Réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée...
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Moussa JAOUANI 1 [email protected] Introduction Les végétaux utilisent le CO2 atmosphérique (autotrophes) et l’énergie lumineuse (phototrophes) pour produire leur matière organique. Pour cela l'énergie lumineuse est transformée en énergie chimique pour la production d'ATP. Tandis que les cellules des hétérotrophes, sans pouvoir d’utiliser l’énergie lumineuse doivent extraire leur énergie (ATP) à partir des nutriments. Quels sont les réactions et les mécanismes permettant la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique chez les hétérotrophes ? I. Deux voies métaboliques utilisent le glucose : 1. Une voie aérobie et une voie anaérobie a. Données expérimentales Document 1 1. Après avoir analysé les résultats, montrer les caractéristiques mises en évidence ici de chacun des types de métabolisme. Aide « Analyser les résultats » signifie indiquer comment évoluent les concentrations de dioxygène et de dioxyde de carbone dans les deux cas. Mettre en relation les conditions dans lesquelles sont placées les levures et les échanges gazeux qui s’opèrent entre les levures et le milieu extérieur. Au niveau de la culture bien oxygénée du montage 1, après injection d’un millilitre de solution glucosée, la concentration de dioxygène diminue et la concentration de dioxyde de carbone augmente. Dans un milieu aérobie, les levures absorbent du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone. Ces échanges gazeux caractérisent le métabolisme de la respiration. Au niveau de la culture non oxygénée du montage 2, après injection de 1mℓ de solution glucosée, la concentration en dioxygène diminue et devient nulle très rapidement. Au cours de ce bref moment, la concentration de dioxyde de carbone augmente légèrement. Puis, à partir du moment où il n’y a plus de dioxygène dans le milieu, la concentration de dioxyde de carbone augmente rapidement. Dans un milieu anaérobie, les levures rejettent du dioxyde de carbone. Ces échanges gazeux caractérisent le métabolisme de la fermentation. Réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique
Transcript of Réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée...
Moussa JAOUANI 1 moussasvtgmailcom
Introduction
Les veacutegeacutetaux utilisent le CO2 atmospheacuterique (autotrophes) et lrsquoeacutenergie lumineuse (phototrophes) pour
produire leur matiegravere organique Pour cela leacutenergie lumineuse est transformeacutee en eacutenergie chimique pour la
production dATP Tandis que les cellules des heacuteteacuterotrophes sans pouvoir drsquoutiliser lrsquoeacutenergie lumineuse
doivent extraire leur eacutenergie (ATP) agrave partir des nutriments
Quels sont les reacuteactions et les meacutecanismes permettant la libeacuteration de lrsquoeacutenergie emmagasineacutee
dans la matiegravere organique chez les heacuteteacuterotrophes
I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie
a Donneacutees expeacuterimentales
Document 1 1 Apregraves avoir analyseacute les
reacutesultats montrer les
caracteacuteristiques mises
en eacutevidence ici de
chacun des types de
meacutetabolisme
Aide laquo Analyser les
reacutesultats raquo signifie indiquer
comment eacutevoluent les
concentrations de dioxygegravene
et de dioxyde de carbone
dans les deux cas Mettre en
relation les conditions dans
lesquelles sont placeacutees les
levures et les eacutechanges
gazeux qui srsquoopegraverent entre
les levures et le milieu
exteacuterieur
Au niveau de la culture bien oxygeacuteneacutee du montage 1 apregraves injection drsquoun millilitre de solution glucoseacutee la concentration
de dioxygegravene diminue et la concentration de dioxyde de carbone augmente
Dans un milieu aeacuterobie les levures absorbent du dioxygegravene et rejettent du dioxyde de carbone Ces eacutechanges gazeux
caracteacuterisent le meacutetabolisme de la respiration
Au niveau de la culture non oxygeacuteneacutee du montage 2 apregraves injection de 1mℓ de solution glucoseacutee la concentration en
dioxygegravene diminue et devient nulle tregraves rapidement Au cours de ce bref moment la concentration de dioxyde de carbone
augmente leacutegegraverement Puis agrave partir du moment ougrave il nrsquoy a plus de dioxygegravene dans le milieu la concentration de dioxyde
de carbone augmente rapidement
Dans un milieu anaeacuterobie les levures rejettent du dioxyde de carbone Ces eacutechanges gazeux caracteacuterisent le
meacutetabolisme de la fermentation
Reacuteactions responsables de la libeacuteration de lrsquoeacutenergie emmagasineacutee dans la matiegravere organique
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Document 2
proposez une hypothegravese sur le
rocircle des mitochondries dans la
cellule
1 En milieu aeacuterobie la multiplication cellulaire (poids de levures) ainsi que la consommation du glucose sont beaucoup
plus importantes qursquoen milieu anaeacuterobie Sachant que la multiplication cellulaire neacutecessite de lrsquoeacutenergie On pourrait
admettre que la production drsquoeacutenergie (agrave partir de la deacutegradation du glucose) est moindre en mode laquo fermentation raquo qursquoen
mode laquo respiration raquo
De plus la deacutegradation du glucose en anaeacuterobiose est incomplegravete et il se forme de lrsquoalcool eacutethylique ou eacutethanol
2 Les deux levures preacutesentent un noyau et des vacuoles Par contre seule la levure provenant du milieu oxygeacuteneacute preacutesente
des mitochondries bien deacuteveloppeacutees
La respiration et la preacutesence de mitochondries sont lieacutees Le mode fermentation ne neacutecessite pas de mitochondries Ces
derniers sont des organites cellulaires impliqueacutes dans la respiration cellulaire 3 Bilan
Respiration Fermentation
Milieu aeacuterobie
Absorption de dioxygegravene
Rejet de dioxyde de carbone
Consommation (deacutegradation) du glucose
Beaucoup drsquoeacutenergie produite
Neacutecessite la preacutesence de mitochondrie
Milieu anaeacuterobie
Rejet de dioxyde de carbone et de moleacutecules
organiques (eacutethanol dans le cas des levures)
Consommation (deacutegradation) du glucose
Peu drsquoeacutenergie produite
Se deacuteroule dans lrsquohyaloplasme
2 Notion de respiration et de fermentation
Deux types de reacuteactions chimiques permettent drsquoextraire lrsquoeacutenergie responsable du fonctionnement cellulaire
La respiration cellulaire crsquoest une oxydation complegravete de matiegravere organique (glucose) en milieu aeacuterobie elle neacutecessite
lrsquointervention des mitochondries et produit une quantiteacute importante drsquoeacutenergie
La fermentation crsquoest une oxydation incomplegravete (partielle) de matiegravere organique en milieu anaeacuterobie elle se deacuteroule dans
lrsquohyaloplasme et produit une faible quantiteacute drsquoeacutenergie et des moleacutecules organiques contenant encore une eacutenergie potentielle
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Comment le glucose est-il transformeacute en eacutenergie utilisable par la cellule au cours de la respiration et au cours de la
fermentation
Bien qursquoutilisant qursquoun mecircme substrat organique la respiration permet de produire plus drsquoeacutenergie que la fermentation
Pourquoi
Quel est le rocircle des mitochondries dans la respiration cellulaire
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie
But Rechercher les structures cellulaires lieacutees au meacutetabolisme respiratoire
Document 3 1 Deacutecrivez lrsquoultrastructure
de la mitochondrie
Faites un dessin dobservation
du document ci-contre en y
placcedilant les annotations
suivantes membrane externe
membrane interne replis de la
membrane interne ou crecirctes
matrice (inteacuterieur de la
mitochondrie)
2Que suggegravere la preacutesence de
nombreuses enzymes dans la
mitochondrie
La preacutesence de nombreuses
enzymes suggegravere lrsquoexistence
de reacuteactions chimiques
4Lrsquoabsence de glucose dans
la mitochondrie est-elle en
accord avec les conclusions
des activiteacutes preacuteceacutedentes
Justifier la reacuteponse
Lrsquoabsence de glucose pose
problegraveme car au cours de la
respiration la cellule
consomme du glucose (vu
preacuteceacutedemment) Or on ne
retrouve pas de glucose dans
la mitochondrie qui serait
lrsquoorganite de la respiration
Les mitochondries sont des organites clos deacutelimiteacutes par deux membranes la membrane externe et la membrane interne qui
preacutesente des replis appeleacutes crecirctes mitochondriales Entre ces deux membranes se trouve lrsquoespace intermembranaire La
membrane interne limite la matrice agrave lrsquointeacuterieur
La membrane interne est caracteacuteriseacutee par sa richesse en enzymes et porte des sphegraveres peacutedonculeacutees tourneacutees vers la matrice
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2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol
Pb Les mitochondries sont des organites cellulaires essentiels agrave la respiration Pourtant on nrsquoobserve pas la preacutesence de
glucose dans les mitochondries Comment expliquer ce paradoxe
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule
Document 4
Aide Comparez les reacutesultats
obtenus avant et apregraves
laddition du glucose Quelle
conclusion pouvez eacutemettre
1 La concentration du dioxygegravene reste constante avant et apregraves lrsquoajout du glucose les mitochondries ne respirent pas
Lrsquoajout de pyruvate provoque une diminution de la concentration de dioxygegravene dans le milieu les mitochondries respirent
On deacuteduit que les mitochondries utilisent lrsquoacide pyruvique comme meacutetabolite eacutenergeacutetique et non pas le glucose
2 hypothegravese La cellule absorberait le glucose et le transformerait en pyruvate dans le cytosol Seul le pyruvate serait absorbeacute
par la mitochondrie
3 On observe dans le document qursquoil nrsquoy a que du glucose dans le milieu externe au temps t0 le taux de glucose du milieu
exteacuterieur diminue et on en voit apparaitre dans lrsquohyaloplasme Cela signifie que le glucose est entreacute dans les cellules Au temps
t2 il nrsquoy a plus de glucose dans lrsquohyaloplasme la radioactiviteacute se retrouve dans les moleacutecules de pyruvate Le glucose a eacuteteacute
transformeacute en pyruvate dans lrsquohyaloplasme (la glycolyse) Puis on observe qursquoil apparait progressivement du pyruvate dans la
matrice mitochondriale Lrsquohypothegravese preacuteceacutedente est confirmeacutee
Au temps t3 et t4 la radioactiviteacute est retrouveacutee dans les moleacutecules de dioxyde de carbone eacutemises dans le milieu exteacuterieur
4
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b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse
Document 5 1 Dans quel compartiment
cellulaire se deacuteroule la
glycolyse
2 Deacuteterminez agrave partir du
document les eacutetapes de la
glycolyse
3 Quel est le bilan de la
glycolyse pour une
moleacutecule de glucose
consommeacutee
4 Justifiez la qualification de
ldquola glycolyserdquo de
ldquodeacutegradation anaeacuterobierdquo
5 A partir des reacuteponses
preacuteceacutedentes proposer une
deacutefinition et une eacutequation
bilan de la glycolyse
1 La glycolyse se deacuteroule dans lrsquohyaloplasme
2 La glycolyse se reacutealise essentiellement en deux eacutetapes successives
Deacutegradation du glucose en trioses cette conversion est coupleacutee agrave une consommation drsquoATP Le clivage de la moleacutecule
de fructose biphosphate formeacutee donne deux trioses phosphates
Oxydation de chaque triose phosphate en acide pyruvique cette oxydation qui correspond agrave une deacuteshydrogeacutenation en
preacutesence drsquoun transporteur oxydeacute (NAD+) reacutegeacutenegravere deux moleacutecules drsquoATP par moleacutecule de triose-P et produit 2 ATP agrave partir
drsquoADP et Pi
3 Pour une moleacutecule de glucose consommeacutee il y a formation de
1048692 deux moleacutecules de pyruvate
1048692 deux moleacutecules drsquoATP
1048692 deux moleacutecules de coenzymes reacuteduits NADHH+
4 La transformation de glucose en pyruvate ne neacutecessite pas de dioxygegravene crsquoest pourquoi la glycolyse est un pheacutenomegravene
anaeacuterobie
5 La glycolyse est une suite de reacuteactions qui deacutegrade une moleacutecule de glucose en deux moleacutecules drsquoacide pyruvique Elle a lieu
dans lrsquohyaloplasme de la cellule Crsquoest une eacutetape commune agrave la respiration et agrave la fermentation
Lrsquoeacutequation globale de la glycolyse
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ rarr 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADHH+
Rq Cette oxydation est incomplegravete le pyruvate contient encore de lrsquoeacutenergie potentielle
Que devient le pyruvate dans la matrice mitochondriale Quelles sont les reacuteactions chimiques qui srsquoy deacuteroulent
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3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale
Document 6
1 Deacutecrivez lrsquoensemble de
reacuteactions chimiques que
subit lrsquoacide pyruvique
dans la matrice
mitochondriale
2 Donnez lrsquoeacutequation bilan
de cycle de Krebs
3 Quel est le bilan chimique
de lrsquooxydation totale drsquoune
moleacutecule de pyruvate dans
la matrice
1 Dans la matrice le pyruvate issu de la glycolyse va subir un ensemble de reacuteactions chimiques qursquoon peut reacutesumer en deux
eacutetapes
Etape 1 lrsquoacide pyruvique subit une deacutecarboxylation (enlegravevement de CO2) et une deacuteshydrogeacutenation (enlegravevement de
H+) dont le reacutesultat est un groupement aceacutetyle CH3CO qui se fixe sur un composeacute appeleacute coenzyme A pour donner
lrsquoaceacutetyle coenzyme A Eacutetape 2 lrsquoaceacutetyle coenzyme A se fixe sur un corps en C4 pour donner un composeacute en C6 Ce dernier subit un
ensemble de reacuteactions de deacutecarboxylation et de deacuteshydrogeacutenation constituant le cycle de KREBS
2 Equation bilan de cycle de Krebs
CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 3H2O rarr 2CO2 + 3NADHH+ + FADH2 + ATP + CoA-H
3 Pour une moleacutecule drsquoacide pyruvique consommeacutee il y a eu production de
4NADHH+
1FADH2
1ATP
3CO2
CH3-CO-COOH + 4NAD+ + FAD + ADP + Pi rarr 3CO2 + 4NADHH+ + FADH2 + ATP
Comment sont reacuteoxydeacutes les coenzymes reacuteduits pour que le pheacutenomegravene perdure
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4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale
a Notion de chaine respiratoire
Document 7 1 Placer les transporteurs
drsquoeacutelectrons repreacutesenteacutes par
la figure a dans leurs places
de la figure b
2 Montrer par des flegraveches le
sens de flux spontaneacute des
eacutelectrons sachant que le
transfert drsquoeacutelectrons ne
srsquoeffectue spontaneacutement que
dans le sens des potentiels
redox croissant
3 Quel est le donneur et
lrsquoaccepteur final des
eacutelectrons dans cette chaine
de reacuteactions redox
Les eacutelectrons sont transporteacutes dans la membrane interne le long drsquoune chaine de transporteurs (la chaine respiratoire)
Le donneur drsquoeacutelectrons est le NADHH+ qui subit une oxydation selon la reacuteaction
NADHH+ rarr NAD+ + 2H+ + 2e
Lrsquoaccepteur final des eacutelectrons est lrsquoO2 qui subit une reacuteduction selon la reacuteaction
frac12 O2 + 2H+ + 2e rarr H2O
Bilan
Chaicircne respiratoire ensemble de diverses des transporteurs drsquoeacutelectrons situeacutes dans la membrane interne mitochondriale
assurant par oxydoreacuteductions successives le transfert des eacutelectrons des composeacutes reacuteduits (NADHH+ FADH2) jusqursquoau
dioxygegravene qui se trouve alors reacuteduit se forme drsquoH2O
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP
Document 8 1Expliqez les reacutesultats
obtenus
Analyse des reacutesultats
Avant lrsquoinjection drsquoO2 on observe que la concentration en H+ du milieu exteacuterieur est nulle
Juste apregraves lrsquoinjection drsquoO2 on observe une augmentation rapide suivie drsquoune diminution lente de la concentration en H+
Explication
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Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
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Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
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La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
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Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
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Document 2
proposez une hypothegravese sur le
rocircle des mitochondries dans la
cellule
1 En milieu aeacuterobie la multiplication cellulaire (poids de levures) ainsi que la consommation du glucose sont beaucoup
plus importantes qursquoen milieu anaeacuterobie Sachant que la multiplication cellulaire neacutecessite de lrsquoeacutenergie On pourrait
admettre que la production drsquoeacutenergie (agrave partir de la deacutegradation du glucose) est moindre en mode laquo fermentation raquo qursquoen
mode laquo respiration raquo
De plus la deacutegradation du glucose en anaeacuterobiose est incomplegravete et il se forme de lrsquoalcool eacutethylique ou eacutethanol
2 Les deux levures preacutesentent un noyau et des vacuoles Par contre seule la levure provenant du milieu oxygeacuteneacute preacutesente
des mitochondries bien deacuteveloppeacutees
La respiration et la preacutesence de mitochondries sont lieacutees Le mode fermentation ne neacutecessite pas de mitochondries Ces
derniers sont des organites cellulaires impliqueacutes dans la respiration cellulaire 3 Bilan
Respiration Fermentation
Milieu aeacuterobie
Absorption de dioxygegravene
Rejet de dioxyde de carbone
Consommation (deacutegradation) du glucose
Beaucoup drsquoeacutenergie produite
Neacutecessite la preacutesence de mitochondrie
Milieu anaeacuterobie
Rejet de dioxyde de carbone et de moleacutecules
organiques (eacutethanol dans le cas des levures)
Consommation (deacutegradation) du glucose
Peu drsquoeacutenergie produite
Se deacuteroule dans lrsquohyaloplasme
2 Notion de respiration et de fermentation
Deux types de reacuteactions chimiques permettent drsquoextraire lrsquoeacutenergie responsable du fonctionnement cellulaire
La respiration cellulaire crsquoest une oxydation complegravete de matiegravere organique (glucose) en milieu aeacuterobie elle neacutecessite
lrsquointervention des mitochondries et produit une quantiteacute importante drsquoeacutenergie
La fermentation crsquoest une oxydation incomplegravete (partielle) de matiegravere organique en milieu anaeacuterobie elle se deacuteroule dans
lrsquohyaloplasme et produit une faible quantiteacute drsquoeacutenergie et des moleacutecules organiques contenant encore une eacutenergie potentielle
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Comment le glucose est-il transformeacute en eacutenergie utilisable par la cellule au cours de la respiration et au cours de la
fermentation
Bien qursquoutilisant qursquoun mecircme substrat organique la respiration permet de produire plus drsquoeacutenergie que la fermentation
Pourquoi
Quel est le rocircle des mitochondries dans la respiration cellulaire
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie
But Rechercher les structures cellulaires lieacutees au meacutetabolisme respiratoire
Document 3 1 Deacutecrivez lrsquoultrastructure
de la mitochondrie
Faites un dessin dobservation
du document ci-contre en y
placcedilant les annotations
suivantes membrane externe
membrane interne replis de la
membrane interne ou crecirctes
matrice (inteacuterieur de la
mitochondrie)
2Que suggegravere la preacutesence de
nombreuses enzymes dans la
mitochondrie
La preacutesence de nombreuses
enzymes suggegravere lrsquoexistence
de reacuteactions chimiques
4Lrsquoabsence de glucose dans
la mitochondrie est-elle en
accord avec les conclusions
des activiteacutes preacuteceacutedentes
Justifier la reacuteponse
Lrsquoabsence de glucose pose
problegraveme car au cours de la
respiration la cellule
consomme du glucose (vu
preacuteceacutedemment) Or on ne
retrouve pas de glucose dans
la mitochondrie qui serait
lrsquoorganite de la respiration
Les mitochondries sont des organites clos deacutelimiteacutes par deux membranes la membrane externe et la membrane interne qui
preacutesente des replis appeleacutes crecirctes mitochondriales Entre ces deux membranes se trouve lrsquoespace intermembranaire La
membrane interne limite la matrice agrave lrsquointeacuterieur
La membrane interne est caracteacuteriseacutee par sa richesse en enzymes et porte des sphegraveres peacutedonculeacutees tourneacutees vers la matrice
Moussa JAOUANI 4 moussasvtgmailcom
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol
Pb Les mitochondries sont des organites cellulaires essentiels agrave la respiration Pourtant on nrsquoobserve pas la preacutesence de
glucose dans les mitochondries Comment expliquer ce paradoxe
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule
Document 4
Aide Comparez les reacutesultats
obtenus avant et apregraves
laddition du glucose Quelle
conclusion pouvez eacutemettre
1 La concentration du dioxygegravene reste constante avant et apregraves lrsquoajout du glucose les mitochondries ne respirent pas
Lrsquoajout de pyruvate provoque une diminution de la concentration de dioxygegravene dans le milieu les mitochondries respirent
On deacuteduit que les mitochondries utilisent lrsquoacide pyruvique comme meacutetabolite eacutenergeacutetique et non pas le glucose
2 hypothegravese La cellule absorberait le glucose et le transformerait en pyruvate dans le cytosol Seul le pyruvate serait absorbeacute
par la mitochondrie
3 On observe dans le document qursquoil nrsquoy a que du glucose dans le milieu externe au temps t0 le taux de glucose du milieu
exteacuterieur diminue et on en voit apparaitre dans lrsquohyaloplasme Cela signifie que le glucose est entreacute dans les cellules Au temps
t2 il nrsquoy a plus de glucose dans lrsquohyaloplasme la radioactiviteacute se retrouve dans les moleacutecules de pyruvate Le glucose a eacuteteacute
transformeacute en pyruvate dans lrsquohyaloplasme (la glycolyse) Puis on observe qursquoil apparait progressivement du pyruvate dans la
matrice mitochondriale Lrsquohypothegravese preacuteceacutedente est confirmeacutee
Au temps t3 et t4 la radioactiviteacute est retrouveacutee dans les moleacutecules de dioxyde de carbone eacutemises dans le milieu exteacuterieur
4
Moussa JAOUANI 5 moussasvtgmailcom
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse
Document 5 1 Dans quel compartiment
cellulaire se deacuteroule la
glycolyse
2 Deacuteterminez agrave partir du
document les eacutetapes de la
glycolyse
3 Quel est le bilan de la
glycolyse pour une
moleacutecule de glucose
consommeacutee
4 Justifiez la qualification de
ldquola glycolyserdquo de
ldquodeacutegradation anaeacuterobierdquo
5 A partir des reacuteponses
preacuteceacutedentes proposer une
deacutefinition et une eacutequation
bilan de la glycolyse
1 La glycolyse se deacuteroule dans lrsquohyaloplasme
2 La glycolyse se reacutealise essentiellement en deux eacutetapes successives
Deacutegradation du glucose en trioses cette conversion est coupleacutee agrave une consommation drsquoATP Le clivage de la moleacutecule
de fructose biphosphate formeacutee donne deux trioses phosphates
Oxydation de chaque triose phosphate en acide pyruvique cette oxydation qui correspond agrave une deacuteshydrogeacutenation en
preacutesence drsquoun transporteur oxydeacute (NAD+) reacutegeacutenegravere deux moleacutecules drsquoATP par moleacutecule de triose-P et produit 2 ATP agrave partir
drsquoADP et Pi
3 Pour une moleacutecule de glucose consommeacutee il y a formation de
1048692 deux moleacutecules de pyruvate
1048692 deux moleacutecules drsquoATP
1048692 deux moleacutecules de coenzymes reacuteduits NADHH+
4 La transformation de glucose en pyruvate ne neacutecessite pas de dioxygegravene crsquoest pourquoi la glycolyse est un pheacutenomegravene
anaeacuterobie
5 La glycolyse est une suite de reacuteactions qui deacutegrade une moleacutecule de glucose en deux moleacutecules drsquoacide pyruvique Elle a lieu
dans lrsquohyaloplasme de la cellule Crsquoest une eacutetape commune agrave la respiration et agrave la fermentation
Lrsquoeacutequation globale de la glycolyse
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ rarr 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADHH+
Rq Cette oxydation est incomplegravete le pyruvate contient encore de lrsquoeacutenergie potentielle
Que devient le pyruvate dans la matrice mitochondriale Quelles sont les reacuteactions chimiques qui srsquoy deacuteroulent
Moussa JAOUANI 6 moussasvtgmailcom
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale
Document 6
1 Deacutecrivez lrsquoensemble de
reacuteactions chimiques que
subit lrsquoacide pyruvique
dans la matrice
mitochondriale
2 Donnez lrsquoeacutequation bilan
de cycle de Krebs
3 Quel est le bilan chimique
de lrsquooxydation totale drsquoune
moleacutecule de pyruvate dans
la matrice
1 Dans la matrice le pyruvate issu de la glycolyse va subir un ensemble de reacuteactions chimiques qursquoon peut reacutesumer en deux
eacutetapes
Etape 1 lrsquoacide pyruvique subit une deacutecarboxylation (enlegravevement de CO2) et une deacuteshydrogeacutenation (enlegravevement de
H+) dont le reacutesultat est un groupement aceacutetyle CH3CO qui se fixe sur un composeacute appeleacute coenzyme A pour donner
lrsquoaceacutetyle coenzyme A Eacutetape 2 lrsquoaceacutetyle coenzyme A se fixe sur un corps en C4 pour donner un composeacute en C6 Ce dernier subit un
ensemble de reacuteactions de deacutecarboxylation et de deacuteshydrogeacutenation constituant le cycle de KREBS
2 Equation bilan de cycle de Krebs
CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 3H2O rarr 2CO2 + 3NADHH+ + FADH2 + ATP + CoA-H
3 Pour une moleacutecule drsquoacide pyruvique consommeacutee il y a eu production de
4NADHH+
1FADH2
1ATP
3CO2
CH3-CO-COOH + 4NAD+ + FAD + ADP + Pi rarr 3CO2 + 4NADHH+ + FADH2 + ATP
Comment sont reacuteoxydeacutes les coenzymes reacuteduits pour que le pheacutenomegravene perdure
Moussa JAOUANI 7 moussasvtgmailcom
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale
a Notion de chaine respiratoire
Document 7 1 Placer les transporteurs
drsquoeacutelectrons repreacutesenteacutes par
la figure a dans leurs places
de la figure b
2 Montrer par des flegraveches le
sens de flux spontaneacute des
eacutelectrons sachant que le
transfert drsquoeacutelectrons ne
srsquoeffectue spontaneacutement que
dans le sens des potentiels
redox croissant
3 Quel est le donneur et
lrsquoaccepteur final des
eacutelectrons dans cette chaine
de reacuteactions redox
Les eacutelectrons sont transporteacutes dans la membrane interne le long drsquoune chaine de transporteurs (la chaine respiratoire)
Le donneur drsquoeacutelectrons est le NADHH+ qui subit une oxydation selon la reacuteaction
NADHH+ rarr NAD+ + 2H+ + 2e
Lrsquoaccepteur final des eacutelectrons est lrsquoO2 qui subit une reacuteduction selon la reacuteaction
frac12 O2 + 2H+ + 2e rarr H2O
Bilan
Chaicircne respiratoire ensemble de diverses des transporteurs drsquoeacutelectrons situeacutes dans la membrane interne mitochondriale
assurant par oxydoreacuteductions successives le transfert des eacutelectrons des composeacutes reacuteduits (NADHH+ FADH2) jusqursquoau
dioxygegravene qui se trouve alors reacuteduit se forme drsquoH2O
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP
Document 8 1Expliqez les reacutesultats
obtenus
Analyse des reacutesultats
Avant lrsquoinjection drsquoO2 on observe que la concentration en H+ du milieu exteacuterieur est nulle
Juste apregraves lrsquoinjection drsquoO2 on observe une augmentation rapide suivie drsquoune diminution lente de la concentration en H+
Explication
Moussa JAOUANI 8 moussasvtgmailcom
Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
Moussa JAOUANI 9 moussasvtgmailcom
Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
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La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
Moussa JAOUANI 12 moussasvtgmailcom
Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
Moussa JAOUANI 3 moussasvtgmailcom
Comment le glucose est-il transformeacute en eacutenergie utilisable par la cellule au cours de la respiration et au cours de la
fermentation
Bien qursquoutilisant qursquoun mecircme substrat organique la respiration permet de produire plus drsquoeacutenergie que la fermentation
Pourquoi
Quel est le rocircle des mitochondries dans la respiration cellulaire
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie
But Rechercher les structures cellulaires lieacutees au meacutetabolisme respiratoire
Document 3 1 Deacutecrivez lrsquoultrastructure
de la mitochondrie
Faites un dessin dobservation
du document ci-contre en y
placcedilant les annotations
suivantes membrane externe
membrane interne replis de la
membrane interne ou crecirctes
matrice (inteacuterieur de la
mitochondrie)
2Que suggegravere la preacutesence de
nombreuses enzymes dans la
mitochondrie
La preacutesence de nombreuses
enzymes suggegravere lrsquoexistence
de reacuteactions chimiques
4Lrsquoabsence de glucose dans
la mitochondrie est-elle en
accord avec les conclusions
des activiteacutes preacuteceacutedentes
Justifier la reacuteponse
Lrsquoabsence de glucose pose
problegraveme car au cours de la
respiration la cellule
consomme du glucose (vu
preacuteceacutedemment) Or on ne
retrouve pas de glucose dans
la mitochondrie qui serait
lrsquoorganite de la respiration
Les mitochondries sont des organites clos deacutelimiteacutes par deux membranes la membrane externe et la membrane interne qui
preacutesente des replis appeleacutes crecirctes mitochondriales Entre ces deux membranes se trouve lrsquoespace intermembranaire La
membrane interne limite la matrice agrave lrsquointeacuterieur
La membrane interne est caracteacuteriseacutee par sa richesse en enzymes et porte des sphegraveres peacutedonculeacutees tourneacutees vers la matrice
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2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol
Pb Les mitochondries sont des organites cellulaires essentiels agrave la respiration Pourtant on nrsquoobserve pas la preacutesence de
glucose dans les mitochondries Comment expliquer ce paradoxe
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule
Document 4
Aide Comparez les reacutesultats
obtenus avant et apregraves
laddition du glucose Quelle
conclusion pouvez eacutemettre
1 La concentration du dioxygegravene reste constante avant et apregraves lrsquoajout du glucose les mitochondries ne respirent pas
Lrsquoajout de pyruvate provoque une diminution de la concentration de dioxygegravene dans le milieu les mitochondries respirent
On deacuteduit que les mitochondries utilisent lrsquoacide pyruvique comme meacutetabolite eacutenergeacutetique et non pas le glucose
2 hypothegravese La cellule absorberait le glucose et le transformerait en pyruvate dans le cytosol Seul le pyruvate serait absorbeacute
par la mitochondrie
3 On observe dans le document qursquoil nrsquoy a que du glucose dans le milieu externe au temps t0 le taux de glucose du milieu
exteacuterieur diminue et on en voit apparaitre dans lrsquohyaloplasme Cela signifie que le glucose est entreacute dans les cellules Au temps
t2 il nrsquoy a plus de glucose dans lrsquohyaloplasme la radioactiviteacute se retrouve dans les moleacutecules de pyruvate Le glucose a eacuteteacute
transformeacute en pyruvate dans lrsquohyaloplasme (la glycolyse) Puis on observe qursquoil apparait progressivement du pyruvate dans la
matrice mitochondriale Lrsquohypothegravese preacuteceacutedente est confirmeacutee
Au temps t3 et t4 la radioactiviteacute est retrouveacutee dans les moleacutecules de dioxyde de carbone eacutemises dans le milieu exteacuterieur
4
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b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse
Document 5 1 Dans quel compartiment
cellulaire se deacuteroule la
glycolyse
2 Deacuteterminez agrave partir du
document les eacutetapes de la
glycolyse
3 Quel est le bilan de la
glycolyse pour une
moleacutecule de glucose
consommeacutee
4 Justifiez la qualification de
ldquola glycolyserdquo de
ldquodeacutegradation anaeacuterobierdquo
5 A partir des reacuteponses
preacuteceacutedentes proposer une
deacutefinition et une eacutequation
bilan de la glycolyse
1 La glycolyse se deacuteroule dans lrsquohyaloplasme
2 La glycolyse se reacutealise essentiellement en deux eacutetapes successives
Deacutegradation du glucose en trioses cette conversion est coupleacutee agrave une consommation drsquoATP Le clivage de la moleacutecule
de fructose biphosphate formeacutee donne deux trioses phosphates
Oxydation de chaque triose phosphate en acide pyruvique cette oxydation qui correspond agrave une deacuteshydrogeacutenation en
preacutesence drsquoun transporteur oxydeacute (NAD+) reacutegeacutenegravere deux moleacutecules drsquoATP par moleacutecule de triose-P et produit 2 ATP agrave partir
drsquoADP et Pi
3 Pour une moleacutecule de glucose consommeacutee il y a formation de
1048692 deux moleacutecules de pyruvate
1048692 deux moleacutecules drsquoATP
1048692 deux moleacutecules de coenzymes reacuteduits NADHH+
4 La transformation de glucose en pyruvate ne neacutecessite pas de dioxygegravene crsquoest pourquoi la glycolyse est un pheacutenomegravene
anaeacuterobie
5 La glycolyse est une suite de reacuteactions qui deacutegrade une moleacutecule de glucose en deux moleacutecules drsquoacide pyruvique Elle a lieu
dans lrsquohyaloplasme de la cellule Crsquoest une eacutetape commune agrave la respiration et agrave la fermentation
Lrsquoeacutequation globale de la glycolyse
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ rarr 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADHH+
Rq Cette oxydation est incomplegravete le pyruvate contient encore de lrsquoeacutenergie potentielle
Que devient le pyruvate dans la matrice mitochondriale Quelles sont les reacuteactions chimiques qui srsquoy deacuteroulent
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3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale
Document 6
1 Deacutecrivez lrsquoensemble de
reacuteactions chimiques que
subit lrsquoacide pyruvique
dans la matrice
mitochondriale
2 Donnez lrsquoeacutequation bilan
de cycle de Krebs
3 Quel est le bilan chimique
de lrsquooxydation totale drsquoune
moleacutecule de pyruvate dans
la matrice
1 Dans la matrice le pyruvate issu de la glycolyse va subir un ensemble de reacuteactions chimiques qursquoon peut reacutesumer en deux
eacutetapes
Etape 1 lrsquoacide pyruvique subit une deacutecarboxylation (enlegravevement de CO2) et une deacuteshydrogeacutenation (enlegravevement de
H+) dont le reacutesultat est un groupement aceacutetyle CH3CO qui se fixe sur un composeacute appeleacute coenzyme A pour donner
lrsquoaceacutetyle coenzyme A Eacutetape 2 lrsquoaceacutetyle coenzyme A se fixe sur un corps en C4 pour donner un composeacute en C6 Ce dernier subit un
ensemble de reacuteactions de deacutecarboxylation et de deacuteshydrogeacutenation constituant le cycle de KREBS
2 Equation bilan de cycle de Krebs
CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 3H2O rarr 2CO2 + 3NADHH+ + FADH2 + ATP + CoA-H
3 Pour une moleacutecule drsquoacide pyruvique consommeacutee il y a eu production de
4NADHH+
1FADH2
1ATP
3CO2
CH3-CO-COOH + 4NAD+ + FAD + ADP + Pi rarr 3CO2 + 4NADHH+ + FADH2 + ATP
Comment sont reacuteoxydeacutes les coenzymes reacuteduits pour que le pheacutenomegravene perdure
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4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale
a Notion de chaine respiratoire
Document 7 1 Placer les transporteurs
drsquoeacutelectrons repreacutesenteacutes par
la figure a dans leurs places
de la figure b
2 Montrer par des flegraveches le
sens de flux spontaneacute des
eacutelectrons sachant que le
transfert drsquoeacutelectrons ne
srsquoeffectue spontaneacutement que
dans le sens des potentiels
redox croissant
3 Quel est le donneur et
lrsquoaccepteur final des
eacutelectrons dans cette chaine
de reacuteactions redox
Les eacutelectrons sont transporteacutes dans la membrane interne le long drsquoune chaine de transporteurs (la chaine respiratoire)
Le donneur drsquoeacutelectrons est le NADHH+ qui subit une oxydation selon la reacuteaction
NADHH+ rarr NAD+ + 2H+ + 2e
Lrsquoaccepteur final des eacutelectrons est lrsquoO2 qui subit une reacuteduction selon la reacuteaction
frac12 O2 + 2H+ + 2e rarr H2O
Bilan
Chaicircne respiratoire ensemble de diverses des transporteurs drsquoeacutelectrons situeacutes dans la membrane interne mitochondriale
assurant par oxydoreacuteductions successives le transfert des eacutelectrons des composeacutes reacuteduits (NADHH+ FADH2) jusqursquoau
dioxygegravene qui se trouve alors reacuteduit se forme drsquoH2O
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP
Document 8 1Expliqez les reacutesultats
obtenus
Analyse des reacutesultats
Avant lrsquoinjection drsquoO2 on observe que la concentration en H+ du milieu exteacuterieur est nulle
Juste apregraves lrsquoinjection drsquoO2 on observe une augmentation rapide suivie drsquoune diminution lente de la concentration en H+
Explication
Moussa JAOUANI 8 moussasvtgmailcom
Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
Moussa JAOUANI 9 moussasvtgmailcom
Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
Moussa JAOUANI 10 moussasvtgmailcom
La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
Moussa JAOUANI 11 moussasvtgmailcom
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
Moussa JAOUANI 12 moussasvtgmailcom
Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
Moussa JAOUANI 4 moussasvtgmailcom
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol
Pb Les mitochondries sont des organites cellulaires essentiels agrave la respiration Pourtant on nrsquoobserve pas la preacutesence de
glucose dans les mitochondries Comment expliquer ce paradoxe
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule
Document 4
Aide Comparez les reacutesultats
obtenus avant et apregraves
laddition du glucose Quelle
conclusion pouvez eacutemettre
1 La concentration du dioxygegravene reste constante avant et apregraves lrsquoajout du glucose les mitochondries ne respirent pas
Lrsquoajout de pyruvate provoque une diminution de la concentration de dioxygegravene dans le milieu les mitochondries respirent
On deacuteduit que les mitochondries utilisent lrsquoacide pyruvique comme meacutetabolite eacutenergeacutetique et non pas le glucose
2 hypothegravese La cellule absorberait le glucose et le transformerait en pyruvate dans le cytosol Seul le pyruvate serait absorbeacute
par la mitochondrie
3 On observe dans le document qursquoil nrsquoy a que du glucose dans le milieu externe au temps t0 le taux de glucose du milieu
exteacuterieur diminue et on en voit apparaitre dans lrsquohyaloplasme Cela signifie que le glucose est entreacute dans les cellules Au temps
t2 il nrsquoy a plus de glucose dans lrsquohyaloplasme la radioactiviteacute se retrouve dans les moleacutecules de pyruvate Le glucose a eacuteteacute
transformeacute en pyruvate dans lrsquohyaloplasme (la glycolyse) Puis on observe qursquoil apparait progressivement du pyruvate dans la
matrice mitochondriale Lrsquohypothegravese preacuteceacutedente est confirmeacutee
Au temps t3 et t4 la radioactiviteacute est retrouveacutee dans les moleacutecules de dioxyde de carbone eacutemises dans le milieu exteacuterieur
4
Moussa JAOUANI 5 moussasvtgmailcom
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse
Document 5 1 Dans quel compartiment
cellulaire se deacuteroule la
glycolyse
2 Deacuteterminez agrave partir du
document les eacutetapes de la
glycolyse
3 Quel est le bilan de la
glycolyse pour une
moleacutecule de glucose
consommeacutee
4 Justifiez la qualification de
ldquola glycolyserdquo de
ldquodeacutegradation anaeacuterobierdquo
5 A partir des reacuteponses
preacuteceacutedentes proposer une
deacutefinition et une eacutequation
bilan de la glycolyse
1 La glycolyse se deacuteroule dans lrsquohyaloplasme
2 La glycolyse se reacutealise essentiellement en deux eacutetapes successives
Deacutegradation du glucose en trioses cette conversion est coupleacutee agrave une consommation drsquoATP Le clivage de la moleacutecule
de fructose biphosphate formeacutee donne deux trioses phosphates
Oxydation de chaque triose phosphate en acide pyruvique cette oxydation qui correspond agrave une deacuteshydrogeacutenation en
preacutesence drsquoun transporteur oxydeacute (NAD+) reacutegeacutenegravere deux moleacutecules drsquoATP par moleacutecule de triose-P et produit 2 ATP agrave partir
drsquoADP et Pi
3 Pour une moleacutecule de glucose consommeacutee il y a formation de
1048692 deux moleacutecules de pyruvate
1048692 deux moleacutecules drsquoATP
1048692 deux moleacutecules de coenzymes reacuteduits NADHH+
4 La transformation de glucose en pyruvate ne neacutecessite pas de dioxygegravene crsquoest pourquoi la glycolyse est un pheacutenomegravene
anaeacuterobie
5 La glycolyse est une suite de reacuteactions qui deacutegrade une moleacutecule de glucose en deux moleacutecules drsquoacide pyruvique Elle a lieu
dans lrsquohyaloplasme de la cellule Crsquoest une eacutetape commune agrave la respiration et agrave la fermentation
Lrsquoeacutequation globale de la glycolyse
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ rarr 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADHH+
Rq Cette oxydation est incomplegravete le pyruvate contient encore de lrsquoeacutenergie potentielle
Que devient le pyruvate dans la matrice mitochondriale Quelles sont les reacuteactions chimiques qui srsquoy deacuteroulent
Moussa JAOUANI 6 moussasvtgmailcom
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale
Document 6
1 Deacutecrivez lrsquoensemble de
reacuteactions chimiques que
subit lrsquoacide pyruvique
dans la matrice
mitochondriale
2 Donnez lrsquoeacutequation bilan
de cycle de Krebs
3 Quel est le bilan chimique
de lrsquooxydation totale drsquoune
moleacutecule de pyruvate dans
la matrice
1 Dans la matrice le pyruvate issu de la glycolyse va subir un ensemble de reacuteactions chimiques qursquoon peut reacutesumer en deux
eacutetapes
Etape 1 lrsquoacide pyruvique subit une deacutecarboxylation (enlegravevement de CO2) et une deacuteshydrogeacutenation (enlegravevement de
H+) dont le reacutesultat est un groupement aceacutetyle CH3CO qui se fixe sur un composeacute appeleacute coenzyme A pour donner
lrsquoaceacutetyle coenzyme A Eacutetape 2 lrsquoaceacutetyle coenzyme A se fixe sur un corps en C4 pour donner un composeacute en C6 Ce dernier subit un
ensemble de reacuteactions de deacutecarboxylation et de deacuteshydrogeacutenation constituant le cycle de KREBS
2 Equation bilan de cycle de Krebs
CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 3H2O rarr 2CO2 + 3NADHH+ + FADH2 + ATP + CoA-H
3 Pour une moleacutecule drsquoacide pyruvique consommeacutee il y a eu production de
4NADHH+
1FADH2
1ATP
3CO2
CH3-CO-COOH + 4NAD+ + FAD + ADP + Pi rarr 3CO2 + 4NADHH+ + FADH2 + ATP
Comment sont reacuteoxydeacutes les coenzymes reacuteduits pour que le pheacutenomegravene perdure
Moussa JAOUANI 7 moussasvtgmailcom
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale
a Notion de chaine respiratoire
Document 7 1 Placer les transporteurs
drsquoeacutelectrons repreacutesenteacutes par
la figure a dans leurs places
de la figure b
2 Montrer par des flegraveches le
sens de flux spontaneacute des
eacutelectrons sachant que le
transfert drsquoeacutelectrons ne
srsquoeffectue spontaneacutement que
dans le sens des potentiels
redox croissant
3 Quel est le donneur et
lrsquoaccepteur final des
eacutelectrons dans cette chaine
de reacuteactions redox
Les eacutelectrons sont transporteacutes dans la membrane interne le long drsquoune chaine de transporteurs (la chaine respiratoire)
Le donneur drsquoeacutelectrons est le NADHH+ qui subit une oxydation selon la reacuteaction
NADHH+ rarr NAD+ + 2H+ + 2e
Lrsquoaccepteur final des eacutelectrons est lrsquoO2 qui subit une reacuteduction selon la reacuteaction
frac12 O2 + 2H+ + 2e rarr H2O
Bilan
Chaicircne respiratoire ensemble de diverses des transporteurs drsquoeacutelectrons situeacutes dans la membrane interne mitochondriale
assurant par oxydoreacuteductions successives le transfert des eacutelectrons des composeacutes reacuteduits (NADHH+ FADH2) jusqursquoau
dioxygegravene qui se trouve alors reacuteduit se forme drsquoH2O
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP
Document 8 1Expliqez les reacutesultats
obtenus
Analyse des reacutesultats
Avant lrsquoinjection drsquoO2 on observe que la concentration en H+ du milieu exteacuterieur est nulle
Juste apregraves lrsquoinjection drsquoO2 on observe une augmentation rapide suivie drsquoune diminution lente de la concentration en H+
Explication
Moussa JAOUANI 8 moussasvtgmailcom
Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
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Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
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La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
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Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
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b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse
Document 5 1 Dans quel compartiment
cellulaire se deacuteroule la
glycolyse
2 Deacuteterminez agrave partir du
document les eacutetapes de la
glycolyse
3 Quel est le bilan de la
glycolyse pour une
moleacutecule de glucose
consommeacutee
4 Justifiez la qualification de
ldquola glycolyserdquo de
ldquodeacutegradation anaeacuterobierdquo
5 A partir des reacuteponses
preacuteceacutedentes proposer une
deacutefinition et une eacutequation
bilan de la glycolyse
1 La glycolyse se deacuteroule dans lrsquohyaloplasme
2 La glycolyse se reacutealise essentiellement en deux eacutetapes successives
Deacutegradation du glucose en trioses cette conversion est coupleacutee agrave une consommation drsquoATP Le clivage de la moleacutecule
de fructose biphosphate formeacutee donne deux trioses phosphates
Oxydation de chaque triose phosphate en acide pyruvique cette oxydation qui correspond agrave une deacuteshydrogeacutenation en
preacutesence drsquoun transporteur oxydeacute (NAD+) reacutegeacutenegravere deux moleacutecules drsquoATP par moleacutecule de triose-P et produit 2 ATP agrave partir
drsquoADP et Pi
3 Pour une moleacutecule de glucose consommeacutee il y a formation de
1048692 deux moleacutecules de pyruvate
1048692 deux moleacutecules drsquoATP
1048692 deux moleacutecules de coenzymes reacuteduits NADHH+
4 La transformation de glucose en pyruvate ne neacutecessite pas de dioxygegravene crsquoest pourquoi la glycolyse est un pheacutenomegravene
anaeacuterobie
5 La glycolyse est une suite de reacuteactions qui deacutegrade une moleacutecule de glucose en deux moleacutecules drsquoacide pyruvique Elle a lieu
dans lrsquohyaloplasme de la cellule Crsquoest une eacutetape commune agrave la respiration et agrave la fermentation
Lrsquoeacutequation globale de la glycolyse
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ rarr 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADHH+
Rq Cette oxydation est incomplegravete le pyruvate contient encore de lrsquoeacutenergie potentielle
Que devient le pyruvate dans la matrice mitochondriale Quelles sont les reacuteactions chimiques qui srsquoy deacuteroulent
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3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale
Document 6
1 Deacutecrivez lrsquoensemble de
reacuteactions chimiques que
subit lrsquoacide pyruvique
dans la matrice
mitochondriale
2 Donnez lrsquoeacutequation bilan
de cycle de Krebs
3 Quel est le bilan chimique
de lrsquooxydation totale drsquoune
moleacutecule de pyruvate dans
la matrice
1 Dans la matrice le pyruvate issu de la glycolyse va subir un ensemble de reacuteactions chimiques qursquoon peut reacutesumer en deux
eacutetapes
Etape 1 lrsquoacide pyruvique subit une deacutecarboxylation (enlegravevement de CO2) et une deacuteshydrogeacutenation (enlegravevement de
H+) dont le reacutesultat est un groupement aceacutetyle CH3CO qui se fixe sur un composeacute appeleacute coenzyme A pour donner
lrsquoaceacutetyle coenzyme A Eacutetape 2 lrsquoaceacutetyle coenzyme A se fixe sur un corps en C4 pour donner un composeacute en C6 Ce dernier subit un
ensemble de reacuteactions de deacutecarboxylation et de deacuteshydrogeacutenation constituant le cycle de KREBS
2 Equation bilan de cycle de Krebs
CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 3H2O rarr 2CO2 + 3NADHH+ + FADH2 + ATP + CoA-H
3 Pour une moleacutecule drsquoacide pyruvique consommeacutee il y a eu production de
4NADHH+
1FADH2
1ATP
3CO2
CH3-CO-COOH + 4NAD+ + FAD + ADP + Pi rarr 3CO2 + 4NADHH+ + FADH2 + ATP
Comment sont reacuteoxydeacutes les coenzymes reacuteduits pour que le pheacutenomegravene perdure
Moussa JAOUANI 7 moussasvtgmailcom
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale
a Notion de chaine respiratoire
Document 7 1 Placer les transporteurs
drsquoeacutelectrons repreacutesenteacutes par
la figure a dans leurs places
de la figure b
2 Montrer par des flegraveches le
sens de flux spontaneacute des
eacutelectrons sachant que le
transfert drsquoeacutelectrons ne
srsquoeffectue spontaneacutement que
dans le sens des potentiels
redox croissant
3 Quel est le donneur et
lrsquoaccepteur final des
eacutelectrons dans cette chaine
de reacuteactions redox
Les eacutelectrons sont transporteacutes dans la membrane interne le long drsquoune chaine de transporteurs (la chaine respiratoire)
Le donneur drsquoeacutelectrons est le NADHH+ qui subit une oxydation selon la reacuteaction
NADHH+ rarr NAD+ + 2H+ + 2e
Lrsquoaccepteur final des eacutelectrons est lrsquoO2 qui subit une reacuteduction selon la reacuteaction
frac12 O2 + 2H+ + 2e rarr H2O
Bilan
Chaicircne respiratoire ensemble de diverses des transporteurs drsquoeacutelectrons situeacutes dans la membrane interne mitochondriale
assurant par oxydoreacuteductions successives le transfert des eacutelectrons des composeacutes reacuteduits (NADHH+ FADH2) jusqursquoau
dioxygegravene qui se trouve alors reacuteduit se forme drsquoH2O
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP
Document 8 1Expliqez les reacutesultats
obtenus
Analyse des reacutesultats
Avant lrsquoinjection drsquoO2 on observe que la concentration en H+ du milieu exteacuterieur est nulle
Juste apregraves lrsquoinjection drsquoO2 on observe une augmentation rapide suivie drsquoune diminution lente de la concentration en H+
Explication
Moussa JAOUANI 8 moussasvtgmailcom
Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
Moussa JAOUANI 9 moussasvtgmailcom
Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
Moussa JAOUANI 10 moussasvtgmailcom
La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
Moussa JAOUANI 12 moussasvtgmailcom
Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
Moussa JAOUANI 6 moussasvtgmailcom
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale
Document 6
1 Deacutecrivez lrsquoensemble de
reacuteactions chimiques que
subit lrsquoacide pyruvique
dans la matrice
mitochondriale
2 Donnez lrsquoeacutequation bilan
de cycle de Krebs
3 Quel est le bilan chimique
de lrsquooxydation totale drsquoune
moleacutecule de pyruvate dans
la matrice
1 Dans la matrice le pyruvate issu de la glycolyse va subir un ensemble de reacuteactions chimiques qursquoon peut reacutesumer en deux
eacutetapes
Etape 1 lrsquoacide pyruvique subit une deacutecarboxylation (enlegravevement de CO2) et une deacuteshydrogeacutenation (enlegravevement de
H+) dont le reacutesultat est un groupement aceacutetyle CH3CO qui se fixe sur un composeacute appeleacute coenzyme A pour donner
lrsquoaceacutetyle coenzyme A Eacutetape 2 lrsquoaceacutetyle coenzyme A se fixe sur un corps en C4 pour donner un composeacute en C6 Ce dernier subit un
ensemble de reacuteactions de deacutecarboxylation et de deacuteshydrogeacutenation constituant le cycle de KREBS
2 Equation bilan de cycle de Krebs
CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 3H2O rarr 2CO2 + 3NADHH+ + FADH2 + ATP + CoA-H
3 Pour une moleacutecule drsquoacide pyruvique consommeacutee il y a eu production de
4NADHH+
1FADH2
1ATP
3CO2
CH3-CO-COOH + 4NAD+ + FAD + ADP + Pi rarr 3CO2 + 4NADHH+ + FADH2 + ATP
Comment sont reacuteoxydeacutes les coenzymes reacuteduits pour que le pheacutenomegravene perdure
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4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale
a Notion de chaine respiratoire
Document 7 1 Placer les transporteurs
drsquoeacutelectrons repreacutesenteacutes par
la figure a dans leurs places
de la figure b
2 Montrer par des flegraveches le
sens de flux spontaneacute des
eacutelectrons sachant que le
transfert drsquoeacutelectrons ne
srsquoeffectue spontaneacutement que
dans le sens des potentiels
redox croissant
3 Quel est le donneur et
lrsquoaccepteur final des
eacutelectrons dans cette chaine
de reacuteactions redox
Les eacutelectrons sont transporteacutes dans la membrane interne le long drsquoune chaine de transporteurs (la chaine respiratoire)
Le donneur drsquoeacutelectrons est le NADHH+ qui subit une oxydation selon la reacuteaction
NADHH+ rarr NAD+ + 2H+ + 2e
Lrsquoaccepteur final des eacutelectrons est lrsquoO2 qui subit une reacuteduction selon la reacuteaction
frac12 O2 + 2H+ + 2e rarr H2O
Bilan
Chaicircne respiratoire ensemble de diverses des transporteurs drsquoeacutelectrons situeacutes dans la membrane interne mitochondriale
assurant par oxydoreacuteductions successives le transfert des eacutelectrons des composeacutes reacuteduits (NADHH+ FADH2) jusqursquoau
dioxygegravene qui se trouve alors reacuteduit se forme drsquoH2O
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP
Document 8 1Expliqez les reacutesultats
obtenus
Analyse des reacutesultats
Avant lrsquoinjection drsquoO2 on observe que la concentration en H+ du milieu exteacuterieur est nulle
Juste apregraves lrsquoinjection drsquoO2 on observe une augmentation rapide suivie drsquoune diminution lente de la concentration en H+
Explication
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Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
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Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
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La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
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Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
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4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale
a Notion de chaine respiratoire
Document 7 1 Placer les transporteurs
drsquoeacutelectrons repreacutesenteacutes par
la figure a dans leurs places
de la figure b
2 Montrer par des flegraveches le
sens de flux spontaneacute des
eacutelectrons sachant que le
transfert drsquoeacutelectrons ne
srsquoeffectue spontaneacutement que
dans le sens des potentiels
redox croissant
3 Quel est le donneur et
lrsquoaccepteur final des
eacutelectrons dans cette chaine
de reacuteactions redox
Les eacutelectrons sont transporteacutes dans la membrane interne le long drsquoune chaine de transporteurs (la chaine respiratoire)
Le donneur drsquoeacutelectrons est le NADHH+ qui subit une oxydation selon la reacuteaction
NADHH+ rarr NAD+ + 2H+ + 2e
Lrsquoaccepteur final des eacutelectrons est lrsquoO2 qui subit une reacuteduction selon la reacuteaction
frac12 O2 + 2H+ + 2e rarr H2O
Bilan
Chaicircne respiratoire ensemble de diverses des transporteurs drsquoeacutelectrons situeacutes dans la membrane interne mitochondriale
assurant par oxydoreacuteductions successives le transfert des eacutelectrons des composeacutes reacuteduits (NADHH+ FADH2) jusqursquoau
dioxygegravene qui se trouve alors reacuteduit se forme drsquoH2O
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP
Document 8 1Expliqez les reacutesultats
obtenus
Analyse des reacutesultats
Avant lrsquoinjection drsquoO2 on observe que la concentration en H+ du milieu exteacuterieur est nulle
Juste apregraves lrsquoinjection drsquoO2 on observe une augmentation rapide suivie drsquoune diminution lente de la concentration en H+
Explication
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Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
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Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
Moussa JAOUANI 10 moussasvtgmailcom
La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
Moussa JAOUANI 11 moussasvtgmailcom
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
Moussa JAOUANI 12 moussasvtgmailcom
Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
Moussa JAOUANI 8 moussasvtgmailcom
Quand la respiration est activeacutee par la preacutesence de dioxygegravene il y a oxydation des coenzymes reacuteduits et les protons sont drsquoabord
transfeacutereacutes de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire puis le milieu drsquoincubation ce qui explique la forte augmentation de la
concentration en H+ Dans un second temps ils retournent dans la matrice
Document 9 1 A partir des reacutesultats
expeacuterimentaux identifiez les
conditions permettant la
synthegravese drsquoATP
Les conditions permettant la synthegravese drsquoATP
La preacutesence drsquoADP et de Pi
Un pH extraveacutesiculaire plus important que le pH de lrsquointeacuterieur des veacutesicules (pHi lt pHe) Or le pH deacutepend de la
concentration de protons du milieu (plus la concentration de protons est faible plus le pH est eacuteleveacute) Dans notre
cas [H+]i gt [H+]e Il y aura donc une tendance des protons agrave sortir des veacutesicules
La preacutesence des sphegraveres peacutedonculeacutees
Bilan
Dans les conditions cellulaires les sphegraveres peacutedonculeacutees de la membrane interne des mitochondries catalysent la synthegravese
drsquoATP dans la matrice Lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave cette synthegravese vient drsquoun flux de protons
Les protons preacutesents en concentration plus importante dans lrsquoespace intermembranaire que dans la matrice (gradient
de H+) gagnent la matrice en passant par les sphegraveres peacutedonculeacutees
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative
Document 10 1Compleacuteter le scheacutema bilan
2Exploiter lrsquoensemble des
documents afin de montrer
dans un texte correctement
reacutedigeacute comment sont
reacuteoxydeacutes les transporteurs
de protons et drsquoeacutelectrons
(NADHH+ et FADH2)
produits lors de la glycolyse
et lrsquooxydation du pyruvate
au cours du cycle de Krebs
ainsi que lrsquoorigine de lrsquoATP
produit lors de cette phase
Les coenzymes reacuteduits (NADHH+ et FADH2) subissent une oxydation par les complexes de la chaine
respiratoire
Les eacutelectrons arracheacutes aux composeacutes reacuteduits sont transfeacutereacutes via des transporteurs jusqursquoagrave lrsquoaccepteur final lrsquoO2
qui sera reacuteduit en H2O
Moussa JAOUANI 9 moussasvtgmailcom
Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
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La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
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Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
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Les protons sont expulseacutes vers lrsquoespace intermembranaire auxquels srsquoajoutent drsquoautres protons transporteacutes lors
du transfert des eacutelectrons Il se forme un gradient de protons transmembranaire
Les protons rejoignent la matrice en activant les sphegraveres peacutedonculeacutees ce qui est agrave lrsquoorigine drsquoune synthegravese
drsquoATP agrave partir drsquoADP et de Pi
Le couplage de reacuteactions drsquooxydoreacuteduction et de phosphorylation donne agrave cette phase le nom de phosphorylation
oxydative
Remarque
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de NADHH+ permet la synthegravese 3ATP
Lrsquooxydation drsquoune moleacutecule de FADH2 permet la synthegravese 2ATP
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration
Document 11 1 En exploitant le document
ci-dessus calculez le
nombre de moles drsquoATP
produites apregraves
lrsquooxydation complegravete
drsquoune moleacutecule de glucose
lors de la respiration
cellulaire
2 Reacutesumez cette oxydation
sous forme drsquoune eacutequation
bilan
Equation bilan de la respiration cellulaire
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38 Pi 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Remarque
Systegravemes de navettes pour expliquer 3638 ATP
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La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
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2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
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Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
Moussa JAOUANI 10 moussasvtgmailcom
La respiration est-elle notre seule source drsquoeacutenergie
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP
1 La fermentation alcoolique
Document 12 1 En exploitant les reacutesultats
de lrsquoexpeacuterience deacuteterminez
les caracteacuteristiques de la
fermentation alcoolique
2Sachant que la
fermentation deacutebute dans le
lrsquohyaloplasme par la
glycolyse Ecrivez leacutequation
eacutequilibreacutee de la formation
drsquoeacutethanol (on donne la
formule drsquoeacutethanol
CH3-CH2-OH)
3Quel est le bilan
eacutenergeacutetique de la
fermentation alcoolique
1La fermentation alcoolique
Reacuteaction anaeacuterobie
Produit du CO2
Produit un alcool lrsquoeacutethanol
2
La fermentation deacutebute dans le cytoplasme par la glycolyse dans le cas de la fermentation alcoolique lacide pyruvique est
deacutecarboxyleacute puis reacuteduit en eacutethanol avec reacutegeacuteneacuteration du transporteur Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
+ 2ATP 2OH + 2CO-2CH-32CH + 2ADP + 2Pi 6O12H6C
3Seule la glycolyse produit de lATP lors de la fermentation Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2
moles dATP par mole de glucose oxydeacute
2 La fermentation lactique
Certaines cellules les bacteacuteries lactiques mais aussi les cellules musculaires sont capables de reacutealiser une fermentation dite
lactique Dans ce cas la deacutegradation du glucose produit de lrsquoacide lactique (CH3-CHOH-COOH)
Lrsquoeacutequation bilan de la fermentation est
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CHOH-COOH + 2ATP
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3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
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Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
Moussa JAOUANI 11 moussasvtgmailcom
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation
Document 13
1
Respiration cellulaire fermentation
Nombre de moleacutecules drsquoATP
formeacutees par moleacutecule de glucose 38 2
Quantiteacute drsquoeacutenergie extraite agrave partir
drsquoune moleacutecule de glucose (kJ) 38 x 305 = 1159kJ 2 x 305 = 61kJ
Rendement eacutenergeacutetique () 1159 times 100
2840= 408
61 times 100
2840= 224
119929119942119951119941119942119950119942119951119957 () =119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942 119956119952119958119956 119943119952119955119950119942 119941prime119912119931119927
119954119958119938119951119957119946119957eacute 119941primeeacute119951119942119955119944119946119942119940119945119946119950119946119954119958119942 119953119952119957119942119951119957119946119942119949119949119942 119941119958 119944119949119958119940119952119956119942times 120783120782120782
2 Le rendement de conversion eacutenergeacutetique est plus eacuteleveacute dans le cas de la respiration (environ 40 ) que dans celui de la
fermentation (environ 2 ) mais reste cependant relativement faible une grande partie de lrsquoeacutenergie chimique des
meacutetabolites eacutetant perdue sous forme de chaleur ou de deacutechets organiques (contenant encore une eacutenergie potentielle)
Moussa JAOUANI 12 moussasvtgmailcom
Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
Moussa JAOUANI 12 moussasvtgmailcom
Table des matiegraveres I Deux voies meacutetaboliques utilisent le glucose 1
1 Une voie aeacuterobie et une voie anaeacuterobie 1
a Donneacutees expeacuterimentales 1
2 Notion de respiration et de fermentation 2
II La respiration la conversion drsquoeacutenergie chimique en eacutenergie utilisable par la cellule en milieu aeacuterobie 3
1 Les mitochondries organites cleacutes de la respiration cellulaire 3
a Ultrastructure et composition chimique de la mitochondrie 3
2 La glycolyse oxydation partielle de glucose en pyruvate dans le cytosol 4
a Le devenir du glucose absorbeacute par la cellule 4
b Du glucose agrave lrsquoacide pyruvique la glycolyse 5
3 Lrsquooxydation du pyruvate dans la matrice mitochondriale 6
4 La reacuteoxydation des transporteurs reacuteduits et la production drsquoATP dans la chaicircne respiratoire de la membrane
interne mitochondriale 7
a Notion de chaine respiratoire 7
b Les conditions permettant la reacuteoxydation des coenzymes et la synthegravese drsquoATP 7
c Chaine respiratoire et phosphorylation oxydative 8
d Bilan eacutenergeacutetique de la respiration 9
III La fermentation une autre voie de production drsquoATP 10
1 La fermentation alcoolique 10
2 La fermentation lactique 10
3 Comparaison du rendement eacutenergeacutetique de la respiration et de la fermentation 11
