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Chapitre 2 : La respiration cellulaire et les fermentations Les organismes pratiquent en permanence des échanges avec leur milieu pour produire l’énergie nécessaire à l’activité cellulaire (renouvellement des constituants cellulaires, réalisation de réaction chimique, division cellulaire, transport de molécules (ex : neurotransmetteurs dans neurones), mouvements cellulaires (ex : contraction musculaire)…) La respiration cellulaire et la fermentation sont 2 voies métaboliques permettant la synthèse d’énergie. Elles utilisent des molécules organiques (ex : glucose) qu’elles puisent dans le milieu ou produisent par photosynthèse dans le cas des cellules végétales. Problèmes : - Comment se déroulent ces réactions du métabolisme ? - Quels sont les compartiments cellulaires impliqués dans celles-ci ? - Quelles sont les différences entre ces 2 voies métaboliques. I/ La respiration cellulaire. 1. Les échanges entre la cellule et son milieu La plupart des cellules eucaryotes (y compris les cellules chlorophylliennes) respirent : à l'aide de dioxygène (02), elles oxydent la matière organique (glucose) en matière minérale : C02 et H20 et produisent de l’énergie. Réaction bilan de la respiration cellulaire : Glucose 2. Les étapes de la respiration cellulaire. Schéma des grandes étapes de la respiration dans une cellule : Légendes : Mitochondrie + hyaloplasme + zoom mitochondries à réaliser (crêtes + matrice à légender) La respiration cellulaire comprend 3 étapes : - La glycolyse qui a lieu dans le cytoplasme = hyaloplasme - Le cycle de Krebs dans la matrice des mitochondries. - Les réactions de la chaîne respiratoire au niveau des crêtes des mitochondries. 1. 1ère étape : la glycolyse. L’oxydation du glucose débute avec la glycolyse qui a lieu dans le hyaloplasme (= cytoplasme) . Au cours de la glycolyse: - 1 molécule de glucose est scindée en 2 molécules de pyruvates. - Des composés réduits , 2RH2, sont formés ( = réduction de R en RH2) - 2 molécules d’ATP sont synthétisées à partir d’ADP + Pi 2. 2ème étape : le cycle de Krebs et la chaine respiratoire Le cycle de Krebs (ou cycle de l’acide citrique) a lieu dans la matrice des mitochondries. Le pyruvate produit lors de la glycolyse pénètre dans les mitochondries puis subit une oxydation (dégradation) complète dans la matrice au cours de réactions successives constituants le cycle de Krebs. Au cours du cycle de Krebs il y a : - Production de C02 - A nouveau production de composés réduits RH2 et d’ATP Pour que le cycle de Krebs et la glycolyse continue, les composés oxydés R doivent être régénérés. C’est la chaîne respiratoire mitochondriale qui le permet. L’ATP étant utilisé lors de l’activité des cellules, il est naturellement déphosphorylé = dégradé en ADP + Pi 3. 3ème étapes : les réactions de la chaine respiratoire. La chaine respiratoire est située au niveau des crêtes mitochondriales. Elle est constituée d’une chaine de transporteur d’électrons et d’une enzyme l’ATP synthase. Au niveau de la chaine respiratoire il y a : - réoxydation des composés réduits ( = formation de R à partir de RH2) - la réduction de dioxygène en eau (au niveau de l’accepteur final d’électrons) - Formation d’une importante quantité d’ATP fabriquée grâce à l’ATP synthase. Bilan chimique de la chaîne respiratoire : 32 ADP + Pi 32 ATP 602 12H20 12 RH2 12 R CONCLUSION : Ecrire l’équation bilan de la respiration cellulaire à l’aide des docs. Réaliser un schéma fonctionnel de la respiration cellulaire dans une cellule (sur 1 feuille entière) Rédiger une conclusion résumant les étapes de la respiration cellulaire et leur localisation dans la cellule. Mots clefs : Oxydation du glucose, glycolyse, chaine respiratoire, hyaloplasme, mitochondrie, matrice, crête mitochondriale, cycle de Krebs, C02, 02, H2O, RH2, ATP, réoxydation des composés réduits, activité cellulaire Interrogation de 3 élèves à l’oral : expliquer chaque étape BILAN chimique de la respiration cellulaire : 36 ADP + Pi 36 ATP C6 H12 02 + 6 02 6 C02 + 6 H20 12 R 12 RH2 Schéma fonctionnel des étapes de la respiration cellulaire dans une cellule La respiration cellulaire correspond à l’oxydation du glucose. Elle se déroule en 3 étapes : glycolyse (dans le hyaloplasme ) – cycle de Krebs (dans la matrice des mitochondries ) chaîne respiratoire (au niveau des crêtes des mitochondries) L'oxydation du glucose comprend la glycolyse puis le cycle de Krebs. C’est une oxydation complète : tout le glucose (C organique) est transformé en C02 (C minéral). Dans leur ensemble, ces réactions produisent du CO2 et des composés réduits R'H2. La chaîne respiratoire mitochondriale permet la réoxydation des composés réduits ( =régénération de R’) ainsi que la réduction de l’02 en H20 Ces réactions s'accompagnent de la production d'ATP qui permet les activités cellulaires. La mitochondrie est donc un organite qui joue un rôle majeur dans la respiration cellulaire. [Le détail des réactions chimiques, les mécanismes de la chaîne respiratoire et la conversion chimio-osmotique ne sont pas au programme.] II/ Les fermentations (TP7) En absence de dioxygène ou de mitochondries, certaines cellules réalisent une fermentation : dégradation anaérobie de matière organique (glucose). Il s’agit d’une oxydation incomplète du glucose permettant de produire de l’énergie (ATP). Toutes ces réactions se déroulent dans le hyaloplasme. La 1ère étape est la glycolyse, seule réaction qui produit de l’ATP (2ATP). Bilan des réactions anaérobies : La 2ème étape consiste à réoxyder le R’H2 produit lors de la glycolyse. Elle permet sa régénération. Elle produit un composé organique (ce qui montre que l’oxydation du glucose est incomplète) : - De l’éthanol lors de la fermentation alcoolique accompagné de la formation de C02 .(ex : Levures) - De l’acide lactique lors de la fermentation lactique. (ex : bactéries/cellules musculaires) CONCLUSION : Les fermentations produisent beaucoup moins d’ATP que la respiration (2 ATP grâce à la glycolyse contre 36ATP pour la respiration )VOIR tableau comparatif TP7 Compléter encadré : Ecrire les réactions détaillées puis construire un bilan synthétique de la fermentation en montrant le lien entre la glycolyse et la fermentation. Doc p 43 : Bilan chimique des fermentations : R RH2 C6H12 06 2C02 + 2 C3CH60 2 C3H403 Fermentation alcoolique Glucose 2 ATP 2 pyruvates 2 ethanol Glycolyse 2 C3H603 Fermentation lactique 2 acides lactiques
