A
DP Fru-1,6bi-
P
2
NAD+
2 acides pyruviques
2
NADH,
H+
2: Cycle de Krebs
e
- 2H+, +1/2
O2
H2O
H+, H+, H+H+, H+,
H+,H+,H+,H+…
H+,H+
Bilan de la respiration cellulaire
1: glycolyse
3: Synthèse d’ATP par
phosphorylation oxydative au niveau de la chaîne de
transporteurs d’électrons
mitochondriale
Bilan de la respiration cellulaire
la respiration est un catabolisme hautement énergétique :
la dégradation totale d’une molécule de glucose permet la
synthèse de 36 ATP.
glucose
36ADP +36Pi
6O2
6CO2
36 ATP
6H2O
Les accepteurs d’électrons ont été ré oxydés lors de la 3ème phase…
glucose
2 ATP
2ADP
Fru-1,6bi-P
2 NAD+
2 acides pyruviques
2 NADH,H+
1: glycolyse
2 NADH,H+
2 NAD+
2 acides pyruviques
2 acides lactiques
2: réoxydation
des transporteurs
d’électrons
Rappel:
La fermentation lactique
Bilan de la respiration cellulaire
(cytosol+mitochondrie)
glucose
36ADP +36Pi
6O2
6CO2
36
ATP
6H2O
Bilan simplifié de la fermentation
lactique (cytosol)
glucose
2 ADP+2Pi
2 acides
lactiques
2 ATP
Bilan de la glycolyse (cytosol)
2ADP
2 NAD+
2
Pi
glucose 2 acides pyruviques
2 ATP 2 NADH,H+
Synthèse de 2 molécules d’ATP lors de la glycolyse, la 2ème phase de la fermentation permet uniquement de réoxyder les accepteurs d’électrons.
Les 2ème et 3ème phases de la respiration cellulaire permettent de réoxyder les accepteurs d’électrons et de synthétiser 36 molécules d’ATP supplémentaires en conditions aérobies!!!
Remarque : 2 molécules d’ATP sont consommées pour le transfert des molécules du cytosol vers la mitochondrie…
L’ATP est la seule source d’énergie directement utilisable
pour la contraction musculaire.
Or, les stocks d’ATP ne peuvent assurer qu’une contraction
de 4 à 6 secondes.
Il doit donc être régénéré .
Comment l’ATP est-il régénéré durant
l’activité musculaire ? Suite Module M3
Créatine-P
Créatine
Phosphorylation directe (couplée à la créatine phosphate)
Cette voie de régénération de l’ATP permet de fournir l’énergie nécessaire à un effort musculaire de 10 secondes environ .
Créatine-phosphate: molécule à haute énergie emmagasinée
dans les muscles.
Réaction réversible lors d’une production trop importante
d’ATP ( stockage d’énergie sous forme de créatine-P)
Fermentation lactique
(voie anaérobie)
Cette voie s’active en présence ou en absence de O2 mais n’utilise pas de O2 d’où voie anaérobie. Durée de la réserve d’énergie : 30 à 60 s.
Problèmes: rendement faible (2ATP/molécule de glucose) et accumulation d’acide lactique à l’origine de fatigue musculaire.
Respiration cellulaire
(voie aérobie)
Lors d’une activité physique légère et prolongée; permet de réaliser un exercice durant plusieurs heures. Rendement énergétique important (36 ATP /molécule de glucose) mais besoin de O2.Peut utiliser également acides gras et acides aminés comme source d’ATP au lieu d’acide pyruvique.
Déchets: H2O et CO2.
Systèmes énergétiques mis en jeu pendant les activités
sportives…
Énergie nécessaire pour exercices intenses mais brefs (haltérophilie, sprint, plongeon…) provient uniquement des réserves d’ATP et de la créatine phosphate.
Exercices avec efforts intermittents (football, tennis, nage 100m…) alimentés presque exclusivement par voie anaérobie.
Exercices d’endurances (marathon, course à pied: voie aérobie). En réalité, voies aérobie et anaérobie intimement liées, voie anaérobie intervient surtout au début d’un effort physique pendant que créatine-P s’épuise et que voie aérobie se met en place. Mais voie anaérobie peut compléter voie aérobie si elle ne suffit plus (effort très intense et très long).
Doc.1
1:
2:
3:
Doc.2
4 :
Doc.3
glucose
2 ATP
2ADP
Fru-1,6bi-P
2 NAD+
2 acides pyruviques
2 NADH,H+
2 NADH,H+
2 NAD+
2 acides pyruviques
2 acides lactiques
Doc.4
Doc.5
Doc.6
H+, H+, H+H+, H+,
H+,H+,H+,H+…
Doc.7
glucose
2 ATP
2AD
P
Fru-1,6bi-P
2 NAD+
2 acides pyruviques
2
NADH,H+
2:
e
- 2H+, +1/2
O2
H2O
H+, H+, H+H+, H+,
H+,H+,H+,H+…
H+,H+
Bilan de la respiration cellulaire
1:
3:
par phosphorylation
oxydative au niveau de la
chaîne de transporteurs
d’électrons mitochondriale
Doc.8
Bilan de la respiration cellulaire
(cytosol+mitochondrie)
glucose
36ADP +36Pi
6O2
6CO2
36
ATP
6H2O
Bilan simplifié de la fermentation
lactique (cytosol)
glucose
2 ADP+2Pi
2 acides
lactiques
2 ATP
Bilan de la glycolyse (cytosol)
2ADP
2 NAD+
2
Pi
glucose 2 acides pyruviques
2 ATP 2 NADH,H+
Doc.9
