CHAP II: RESPIRATION CELLULAIRE, FERMENTATIONS ET PRODUCTION D’ATP

Pb I: Comment les cellules produisent t-elles de l’energie ?

  1. le métabolisme cellulaire
  2. Une voie aérobie et une voie anaérobie

Des levures sont cultivées dans différents milieux :

Sans glucose : pas de croissance et mort des cellules.

Avec glucose et sans O2 (anaérobiose) croissance faible

Avec glucose et O2 (aérobiose) : croissance forte.

Conclusion : La croissance des levures nécessite du glucose mais pas nécessairement de O2.

Bilan 1 :

Il existe deux voies métaboliques utilisant l’énergie chimique du glucose (molécule organique) afin de permettre l’activité des cellules :

Une voie aérobie (avec O2) appelée la respiration :

Une voie anaérobie (sans O2) appelée la fermentation

  1. Début commun : la glycolyse dans le cytoplasme

L’oxydation incomplète/partielle dans le cytoplasme du glucose (C6) en 2 acides pyruviques (2xC3) est appelée glycolyse et nécessite ADP et accepteurs d’électrons R’.

C6H12O6 + R’ + 2ADP + 2Pi ===========> R’H2 + 2ATP + 2CH3COCOOH

Bilan 2 : Fermentation et respiration débutent par la glycolyse : oxydation partielle du glucose dans le cytoplasme des cellules. Elle aboutit à la synthèse de 2ATP et de composés réduits R’H2.

  1. Où a lieu la respiration ? act2
  2. Quelles sont les cellules qui respirent ?

1- La plupart des cellules eucaryotes respirent

La plupart des cellules eucaryotes, y compris les cellules chlorophylliennes respirent : à l’aide de dioxygène, elles oxydent totalement la matière organique en matière minérale : CO2 et H2O

Equation bilan:

C6H12O6+6O2>>>>>>>>>>>>>>CO2+6H20

2- ou à lieu la respiration à l’échelle cellulaire ?.

2- Les mitochondries ; un organite central.

 

Pb III. Quelles sont les étapes de la respiration cellulaire ? act 3

III- Les étapes de la respiration cellulaire ?

Diapositive12.JPG

Correction expérience 1

Les injections de pyruvate et succinate induisent une diminution de l’O2 ; ce sont des substrats  utilisés dans les mitochondries.

La respiration, oxyde non pas le glucose mais des substrats qui résultent de premières réactions qui se déroulent dans le cytoplasme. Une première étape se déroule donc dans le cytoplasme, elle semble viser à dégrader le glucose (glycolyse)

L’injection d’inhibiteurs enzymatiques se traduit par un arrêt de la consommation d’ O2 ; il existe dans la membrane interne des mitochondries des enzymes qui catalysent les réactions de la respiration, à partir des substrats formés dans le cytoplasme.

Une deuxième étape se déroule donc dans la membrane interne des mitochondries et mobilise des enzymes.

 

Correction expérience 2

La production d’ATP, via la respiration nécessite, du pyruvate (substrat), de l’ADP + Pi. (? ATP)

Les réactions de la respiration, se déroulant dans la membrane des crêtes mitochondriales, catalysées par des enzymes et utilisant un substrat provenant de réactions cytoplasmiques, produisent de l’ATP (énergie)

Correction expérience 3 :

On observe qu’à T1 le glucose * est dans le milieu extT2 il pénètre ds cytopl, T3 c’est le C* qui se retrouve ds l’acide pyr ds le cyto ps passe ds mt, T4, C* se retrouve ds CO2, retourne ds cytoplasme ps milieu externe.

On en conclut que suite à la glycolyse qui se déroule dans le hyaloplasme,  l’acide pyruvique entre dans la mitochondrie, qu’il est décomposé en CO2 qui sort aussitôt dans le hyaloplasme.

(Hyaloplasme (cytosol + cytosquelette) + organites=cytoplasme)

 

  1. Première étape : la glycolyse

 

La première étape de la respiration est appelée glycolyse. Cette étape a lieu dans le cytoplasme. Elle correspond à l’oxydation du glucose en pyruvate. Cette réaction est associée à la production d’ATP et de composés réduits R’H2. (proches des composés RH2 utilisés dans la photosynthèse) ::

 

 

glucose + 2 R’ 2 acides pyruviques (ou pyruvate) + 2R’H2

2ADP + 2Pi 2ATP

  1. Deuxième étape : le cycle de Krebs

La seconde étape correspond à la dégradation du pyruvate. Elle a lieu dans la matrice mitochondriale. Cette étape (cycle de Krebs) est une suite de décarboxylations oxydatives qui s’accompagnent de la production d’ATP et de composés réduits R’H2 et qui conduit à la libération de CO2.

Le bilan de cette étape est :

 

2 acides pyruviques + 10R’ + 6 H2O 6 CO2 + 10 R’H2

2ADP + 2 Pi 2ATP

  1. Oxydation de la chaine respiratoire

La dernière étape se déroule dans les crêtes de la membrane interne des mitochondries.

Les composés réduits formés au cours des étapes précédentes sont oxydés par le dioxygène, accepteur final des électrons et protons dans la chaîne d’oxydoréduction.

Ces oxydations sont couplées à une production importante d’ATP.

 

12 R’H2 + 6O2 12 R’ + 12 H2O

32ADP + 32Pi 32 ATP

Conclusion :

A l’issue des différentes étapes, une molécule de glucose est totalement oxydée et fournit donc 36 molécules d’ATP.

III.  Quel est le bilan de la respiration cellulaire ?

Bilan de la respiration cellulaire

  • La mitochondrie joue un rôle majeur dans la respiration cellulaire
  • L’oxydation du glucose comprend
    • la glycolyse (dans le hyaloplasme)
    • puis le cycle de Krebs (dans la mitochondrie) : dans leur ensemble, ces réactions produisent du CO2 et des composés réduits R’H2.
    • La chaîne respiratoire mitochondriale permet la réoxydation des composés réduits ainsi que la réduction de dioxygène en eau.
    • Ces réactions s’accompagnent de la production d’ATP qui permet les activités cellulaires.

 

Tableau bilan  + Schéma bilan

 

Réactions observées dans la membrane des crêtes mitochondriales

  1. La fermentation cellulaire, une autre voie de production d’ATP.

Certaines cellules peuvent vivre en anaérobiose en réalisant une fermentation.

En quoi consistent les fermentations ?

Comment l’ATP est-il produit en anaérobiose ?

  1. Étapes de la fermentation alcoolique
  1. La fermentation débute dans le cytoplasme par la glycolyse:
  2. Dans le cas de la fermentation alcoolique.

L’acide pyruvique est d’abord décarboxylé (perte de CO2), le métabolite qui en résulte (l’éthanal) est ensuite réduit en éthanol avec régénération du transporteur:

Le bilan en ATP de la fermentation alcoolique est donc de 2 moles d’ATP par mole de glucose oxydé.

  • Il y a une oxydation incomplète par fermentation.
  • Elle produit un déchet organique, réduit non totalement oxydé lors de la dégradation.
  • Cette fermentation permet un renouvellement peu efficace des intermédiaires métaboliques.

Ccl- la fermentation alcoolique permet une vie sans oxygène.

  1. La fermentation lactique

Ce type de fermentation a lieu dans les cellules musculaires et dans certaines bactéries.

  1. Comparaison des mécanismes de la fermentation lactique et alcoolique

La fermentation au sens large englobe la glycolyse.

  1. Comparaison respiration – fermentation alcoolique

Fermentation et respiration débutent par la glycolyse : oxydation partielle du glucose dans le cytoplasme des cellules. Elle aboutit à la synthèse de 2ATP et de composés réduits R’H2.

Bilan

  • Toute cellule vivante est constamment soumise à un bilan d’entrée et de rejet de matière, qu’accompagnent des conversions énergétiques.
  • La cellule eucaryote est formée de compartiments :
    • dans lesquels se déroulent des réactions métaboliques particulières,
    • ces réactions sont catalysées par des enzymes spécifiques,
    • par exemple dans la mitochondrie et le chloroplaste,
  • On pense que ces compartiments proviennent probablement de bactéries qu’une cellule hôte ancestrale aurait adoptées comme endosymbiotes.
  • Le noyau, par l’information génétique qu’il contient, dirige la synthèse des protéines, et donc des enzymes nécessaires au métabolisme de la cellule.
  • Au sein d’une cellule eucaryote, la production d’ATP est assurée:
    • dans les chloroplastes des cellules autotrophes lors de la phase photochimique de la photosynthèse. L’ATP produit est utilisé dans la seconde phase, pour la réduction du CO2.
    • dans les mitochondries de toute cellule autotrophe ou hétérotrophe, lors de la respiration cellulaire.
    • dans le cytoplasme de quelques types de cellules par fermentation lorsque le dioxygène fait défaut.

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