Chapitre 2
La respiration cellulaire, fermentations et production d'ATP.
1/ La respiration cellulaire : processus métabolique présent chez la plupart des cellules eucaryotes.
1-1/ Mise en évidence expérimentale et définition du métabolisme respiratoire.
voir TP4 : : La respiration cellulaire.
En conditions aérobies (en présence d'02), la plupart des cellules eucaryotes (même les cellules chlorophyliennes) respirent. Cette respiration se matérialise par un rejet de CO2 et une absorption de 02 (mise en évidence par le TP4). Le TP4 montre également que cette respiration est indissociable de la consommation de glucose.
Ces résultats montrent que la plupart des cellules eucaryotes en conditions aérobies pratiquent le métabolisme respiratoire : elles tirent leur énergie de l'oxydation complète de la matière organique (glucose) en présence d'oxygène, qu'elles transforme en matière minérale (CO2 + H2O). Cette réaction d'oxydation peut se représentée de la manière suivante :
C6 H12 O6 + 6 O2 --------> 6 CO2 + 6 H2O + energie.
1-2/ La glycolyse : première étape de la dégradation du glucose.
TD 5 : Mise en évidence d'une voie d'oxydation du glucose : la glycolyse (réaliser la question 3 page 35).
Bilan : Dans le cytoplasme des cellules, il existe des protéines enzymatiques capables de catalyser l'oxydation du glucose. Ces enzymes sont responsables de ce que l'on nomme la GLYCOLYSE :
1 molécule de glucose (C6 H12 O6)--> 2 molécules d'acide pyruvique (C3 H4 O3) avec production de 2 ATP (énergie) et de 2 R'H2 (pouvoir réducteur).
(NB : R' car ce sont des transporteurs différents de ceux de la photosynthèse)
REMARQUE : Aucune nécessité de dioxygène pendant la glycolyse !
1-3/ Deuxième étape : Respiration cellulaire et mitochondries.
1-3-1/ Localisation du processus de respiration cellulaire
Question : Questions 1 et 2 page 36
La respiration cellulaire à l'origine de la consommation d'02 dans les cellules est réalisée au sein de la mitochondrie. Cette respiration se fait à partir de l'acide pyruvique produit par la glycolyse dans le cytoplasme.
1-3-2/ Organisation d'une mitochondrie
Travail : Etude du doc 3 p 37.
1-3-3/ Les réactions chimiques dans la matrice de la mitochondrie
Travail : Etude du doc 4 p 37.
1-3-3/ Les réactions chimiques dans la matrice de la mitochondrie
Travail : Etude du doc 4 p 37.
Les electrons et protons libérés par l'oxydation totale du pyruvate par un ensemble de réaction chimique appelé cycle de KREBS sont captés par des R' (transporteurs oxydés) qui permettent la production de transporteurs réduits R'H2 (pouvoir réducteur).
L'énergie excédentaire assure la synthèse d'une molécule ATP.
TOUJOURS PAS D'UTILISATION DE L´OXYGÈNE !
1-3-4/ Les réactions chimiques au sein de la membrane interne de la mitochondrie (chaine respiratoire).
Question : A partir de l'exploitation des documents 5 et 7, expliquez comment les électrons produits par l'oxydation totale du glucose au cours de la glycolyse et du cycle de Krebs permettent la production d'ATP : molécule énergétique. Précisez la nature de l'accepteur final d'électron.
Les transporteurs réduits (R'H2) cèdent leurs électrons à des accepteurs situés dans la membrane interne des motochondries regroupés sous le terme de chaine respiratoire.
Le fonctionnement de la chaine respiratoire (avec transfert d'électrons, voir doc 7) provoque le pompage des protons par les accepteurs => accumulation des protons dans l'espace intermembranaire.
Ce gradient de protons => flux de protons par les ATPsynthase de la membrane = production d´ATP.
En bout de chaine respiratoire, l'accepteur final d'électron est le DIOXYGENE, qui va être réduit en H2O. Ce phénomène explique pourquoi le métabolisme respiratoire est consommateur de dioxygène.
SYNTHESE sur le phénomène respiratoire :
FICHE BILAN METABOLISME RESPIRATOIRE.
| VOIR DIAPORAMA |
2/ Les fermentations : production d'énergie sans oxygène.
voir TP 6 : La fermentation lactique.
Travail : Tâche complexe page 39 du livre.
Tableau comparatif des fermentations et respiration :
| Respiration | Fermentation alcoolique | Fermentation lactique | |
| Réactifs | Matière organique + O2 | Matière organique | Matière organique |
| Déchets | CO2 | CO2 + éthanol | Acide lactique |
| Lieu de production des transporteurs réduits | cytoplasme (2R'H2 lors de la glycolyse) + matrice mitochondriale (10 R'H2 lors du cycle de Krebs) | cytoplasme (2 R'H2 lors de la glycolyse) | cytoplasme (2 R'H2 lors de la glycolyse) |
| Lieu d'oxydation des transporteurs | membrane interne des mitochondries (chaine respiratoire) | cytoplasme (fermentation alcoolique) | cytoplasme (fermentation lactique) |
| Molécules d'ATP produites | 36 | 2 | 2 |
| Rendement | 36x30,5/2840 x 100 soit 38,6% | 2x30,5/2840 x 100 soit 2,1% | 2x30,5/2840 x 100 soit 2,1% |
Energie contenue dans une molécule d'ATP = 30,5 Kj
Energie contenue dans une molécule de glucose = 2840 Kj
BILAN : En condition anaérobie (sans oxygène), certaines cellules eucaryotes produisent de l'ATP à partir de glucose grâce à la fermentation. Il existe deux sortes de fermentation : la fermentation alcoolique (qui dégrade le glucose en éthanol) et la fermentation lactique (qui dégrade le glucose en acide lactique). Ces fermentations ont un rendement très faible (seulement 2 ATP produits comparativement à la respiration avec 36 ATP produits). Elles ne permettent que de réoxyder les transporteurs réduits de la glycolyse et donc de permettre à la glycolyse de produire de l'ATP (voir unité 3 page 41).