DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION 1

Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour réaliser des réactions de biosynthèse (anabolisme), pour sa vie cellulaire (réplication ADN, mitose…), pour entretenir des transports de molécules, pour la réalisation de mouvements cellulaires.

Problématique

Comment la matière organique (glucose) peut-elle être utilisée

comme source d’énergie par les cellules ?

Quelles sont les voies métaboliques permettant l’utilisation du

potentiel énergétique des molécules organiques ?

I. LE METABOLISME DU GLUCOSE

> Toutes les cellules eucaryotes puisent l’énergie nécessaire à leur métabolisme de l’oxydation de molécules organiques telles que le glucose. (les cellules peuvent également utiliser d’autres substrats : lipides + protides… mais préférentiellement ce sont les glucides qui sont utilisés).

> Conditions anaérobiques (i.e. en absence de dioxygène) : Certaines cellules oxydent le glucose de façon incomplète. On parle de fermentation. Les résidus issus de la fermentation sont des molécules organiques.

C6H12O6 ---> 2 acides pyruviques (CH3-CO-COOH) ---> produits organiques

> Conditions aérobies (i.e. en présence de dioxygène) : La plupart des cellules oxydent totalement le glucose en dioxyde de carbone et eau, c'est-à-dire en matière minérale. On parle de respiration cellulaire.

C6H12O6 + O2 ---> 2 acides pyruviques (CH3-CO-COOH) ---> 6 CO2 + 6 H2O

> Fermentation et respiration débutent par une voie réactionnelle commune : la glycolyse. Il s’agit d’une oxydation partielle du glucose en acide pyruvique, couplée à la synthèse 2 molécules d’ATP et de composés réduits R’H2.

>> schéma livre belin p40.

II. UNE PREMIERE VOIE DE PRODUCTION D’ATP : LA RESPIRATION

II.1. La mitochondrie : organite clé de la respiration cellulaire Les mitochondries sont de petits organites (1um de longueur environ) présent par dizaines ou centaines dans le cytoplasme des cellules eucaryotes (animales et végétales).

Leur nombre est particulièrement important dans les cellules ayant besoin de beaucoup d’énergie comme les fibres musculaires ou les spermatozoïdes par exemple.

Au microscope électronique, on peut observer qu’une mitochondrie est limitée par une double membrane. La membrane interne forme de nombreux replis appelés

1.2 Sciences de la vie Energie et cellule vivante

RESPIRATION, FERMENTATION ET PRODUCTION D’ATP

.

Activité 1 Le métabolisme du

glucose

>> Où?

Activité 2 La respiration cellulaire

DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION 2

crêtes mitochondriales. Ces structures augmentent la surface de contact entre la membrane interne et le milieu interne de la mitochondrie appelé matrice.

II.2. Etapes de la respiration cellulaire se déroulant dans la

mitochondrie

[Etape 1 : glycolyse dans le cytoplasme] Bilan

C6H12O6 +2 R’------------> 2 (CH3-CO-COOH) + 2 R’H2

2 ADP + Pi 2 ATP

Etape 2 : Décarboxylation oxydative du pyruvate Lieu : dans la matrice mitochondriale Déroulement : le pyruvate est progressivement oxydé en dioxyde de carbone, au cours d’une série de réaction chimique connues sous le nom de cycle de Krebs. Ce cycle est couplé à la production de composé réduits R’H2 et d’ATP. Bilan :

2 (CH3-CO-COOH) +10 R’ + 6 H2O ------------> 6 CO2 + 10 R’H2

2 ADP + 2 Pi 2 ATP

Etape 3 : Oxydation des composés réduits Lieu : crêtes mitochondriales Déroulement : Oxydation des composés réduits. Les R’H2, issus de la glycolyse et du cycle de krebs, cèdent leurs électrons à des accepteurs situés dans la membrane interne des mitochondries. Les électrons sont transmis de proche en proche à des oxydants de plus en plus puissants qui constituent la chaine respiratoire. L’accepteur final d’électron est le dioxygène. Les flux d’électrons dans la chaine respiratoire sont couplés à une importante production d’ATP grâces aux ATP-synthases. Bilan :

12 R’H2 + 6 CO2 ------------> 12 R’ + 12 H2O 32 ADP +32 Pi 32 ATP

BILAN ENERGETIQUE : L’oxydation complète d’une molécule de glucose en aérobiose permet la production de 36 ATP (2 glycose + 34 respiration mitochondriale)

DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION 3

III. UNE AUTRE VOIE DE PRODUCTION D’ATP : LA FERMENTATION

En absence de dioxygène ou de mitochondries, certaines cellules réalisent une fermentation, c’est-à-dire une dégradation anaérobie de la matière organique. Il s’agit d’une oxydation partielle/incomplète de la matière organique (glucose).

En conditions anaérobies, de même que lors de la respiration, le glucose pénétrant dans la cellule subit la glycolyse : mêmes réactions et bilan.

Il existe plusieurs types de fermentation :

Fermentation alcoolique : la levure de boulanger. Le pyruvate, issu de la glycolyse, est partiellement dégradé en éthanol et dioxyde de carbone. Cette réaction est couplée à la réoxydation des composés R’H2.

Fermentation lactique : bactéries lactiques.

Le pyruvate est dégradé en acide lacctique ce qui permet la réoxydation des R’H2.

BILAN ENERGETIQUE Seule la glycolyse permet la synthèse d’ATP. C'est-à-dire 2 molécules ATP. Comparaison entre respiration et fermentation

Activité 3 Un mécanisme en deux

étapes

DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION 4

DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION 5

Etape

phosphorylation

au niveau du

substrat

phosphorylation oxydative

: chaîne respiratoire et ATP

synthase

Glycolyse 2 ATP ------------ ------------

Entrée dans la

mitochondrie

du pouvoir

réducteur du

(NADH + H+)

de la glycolyse

------------

via la

navette glycérol

3-phosphate :

2 FADH2

via la

navette malate -

aspartate :

2 NADH + H+

Pyruvate

déshydrogénase

------------ 2 NADH + H+ 2 NADH + H+

Cycle de Krebs 2 ATP (ou GTP) 6 NADH + H+

2 FADH2

6 NADH + H+

2 FADH2

Equivalents ATP

(NADH + H+) :

8 x 3 = 24 ATP

FADH2 : 4 x 2

= 8 ATP

(NADH + H+) :

10 x 3 = 30

ATP

FADH2 : 2 x 2

= 4 ATP

Nombre total de molécules

d'ATP synthétisées

2 + 2 + 24 + 8

= 36

2 + 2 + 30 + 4

= 38

http://ead.univ-

angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/Zsuite/1Respiration/Z999suite/5Conclusio

nRESPIR/1ConcRESPIR.htm

DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION 6