La respiration et la fermentation. Photosynthèse et respiration Photosynthèse et respiration....

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  • La respiration et la fermentation
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  • Photosynthse et respiration Photosynthse et respiration. Fabriquent leur propre matire organique. Autotrophes : Htrotrophes : Respiration ou fermentation. Transforment la matire organique vgtale en matire organique animale.
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  • La respiration libre de l'nergie. D'o vient cette nergie? Respiration du glucose: 1 glucose + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + nergie Des lectrons Plus un lectron est sur une orbitale leve, plus il contient dnergie. Il faut fournir de lnergie un lectron pour quil passe dune orbitale basse une orbitale leve. Inversement, un lectron qui passe dune orbitale leve une plus basse libre de lnergie
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  • La respiration libre de l'nergie. D'o vient cette nergie? Respiration du glucose: 1 glucose + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + nergie Des lectrons Lorsqu'un lectron situ un niveau lev passe un niveau plus bas, il perd de l'nergie. Au cours de la respiration, les lectrons du glucose perdent de l'nergie.
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  • Oxydation Le mthane est oxyd : les lectrons du CH 4 sont plus loigns du carbone dans le CO 2 que dans le CH 4 Rduction L'oxygne est rduit : les lectrons se rapprochent des atomes d'oxygne ==> libration d'nergie Ex. Combustion du mthane la fin de la raction, les lectrons occupent un niveau plus bas
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  • 1 glucose + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + nergie la fin de la raction, les lectrons occupent un niveau plus bas.
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  • Dans la respiration, l'nergie est libre par tapes (et non d'un seul coup). Les lectrons riches en nergie (niveau lev) du glucose sont transfrs d'autres molcules: les transporteurs. chaque transfert, l'lectron perd de l'nergie.
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  • lectron transfr un transporteur lectron transfr un autre transporteur Etc. lectron captur par l'oxygne Hydrogne "arrach" au glucose lectrons "arrachs" l'hydrogne Formation d'eau
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  • L'nergie dgage chaque transfert est convertie en ATP L'ATP form est libr dans la cellule
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  • La respiration se divise en trois grandes phases: 1. La glycolyse 2. Le cycle de Kreb 3. La chane de transport d'lectrons (ou chane respiratoire) Glycolyse et cycle de Kreb:"dshabillage" de la molcule de glucose et extraction des lectrons riches en nergie. Chane de transport des lectrons:Utilisation de l'nergie des lectrons pour former de l'ATP.
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  • La glycolyse Se produit dans le cytosol 1 glucose (C 6 )2 pyruvates (C 3 ) 2 ATP produits 4 H (et leurs lectrons) "arrachs" au glucose 2 glucose pyruvate C 6 H 12 O 6 C3H4O3C3H4O3 4 H 2 ADP + 2P 2 ATP
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  • N.B. 2H = 1H + 1 H + + 1 lectron Substrat-H 2 + NAD + Substrat + NADH + H + Le NAD+ est un transporteur d'lectrons riches en nergie. NAD + = nicotinamide adnine dinuclotide Chaque NAD + capte 2 lectrons
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  • La glycolyse 2 H + et 2 lectrons arrachs 4 ATP produits (2 pour chacun des 2 PGAL produits) 2 ATP consomms Le glucose (C 6 ) est bris en 2 molcules 3C (PGAL) Le PGAL est transform en pyruvate (C 3 )
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  • Le cycle de Kreb (ou cycle de l'acide citrique) Le pyruvate contient encore de nombreux lectrons riches en nergie. Ils sont extraits dans cette phase. Le pyruvate entre dans les mitochondries. Le cycle de Kreb se droule dans les mitochondries. Sir Hans Kreb (1900-1981) Prix Nobel 1953 de physiologie mdecine pour la dcouverte dans les annes 30 du cycle qui porte son nom.
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  • Le produit 6C form perd 2 C et des H pour redonner le produit de dpart 4C et le cycle recommence. L'ACoA (C 2 ) se combine un produit 4C pour former un produit 6C (acide citrique) Le produit 2C qui en rsulte se combine une coenzyme A (CoA) pour former de l'actyl coenzyme A (ACoA) Le pyruvate perd 2 H et 1 C 1 ATP a t form
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  • Le citrate (C6) perd 2 C pour redonner un produit 4C L'ACoA (C2) se combine l'oxaloactate (C4) et forme un compos 6C (citrate) Des H (et leurs lectrons) sont transfrs au NAD ou au FAD Pyruvate (C3)Le pyruvate perd 1 C et 2H et se combine au CoA pour former de l'ACoA 1 ATP form
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  • Bilan la fin du cycle de Kreb Le glucose a compltement t dmoli en CO 2 et H Seulement 4 ATP ont t produits pour chaque glucose (2 dans la glycolyse et 2 dans le cycle de Kreb). Lnergie du glucose est contenue dans les lectrons des hydrognes transports par le NADH et le FADH; ces lectrons sont encore des niveaux nergtiques levs.
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  • La chane de transport d'lectrons Se droule sur la membrane interne des mitochondries. Les lectrons riches en nergie provenant du glucose (transports par les NADH et FADH 2 ) sont transfrs des transporteurs d'lectrons situs sur la membrane interne. Transporteurs dlectrons, pompes protons et enzymes synthtisant de lATP (ATPsynthtases) Les plis de la membrane interne (crtes) permettent den accrotre la surface. NADH FADH 2
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  • L'oxygne accepte les lectrons la fin de la chane et se combine aux 2 H + pour former de l'eau. Le NADH (ou le FADH 2 ) cde ses lectrons riches en nergie un transporteur d'lectrons de la membrane interne de la mitochondrie. Les lectrons passent d'un transporteur l'autre. chaque transfert, ils perdent de l'nergie.
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  • Certaines bactries vivant en milieu anarobique (sans air) utilisent autre chose que de l'O 2 pour accepter les lectrons (sultfate ou nitrate) = respiration anarobie Ex. C 6 H 12 O 6 + 12 KNO 3 6 CO 2 + 6 H 2 O + 12 KNO 2 ADP + P ATP
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  • Chane de transport d'lectrons dans la membrane interne de la mitochondrie Les lectrons perdent de l'nergie chaque transfert. Les lectrons riches en nergie sont transfrs du NADH ou du FADH 2 des transporteurs d'lectrons de la membrane interne de la mitochondrie. chaque transfert, l'lectron perd de l'nergie. la fin de la chane, l'lectron qui a perdu beaucoup d'nergie peut tre accept par l'oxygne.
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  • L'nergie provenant des lectrons transfrs sert "pomper" des ions H + dans l'espace intermembranaire de la mitochondrie (entre la membrane externe et l'interne)
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  • Accumulation d'ions H + dans l'espace intermembranaire Gradient de concentration : l'espace intermembranaire devient plus concentr en ions H + (plus acide). Gradient lectrique : un ct de la membrane devient positif (accumulation d'ions +) et l'autre, ngatif (dficit en ions + par rapport aux ions -). Formation d'un gradient lectrochimique
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  • Gradient lectrochimique ==> les ions H + ont tendance diffuser vers la matrice (= force protomotrice). Ils le font en passant par des ATP synthtases.
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  • La force protomotrice (ions H + qui diffusent travers l'ATP synthtase) permet la formation d'ATP partir d'ADP et P. Espace intermembranaire Matrice Chimiosmose
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  • Peter Mitchell (1920-1992) a remport le prix Nobel de chimie en 1978 pour sa thorie de la chimiosmose mitochondriale (le gradient de concentration de protons form de part et dautre de la membrane interne sert de rservoir d'nergie libre pour la synthse dATP).
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  • Membrane interne de la mitochondrie ATP synthtase 100 = 10 nm Une mitochondrie typique de foie de mammifre contient environ 15 000 ATP synthtase
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  • Le passage des ions H + entrane la rotation de la sous-unit c . Cest ce mouvement qui permet la formation dATP partir dADP et P dans la partie qui dpasse de la membrane. La turbine protons Voir: LATP synthaseLATP synthase Vitesse de rotation = 50 100 tours / seconde
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  • On peut inverser la rotation et le passage d'ions H + en transformant des ATP en ADP. L'ATP synthtase peut donc tre convertie en un nanomoteur.
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  • On a fix un long filament d'actine (une protine) sur la portion mobile de la protine pour pouvoir observer le mouvement de rotation. Vitesse de rotation = 50 100 tours / seconde
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  • Chez beaucoup de procaryotes, une structure semblable lATPsynthtase sert faire tourner un long fouet appel "flagelle" permettant la cellule de se dplacer.
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  • Paul D. Boyer (UCLA) et John E. Walker (Cambridge) ont remport (avec Jens C. Skou) le Nobel de chimie 1997 pour leur dcouverte du fonctionnement de lATP synthtase. Paul D. Boyer John E. Walker Voir : http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1997/index.htmlhttp://nobelprize.org/chemistry/laureates/1997/index.html
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  • Bilan de la respiration : Thoriquement, chaque mole de glucose devrait pouvoir produire 38 moles dATP (2 dans la glycolyse, 2 dans le cycle de Kreb et 34 dans la chane respiratoire) = rendement denviron 40% (40% de lnergie du glucose convertie en ATP et 60% en chaleur) En pratique, la cellule parvient tirer environ une trentaine dATP par molcule de glucose.
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  • Effets de quelques poisons Le cyanure: bloque le passage des lectrons du cytochrome a 3 (un des transporteurs d'lectrons de la membrane) l'oxygne. Le dicoumarol ou le 2,4 dinitrophnol : augmente la permabilit de la membrane aux ions H