Première partie : Consommation de la matière organique et flux d’énergie

: Consommation de la matière organique et flux d’énergie

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: Consommation de la matière organique et flux d’énergie

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Se rappeler des prérequis : Les fonctions de nutrition : La circulation sanguine assure l'approvisionnement des cellules en dioxygène (O2) provenant de la ventilation pulmonaire ; et des nutriments provenant de l'absorption intestinale. Ces nutriments sont le produit de la digestion des aliments. Les cellules rejettent dans le sang le dioxyde de carbone (CO2) et les divers déchets du métabolisme cellulaire. Production de la matière organique par les végétaux chlorophylliens : Les organismes autotrophes (plantes chlorophylliennes et certaines bactéries) synthétisent la matière organique à partir de substances minérales (CO2 ; H2O ; ions minéraux). Et ceci grâce à la photosynthèse qui utilise l'énergie lumineuse. Les organismes hétérotrophes (animaux, mycètes, et quelques bactéries) synthétisent leurs propres substances organiques à partir des substances organiques consommées. En effet, ils puisent les nutriments organiques, en plus des substances minérales, à partir du milieu de vie. La photosynthèse s'effectue en deux étapes : Durant la phase photochimique, la photolyse de l'eau s’accompagne du rejet d'O2 et de la formation de l’ATP et du NADPH,H+ (réducteur). Durant la phase non photochimique (cycle de Calvin), l'incorporation du CO2, la consommation de l'énergie de l'ATP, et l'oxydation du NADH,H+ aboutissent à la formation des substances organiques (glucose ; acides aminés …). L’ATP joue un rôle capital dans le métabolisme cellulaire. Il est l'intermédiaire entre les processus métaboliques qui libèrent de l'énergie, et ceux qui en consomment. Autrement dit, c'est l'acteur principal dans le flux d'énergie au niveau cellulaire. La communication hormonale : Le glucose et les lipides constituent les principales sources de l'énergie pour la cellule. Les mécanismes de la régulation de la glycémie assurent un équilibre entre les apports alimentaires en glucose, le glucose stocké au niveau du foie, des muscles et du tissu adipeux, et le glucose consommé par toutes les cellules de l'organisme. Au niveau du foie et du muscle, le glucose est stocké sous forme de glycogène. Au niveau du tissu adipeux, il se transforme en lipides.

Présentation de la première partie (chapitre 1 ; chapitre 2) : Au cours de la photosynthèse, les substances organiques sont synthétisées à partir de l'eau, du CO2 et des ions minéraux. C'est un processus qui assure la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique potentielle détenue par les substances organiques (protides ; glucides ; lipides). Les substances organiques sont consommées par les cellules des végétaux chlorophylliens et par les cellules des organismes hétérotrophes. Dans le cadre du catabolisme cellulaire, les substances organiques sont dégradées en vue de la libération de l'énergie nécessaire au fonctionnement des cellules. L'énergie libérée est convertie en une forme utilisable par la cellule. À savoir l'énergie chimique potentielle de l’ATP. La dégradation des substances organiques, le glucose comme exemple type, au niveau cellulaire s'effectue selon deux voies métaboliques : Une dégradation complète en CO2 et H2O avec consommation du dioxygène (O2). C'est la respiration cellulaire. Une dégradation partielle sans consommation d'oxygène (O2) avec production de résidus organiques. C'est la fermentation.

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Chapitre1/2 : Libération de l’énergie potentielle des nutriments organiques au niveau cellulaire

Les cellules animales et végétales ont besoin d'énergie nécessaire aux diverses fonctions biologiques : Le travail mécanique, le transport actif et les synthèses cellulaires (synthèse des molécules organiques). Cette énergie est libérée à travers la dégradation des substances organiques, notamment les lipides et les glucides. Le glucose est l'exemple type.

• Comment la dégradation du glucose permet-elle de convertir son énergie chimique en énergie utilisable par la cellule ?

Plan du chapitre : Unité 1 : La relation entre la respiration, la nutrition et la consommation de l'énergie. Unité 2 : La glycolyse. Unité 3 : Ultrastructure des mitochondries, et étude expérimentale de la respiration au niveau de mitochondries isolées. Unité 4 : Les oxydations respiratoires (a) : Oxydation du pyruvate au niveau de la matrice mitochondriale. Unité 5 : Les oxydations respiratoires (b) : La phosphorylation oxydative. Unité 6 : La fermentation lactique et la fermentation alcoolique ; Comparaison des bilans énergétique de la respiration et de la fermentation.

Unité 1 : La relation entre la respiration, la nutrition et la consommation de l'énergie.

Les glucides et les lipides simples sont les principales sources d'énergie pour la cellule. Ces nutriments organiques sont dégradés dans le cadre de réactions d'oxydoréduction durant lesquelles l'oxygène joue un rôle capital. ► Comment peut-on mettre en évidence la relation entre la respiration, la nutrition et la libération de l’énergie ?

On dispose durant 48 heures des cellules de levure dans un milieu de culture riche en dioxygène (O2) et pauvre en nutriments organiques. Ce qui provoque l'épuisement des réserves cytoplasmiques. Le milieu de culture, contenant une suspension de cellules de levure, est mis dans un réacteur qui permet de mesurer la concentration d'oxygène et celle du CO2. Le réacteur est relié via une interface a un ordinateur qui affiche les résultats sous forme de graphique. Au temps t1, on ajoute au milieu 0,1 mL d'une solution de glucose 5 %. Document 1 : La respiration chez les cellules de levure.

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Les glucides et lipides constituent les principales réserves cytoplasmiques énergétiques. Par exemple, au niveau des cellules hépatiques et des fibres musculaires, il existe d'importantes réserves cytoplasmiques de glycogène. Des enzymes spécifiques catalysent la synthèse du glycogène à partir du glucose ; d'autres catalysent l’hydrolyse du glycogène qui libère du glucose. Le travail des enzymes est régulé.

..---------------------------------------------..-----------------------------------------------------------------------

; la : Mise en évidence de la source d'énergie pour l’activité cellulaire Document 3contraction musculaire comme exemple.

Exploitation des documents : .1- Précisez la nature des échanges gazeux respiratoires, et interprétez les résultats de l'expérience (doc 1). .2- Interprétez les résultats de l'expérience du document 3. .3- Quelle est l'origine du carbone des molécules du CO2 rejetées par les cellules ? .4- Expliquez le lien entre la nutrition, la respiration et la libération de l'énergie

Doc 2 :

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Unité 1 : La glycolyse : Le glucose se dégrade au niveau du cytosol (hyaloplasme) à travers une série de réactions biochimiques catalysées par des enzymes spécifiques. L'ensemble de ces réactions biochimiques s'appelle, « glycolyse ». Il s'agit de réactions anaérobiques. ► Quel est le bilan de la glycolyse ? Et quelle est son importance biologique ? .-

La molécule d'ATP se forme par l'association d'une base azotée (A), d'un pentose, le ribose et de trois groupements phosphate (P). L’hydrolyse de l'ATP libère du phosphate inorganique (Pi), et de l’ADP qui comporte uniquement deux groupements phosphate. L’hydrolyse de l'ATP s’accompagne de la libération d'une grande quantité d'énergie. En effet, l'ATP est l'intermédiaire entre les processus métaboliques qui libèrent de l'énergie, et les activités cellulaires qui en consomment.

Doc 1 .-

Le NADH,H+ est un coenzyme qui joue le rôle de transporteur d'électrons dans les réactions d'oxydoréduction, en l'occurrence les oxydations liées à la respiration cellulaire. Ce coenzyme est synthétisé à partir de la vitamine B3. La FADH2 est un autre coenzyme qui a un rôle similaire. Les transporteurs d'électrons existent dans la cellule en très faible quantité. Mais ils oscillent en permanence entre la forme oxydée et la forme réduite. Doc 2 : .-

.-

Doc 3 : Les phases de la glycolyse.-

Exploitation des documents.1- Pourquoi on dit qu’au cours de la glycolyse, il y a conversion de l'énergie ? .2- Quel est l'intérêt du couplage entre la dégradation partielle du glucose et la synthèse de l'ATP.3- Les réactions biochimiques de la glycolyse sont dites, réactions anaérobiques. Quelle en est la raison ? .4- Relevez les données qui montrent qu’au cours de la glycolyse, le glucose sdégradation incomplète et une oxydation. .5- Donnez l'équationbilan de la glycolyse, et déterminez son bilan énergétique.

glycolyse

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Exploitation des documents : Pourquoi on dit qu’au cours de

la glycolyse, il y a conversion de

Quel est l'intérêt du couplage entre la dégradation partielle du glucose et la synthèse de l'ATP ?

Les réactions biochimiques de la glycolyse sont dites, réactions anaérobiques. Quelle en est la

Relevez les données qui montrent qu’au cours de la glycolyse, le glucose subi une dégradation incomplète et une

Donnez l'équation chimique bilan de la glycolyse, et déterminez son bilan énergétique.

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Unité 3 : Ultrastructure des mitochondries, et étude expérimentale de la respiration au niveau de mitochondries isolées. Les mitochondries sont des organites cellulaires présents chez toutes les cellules eucaryotes qui effectuent la respiration. Elles jouent un rôle important dans la conversion de l'énergie chimique potentielle des substances organiques en énergie utilisable par les cellules. Pour étudier le rôle des mitochondries dans les réactions biochimiques de la respiration, on peut les isoler, par exemple, à partir des cellules hépatiques de la souris. Ainsi, on peut étudier in vitro les oxydations respiratoires.

• Quelle est la structure des mitochondries ? • Comment peut-on mettre en évidence la corrélation entre la consommation du

dioxygène, de l'acide pyruvique et de l’ADP ? .-

La mitochondrie est le siège des principales réactions biochimiques de la respiration ; c'est-à-dire, les oxydations respiratoires. La longueur des mitochondries est de quelques micromètres. Le diamètre varie entre 0,5 µm et 1 µm. L'étude de l'ultrastructure s'effectue grâce au microscope électronique. La mitochondrie comporte deux membranes ; la membrane interne et la membrane externe. Elles sont séparées par l’espace intermembranaire. La membrane interne délimite un espace dit matrice, et présente des plis dits crêtes qui en augmentent la surface. La structure générale des membranes mitochondriales est semblable à celle de la membrane plasmique. En effet, la bicouche lipidique comporte plusieurs protéines qui ont des fonctions spécifiques. La membrane interne se distingue surtout par le complexe enzymatique dit, ATP synthase, et une association d’enzymes et de transporteurs d'électrons qui constituent la chaîne respiratoire (electron transport chain). Doc 1 : .-

Caractéristiques Principaux constituants Membrane externe

▪ 45 % de lipides et 55 % de protéines

▪ Canaux protéiques assurant les échanges de molécules entre la mitochondrie et le cytosol

Membrane interne

▪ 20 % de lipides et 80 % de protéines. ▪ Surface importante (crêtes)

▪ Canaux protéiques assurant les échanges de molécules entre la matrice et l’espace intermembranaire ▪ Des enzymes et des transporteurs d’électrons ▪ ATP synthase et Chaine respiratoire

Matrice ▪ Absence du glucose ▪ Présence d’ATP et du pyruvate.

▪ Plusieurs enzymes ; notamment les décarboxylases et les déshydrogénases.

Doc 2 : Quelques propriétés des mitochondries…

Pour séparer les organites issus du broyage des cellules, ou les espèces moléculaires d'une solution, on peut procéder à une centrifugation. On dispose le mélange dans des tubes à essai, dans des solutions spéciales. Au cours de la centrifugation, les éléments migrent vers le fond du tube selon une distance qui varie avec la masse, la densité et la durée. La pesanteur ne peut paEn revanche, la rotation génère une force centrifuge dont l'intensité peut atteindre 1000celle de la pesanteur. La centrifugation Document 3 : Le principe de la .-

Pour séparer les organites cellulaires sans les abîmer, on effectue un broyage modéré des cellules hépatiques dans une solution de saccharose. Le broyat est centrifugé selon deux étapes► La première étape permet d'isoler les noyaux. ► La deuxième étape permet de séparer les mitochondries des autres organites. Document 4 : La technique de l’extraction des mitochondries.- ▪ On met une suspension de mitochondries dans une solution bien aérée au sein d'un dispositif menu d'une sonde pour mesurer la concentration d'O2 ▪ Le milieu contient une bonne quantité d’ADP+Pi. ▪ Au temps t1, on ajoute une faible quantité de glucose. ▪ Au temps t2, on ajoute de l'acide pyruvique. ▪ La sonde est reliée à un ordinateur qui affiche les résultats sous forme de graphique. Document 5 : Mise en évidence de la relation entre la respiration est la nature des molécules organiques consommées au niveau de la mitochondrie

Pour séparer les organites issus du broyage des cellules, ou les espèces moléculaires d'une

à centrifugation. On dispose

le mélange dans des tubes à essai, dans des solutions spéciales. Au cours de la centrifugation, les éléments migrent vers le fond du tube selon une distance qui varie avec la masse, la densité et la durée. La pesanteur ne peut pas donner des résultats tangibles. En revanche, la rotation génère une force centrifuge dont l'intensité peut atteindre 1000

ifugation peut aussi séparer un mélange de cellules. : Le principe de la centrifugation.

Pour séparer les organites cellulaires sans les abîmer, on effectue un broyage modéré des cellules hépatiques dans une solution de saccharose. Le broyat est centrifugé selon deux étapes :

La première étape permet

La deuxième étape permet de séparer les mitochondries des

: La technique de l’extraction des mitochondries.

On met une suspension de mitochondries dans une solution bien aérée au sein d'un dispositif menu d'une sonde pour mesurer la

Le milieu contient une bonne quantité

Au temps t1, on ajoute une faible

Au temps t2, on ajoute de l'acide

La sonde est reliée à un ordinateur qui affiche les résultats sous forme de graphique. : Mise en évidence de la relation entre la respiration est la nature des

molécules organiques consommées au niveau de la mitochondrie

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s donner des résultats tangibles. En revanche, la rotation génère une force centrifuge dont l'intensité peut atteindre 100000 fois

peut aussi séparer un mélange de cellules.

La sonde est reliée à un ordinateur qui affiche les résultats sous forme de graphique. : Mise en évidence de la relation entre la respiration est la nature des

On obtient le graphique ci-contre après la réalisation de la manipulation suivante : ▪ Dans un dispositif menu d'une sonde à oxygène, on met une solution bien aérée contenant une bonne quantité d'acide pyruvique et du Pi. ▪ Au temps t0, on ajoute une suspension de mitochondries isolées ▪ Au temps t1, on ajoute une quantité d'ADP. ▪ Au temps t2, on ajoute une quantité supplémentaire d'ADP. Document 6 : Mise en évidence de la corrélation entre la consommation d'oxygène et del’ADP au niveau des mitochondries..----

Exploitation des documents:

.1- Citez les membranes et les compartiments de

la mitochondrie, précisez les principaux

constituants des membranes et représentez cet

organite cellulaire avec un schéma.

.2- Par quoi se distingue la membrane interne

.3- Relever les données qui montrent le partage

des tâches entre les membranes et les

compartiments de la mitochondrie.

.4- Proposez une hypothèse expliquant la

présence du pyruvate et de l’ADP dans la matrice

et l'absence du glucose.

.5- À partir de l'analyse des représentations

graphiques des documents 5 et 6, proposez des

hypothèses à propos du devenir de l'acide

pyruvique, de l’ADP et de la relation entre les

deux.

.6- L’oxydation du glucose au niveau du c

abouti à la formation de la NADH,H

une hypothèse expliquant l'origine de la de la

NADH,H+ qui se forme au niveau de la matrice.

contre après la réalisation de la manipulation

Dans un dispositif menu d'une sonde à oxygène, on met une solution bien aérée contenant une bonne quantité

Au temps t0, on ajoute une suspension de mitochondries isolées

Au temps t1, on ajoute une quantité

Au temps t2, on ajoute une quantité

: Mise en évidence de la corrélation entre la consommation d'oxygène et del’ADP au niveau des mitochondries.

Exploitation des documents:

Citez les membranes et les compartiments de

la mitochondrie, précisez les principaux

constituants des membranes et représentez cet

organite cellulaire avec un schéma.

Par quoi se distingue la membrane interne ?

Relever les données qui montrent le partage

des tâches entre les membranes et les

compartiments de la mitochondrie.

Proposez une hypothèse expliquant la

présence du pyruvate et de l’ADP dans la matrice,

À partir de l'analyse des représentations

graphiques des documents 5 et 6, proposez des

hypothèses à propos du devenir de l'acide

pyruvique, de l’ADP et de la relation entre les

L’oxydation du glucose au niveau du cytosol

abouti à la formation de la NADH,H+. Proposez

une hypothèse expliquant l'origine de la de la

qui se forme au niveau de la matrice.

Définitions

ATP synthase

synthase est un

protéique enzymatique

catalyse la synthèse de l’ATP

selon la réaction suivante

ADP + Pi → ATP

Décarboxylase

La décarboxylase

une enzyme

une décarboxylation

une transformation chimique qui

aboutit à la perte d'un

groupe carboxyle

Déshydrogénase

Une déshydrogénase

une enzyme

t par le transfert d'un ou

plusieurs ions

accepteur, généralement

un coenzyme

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: Mise en évidence de la corrélation entre la consommation d'oxygène et de

:

ATP synthase : L'ATP

est un complexe

protéique enzymatique qui

catalyse la synthèse de l’ATP

selon la réaction suivante :

ATP.

Décarboxylase :

décarboxylase est

réalisant

décarboxylation, c'est-à-dire

une transformation chimique qui

aboutit à la perte d'un

carboxyle (COOH−).

Déshydrogénase :

déshydrogénase est

qui oxyde un substra

par le transfert d'un ou

ions (H+) à un

accepteur, généralement

coenzyme type NAD+ ou FAD.

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Unité 4 : Les oxydations respiratoires (a) : Oxydation du pyruvate au niveau de la matrice mitochondriale. .-

L'acide pyruvique subit une oxydation et une dégradation complète au niveau de la matrice mitochondriale. Le CO2 est le principal produit de cette dégradation, qui ne consomme pas d'oxygène et qui libère une importante quantité d'énergie. Cette énergie est emmagasinée par l’ATP, la NADH,H+ et la FAD. L’oxydation de l'acide pyruvique s'effectue selon une série cyclique de réactions biochimiques (cycle de Krebs), précédée par une phase préliminaire (formation de l'acétyl CoA). Chacune des réactions biochimiques est catalysée par un enzyme spécifique.

• Quel est le bilan de l'oxydation de l'acide pyruvique au niveau de la matrice mitochondriale ? .-

Le cycle de Krebs est une série de réactions biochimiques dont la finalité est de produire des

intermédiaires énergétiques qui serviront à la production d'ATP dans la chaîne respiratoire. Il s'agit

d'un cycle car le dernier métabolite, l'acide oxaloacétique, est aussi impliqué dans la première réaction.

L'énergie dégagée par ces réactions génère de l'ATP, des électrons, qui servent à réduire du NAD+ en

NADH,H+ et du FAD en FADH2. Ces transporteurs d’électrons seront réoxydés par la chaîne respiratoire

pour former de l'ATP. Le cycle de Krebs a été découvert par le biologiste Hans Adolf Krebs en 1937. .-

▪ Une fois dans la matrice, l'acide pyruvique subit une série de décarboxylations oxydatives accompagnées de la libération du CO2, de la formation de la NADH,H+ et d'une molécule à 2 carbones, l'acide acétique (CH3-COOH) lié au coenzyme A (Acétyl coenzyme A). ▪ L’Ac-CoA s'engage dans le cycle de Krebs qui est une série de décarboxylations oxydatives et d'oxydations. Ces réactions biochimiques libèrent une importante quantité d'énergie qui est convertie en énergie emmagasinée dans l’ATP, la NADH,H+ et la FADH2. ▪ La NADH,H+ et la FADH2 sont riches en énergie, vue leur fort pouvoir réducteur (tendance à céder les électrons en faveur d'un éventuel accepteur). ▪ La GTP qui se forme dans le cycle de Krebs cède son énergie en faveur de la formation de l'ATP à travers une réaction biochimique hors du cycle de Krebs. .-

Exploitation des documents : .1- Déterminez le devenir de l'énergie chimique potentielle de l'acide pyruvique au cours de sa dégradation dans la matrice mitochondriale. .2- Donnez l'équation chimique bilan de l'oxydation de l'acide pyruvique, en tenant compte qu'une mole de glucose donne à travers la glycolyse (cytosol) deux moles d’acide pyruvique. .3- Quelle est la fonction biologique de la voie métabolique : « formation de l'Ac-CoA / Cycle de Krebs ». ?

Définition : Décarboxylation : La décarboxylation est une réaction biochimique dans laquelle le groupe carboxyle « -COOH » est éliminé sous la forme d'un dégagement de CO2.

.-

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Unité 5 : Les oxydations respiratoires (b) : La phosphorylation oxydative. La glycolyse, qui a lieu au niveau du cytosol, et l'oxydation de l'acide pyruvique au niveau de la matrice mitochondriale, aboutissent à la formation des transporteurs d'électrons sous leurs formes réduites : FADH2 et NADH,H+.

• Comment l'énergie potentielle de ces transporteurs d'électrons est-elle convertie en énergie potentielle de l’ATP ?

• Quelles sont les structures responsables des mécanismes en question ? .-

Les conditions nécessaires à la synthèse de

l'ATP au niveau de la membrane interne de

la mitochondrie, et sa relation avec la

consommation d'O2.

Rôle du gradient de H+ de part et d'autre

de la membrane interne, dans la synthèse

de l'ATP.

▪ On traite des mitochondries isolées avec des

ultrasons. Ce qui provoque le déchirement des

membranes internes en lambeaux qui se

renferment sur eux même pour former des

véhicules closes, dont les sphères de l'ATP

synthase sont orientées vers l'extérieur.

▪ On met ses véhicules dans des milieux

contenant de l'ATP, de l’ADP + Pi, avec des pH

différents.

▪ Si pHi (à l’intérieur des vésicules), est

inferieur au pHe (à l'extérieur), la

phosphorylation de l’ADP donne de l'ATP.

▪ Si pHi = pHe, il n'y a pas de synthèse d'ATP.

Mise en évidence du partage des tâches entre les constituants de la membrane

mitochondriale interne.

▪ Le traitement des véhicules avec de la trypsine (protéase) provoque la séparation des sphères

de l'ATP synthase. Le pédoncule reste enchâssé dans la membrane.

▪ Les vésicules disposant de leurs sphères pédonculées (ATP synthase), sont capables de

catalyser la réoxydation de NADH,H+, la réduction d'O2, en H2O et la synthèse de l'ATP.

▪ Les vésicules dépourvues des sphères catalysent les mêmes réactions chimiques, excepté la

synthèse de l'ATP.

▪ Les sphères isolées sont incapables de catalyser la réoxydation de NADH,H+ et la réduction d'O2. Document 1 : Étude expérimentale de la phosphorylation oxydative. .-

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▪ Les transporteurs d'électrons, NADH,H+ et FADH2 se réoxydent au niveau de la membrane interne. Cette oxydation est catalysée par la chaîne respiratoire. La chaîne respiratoire est constituée des complexes enzymatiques I, II, III, IV et V en plus des transporteurs d'électrons C et Q. Cette chaîne transfère les électrons depuis NADH,H+ ou FADH2, jusqu'à l'accepteur finale ; c'est-à-dire O2. ▪ C'est le potentiel d'oxydoréduction E0 qui détermine le sens du transfert des électrons. ▪ E0(NAD+/ NADH,H+) = - 320 mV ▪ E0(FAD/ FADH2) = - 120 mV ▪ E0(O2/ H2O) = + 820 mV ▪ Cette forte différence de potentiel d'oxydoréduction explique l’énorme quantité d'énergie libérée lors de la réoxydation des transporteurs d'électrons. Une partie de cette énergie est exploitées pour pomper les protons H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire. ▪ Le trajet des électrons lors de la réoxydation de NADH,H+ est différent par rapport au cas de FADH2. ▪ Le gradient électrochimique (différence de concentration et de charges électriques) est une sorte d'énergie potentielle. ▪ La membrane interne est imperméable aux protons sauf au niveau de l'ATP synthase. L'énergie du gradient est exploitée lors du retour des protons vers la matrice, traversant l’ATP synthase, pour activer la synthèse de l'ATP (ADP + Pi → ATP). ▪ La phosphorylation de l’ADP est couplée à la réoxydation des transporteurs d'électrons. C’est pour cela qu’on parle de « phosphorylation oxydative » ou « oxydation phosphorylante ». ▪ La réoxydation d'une mole de NADH,H+ donne l'énergie nécessaire à la synthèse de 3 moles d’ATP. Pour FADH2, on a seulement 2 ATP. Document 2 : Le mécanisme de la phosphorylation oxydative. .-

Exploitation des documents : .1- À partir de l'analyse du document 1, montrez que la différence de concentration des ions H+ est une énergie potentielle. .2- Bien que la synthèse de l'ATP et la réduction d’O2 par RH2 sont des réactions chimiques couplées ; il existe un partage des tâches entre l’ATP synthase et la chaîne respiratoire. Relevez du document 1 ce qui montre ceci. .3- Donnez les équations chimiques de la réoxydation de NADH,H+ et de FADH2 au niveau de la chaîne respiratoire. .4- Déterminez la relation entre E0, le trajet des électrons et la conversion de l'énergie au cours de la phosphorylation oxydative. Et ceci à propos de NADH, H+ et de FADH2. .5- .a- Présentez les phases de la respiration cellulaire sous forme de schéma bilan. .b- Donnez le bilan de chaque phase. .c- Pourquoi les phases sont-elles obligatoirement couplées ? .d- Donnez le bilan énergétique de la dégradation complète du glucose. .e- Déduisez la fonction biologique de la respiration cellulaire à travers l'équation bilan.

Unité 6 : La fermentation lactique et énergétique de la respiration et de la fermentation.En plus de la respiration, la fermentation est un autre processus qui assure la synthèse de l'ATP. Pour certaines cellules il est utilisé comme une altd'oxygène. C'est le cas des fibres musculaires par exemple. Pour certains organismes, la fermentation est le seul moyen de produire l'ATP. Parmi les types de fermentation, on trouve la fermentation lactiquela fermentation alcoolique. La fermentation diffère de la respiration par la nature des produits, et par le rendement énergétique. Comment peut-on étudier expérimentalement certains aspects de la fermentation lactique et de la fermentation alcoolique ?

• Quelle est la nature des produits de la fermentation• Que peut-on déduire de la comparaison des bilans énergétiques respectifs de la fermentation et

de la respiration ? .-

Les phases de la manipulation :On met dans un bécher 125 mL de laitdes mesures du pH durant 10 jours. La représentation graphique ci-contre montre les résultats. On remarque aussi que l'aspect du lait change. Interprétation des résultats : Des bactéries vivant nature(Lactobacilles) transforment le lactose en acide lactique. Ce dernier fait diminuer le pH. Ce qui provoque la coagulation des protéines du lait. On dit que le lait est caillé. L’hydrolyse du lactose (diholoside) donne du glucose et du transforme en glucose. Le glucose se transforme en acide lactique à travers une série de réactions biochimiques. C’est la fermentation lactiqueBilan de la fermentation lactique

C

Glucose Document 1 : Étude expérimentale d'un aspect de la fermentation lactique..-

Les étapes de la manipulation ● On prépare une solution de glucose (5 g.L-1) contenant une suspension de cellules de levure. ● On remplit l'erlenmeyer comme indiqué dans le schéma. L'aération est alors presque nulle (milieu anaérobie). ● On laisse le dispositif 40 min.● ● De l'alcool apparaît dans le milieu. concentration de glucose au début et à la fin de l'expérience. Interprétation des résultats : Au cours de la fermentation alcoolique le glucose se transforme en éthanol

C6H GlucoseDocument 2 : Étude expérimentale de la fermentation alcoolique.

: La fermentation lactique et la fermentation alcoolique ; Comparaison des bilans énergétique de la respiration et de la fermentation. En plus de la respiration, la fermentation est un autre processus qui assure la synthèse de l'ATP. Pour certaines cellules il est utilisé comme une alternative qui assure l'adaptation au cas de manque d'oxygène. C'est le cas des fibres musculaires par exemple. Pour certains organismes, la fermentation est le seul moyen de produire l'ATP. Parmi les types de fermentation, on trouve la fermentation lactiquela fermentation alcoolique. La fermentation diffère de la respiration par la nature des produits, et par le

on étudier expérimentalement certains aspects de la fermentation lactique et de la

Quelle est la nature des produits de la fermentation ? on déduire de la comparaison des bilans énergétiques respectifs de la fermentation et

: On met dans un bécher 125 mL de lait ; et on effectue des mesures du pH durant 10 jours. La représentation

contre montre les résultats. On remarque aussi que l'aspect du lait change.

Des bactéries vivant naturellement dans le lait (Lactobacilles) transforment le lactose en acide lactique. Ce dernier fait diminuer le pH. Ce qui provoque la coagulation des protéines du lait. On dit que le lait est caillé. L’hydrolyse du lactose (diholoside) donne du glucose et du galactose. Ce dernier se transforme en glucose. Le glucose se transforme en acide lactique à travers une série de

la fermentation lactique. Bilan de la fermentation lactique :

C6H12O6 � 2 CH3-CHOH-COOH Glucose Acide lactique

: Étude expérimentale d'un aspect de la fermentation lactique.

On prépare une solution de glucose (5

) contenant une suspension de cellules On remplit l'erlenmeyer

comme indiqué dans le schéma. L'aération est alors presque nulle (milieu anaérobie).

● Le gaz qui se dégage fait troubler l'eau de chaux. 'alcool apparaît dans le milieu. ● Des bandelettes colorées permettent de mesurer la

concentration de glucose au début et à la fin de l'expérience.

Au cours de la fermentation alcoolique le glucose se transforme en éthanol H12O6 � 2 CH3-CH2OH + 2 CO2

Glucose Ethanol : Étude expérimentale de la fermentation alcoolique.

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; Comparaison des bilans

En plus de la respiration, la fermentation est un autre processus qui assure la synthèse de l'ATP. Pour ernative qui assure l'adaptation au cas de manque

d'oxygène. C'est le cas des fibres musculaires par exemple. Pour certains organismes, la fermentation est le seul moyen de produire l'ATP. Parmi les types de fermentation, on trouve la fermentation lactique et la fermentation alcoolique. La fermentation diffère de la respiration par la nature des produits, et par le

on étudier expérimentalement certains aspects de la fermentation lactique et de la

on déduire de la comparaison des bilans énergétiques respectifs de la fermentation et

galactose. Ce dernier se transforme en glucose. Le glucose se transforme en acide lactique à travers une série de

: Étude expérimentale d'un aspect de la fermentation lactique.

Le gaz qui se dégage fait troubler l'eau de chaux. Des bandelettes colorées permettent de mesurer la

Au cours de la fermentation alcoolique le glucose se transforme en éthanol et CO2.

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La glycolyse est une étape commune entre la respiration et la fermentation. La différence entre les deux voies métaboliques réside dans le devenir de l'acide pyruvique. Pour la fermentation les réactions biochimiques suivantes ont lieu au niveau du cytosol (hyaloplasme). La fermentation lactique : L'acide pyruvique se transforme en acide lactique avec réoxydation du NADH,H+ en NAD+. La fermentation alcoolique : L'acide pyruvique se transforme en éthanol avec libération du CO2 et réoxydation de NADH,H+ en NAD+. Lors de la dernière phase de la fermentation, il n'y a pas de synthèse d'ATP. L'importance de cette phase réside dans la réoxydation de la NADH,H+ pour assurer la présence en permanence de la NAD+ indispensables à l'ininterruption de la glycolyse, et donc à la continuité de la synthèse de l'ATP. Il faut noter que la quantité des transporteurs d'électrons est faible dans la cellule, et que toutes ces réactions sont couplées. La fermentation permet de vivre dans un milieu anaérobie. Document 3 : Bilans respectifs de la fermentation lactique et de la fermentation alcoolique. .-

On prépare une suspension de cellules de levure riche en glucose. On la met dans un milieu fermé et menu de trois sondes pour détecter respectivement les concentrations d'oxygène, de CO2 et de l'éthanol. Les sondes sont reliées à un ordinateur qui affiche l'évolution des concentrations des trois substances en fonction du temps.

Document 4 : L'adaptation des cellules de levure à l’absence d'oxygène .-

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Exploitation des documents : .1- Interprétez l'évolution du pH dans le lait, et expliquer l'effet de cette évolution sur son aspect (document 1). .2- Comment évoluent les concentrations du lactose et du glucose respectivement dans le lait et dans la suspension des cellules de levure. Justifiez votre réponse (documents 1 et 2). .3- Comment évoluent les nombres des lactobacilles et des cellules de levure dans les deux milieux ? Justifiez votre réponse (documents 1 et 2) .4- À partir du document 3, comparez la fermentation et la respiration en ce qui concerne l'énergie libérée et la nature des produits. Document 5 : Une comparaison importante

entre la respiration et la fermentation.

.5- Quelle est l'importance de la dernière phase de la fermentation.

.6- Interprétez les données du graphique du document 4.

.7- Calculez et comparez les rendements énergétiques respectifs de la fermentation et de la respiration. Tenir compte des données suivantes : ► L’hydrolyse d’une mole d’ATP libère 31 KJ ► L’énergie potentielle d'une mole de glucose est de 2840 KJ .8- Quel est le devenir de l'énergie perdue. .-