Les Informations de Base La Cellule

La Photosynthèse et la Respiration
Cellulaire
La vie nécessite de l'ordre: l'énergie doit entrer dans le système
• La perte de l'ordre (ou l'écoulement d'énergie libre) résulte en la mort
• Le désordre et l'entropie sont compensés par des processus biologiques. Les systèmes vivants
ne violent pas la 2e loi de la thermodynamique, qui dit que l'entropie augmente à travers le temps
• L'ordre est maintenue en couplant des processus qui augmentent l'entropie (changements
négatif en énergie libre) et ceux qui diminuent l'entropie (changement positif en énergie libre)
• Ex: La conversion ATP-ADP est exergonique
Les Informations de Base ­ La Cellule
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6CO2(g) + 6H2O(l) + énergie ­­> C6H12O6(s) + 6O2(g)
La photosynthèse est évolué dans les organismes procaryotes en premier ­ les bactéries sont responsables d'un atmosphère riche en oxygène.
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C'est quoi l'ATP?
ATP est une molécule (adénosine triphosphate) composé de 3 groupements phosphates et de l'adénosine (adénine et ribose). les liaisons fournissent l'énergie nécessaire pour: 1. La contraction musculaire
2. La division cellulaire
3. Le mouvement des flagelles
4. Les vibrations des cils
CC "Argent
Moléculaire"
Énergie provenant du soleil ou de la nourriture
Énergie disponible pour les processus chimiques
La réaction dépendantes de la lumière produit de l'ATP et du NADPH. Ces deux sont utilisés dans les réactions indépendantes pour produire de la glucose.
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Réactions Dépendantes
ACC: La Photolyse
Lieu: Membranes thylakoides dans le chloroplaste
Vidéo
La lumière est absorbée par des molécules de chlorophylle 'a' (des pigments) trouvées dans des assemblages appelés photosystèmes.
Le photosystème se compose de chlorophylle et de caroténoides. Il y a aussi une molécule qui accepte les électrons ­ le "centre réactionnel".
Photosystème II (qui est le premier en ordre) absorbe la lumière à 680 nm, et photosystème I (qui est le 2e en ordre) absorbe la lumière à 700 nm.
Réactions Dépendantes
Vidéo
Lorsque la lumière est absorbée par PSII, des électrons sont excités. Ils se déplacent vers un accepteur d'électrons. Puisque PSII manque maintenant des électrons, une molécule d'eau se décompose en ions d'hydrogène, électrons, et oxygène. Ceci arrive sur la surface intérieur des membranes thylakoides. L'oxygène sera libérée, et l'hydrogène sera utilisée pour la chimiosmose.
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Réactions Dépendantes
Lorsque PSI absorbe la lumière, des électrons sont excités et se déplacent vers un accepteur d'électrons. Ils sont remplacés par les électrons de PSII. Lorsque ces électrons de PSII sont transportés, de l'énergie est libérée et est utilisé pour faire le transport actif des ions d'hydrogène du stroma dans les membranes thylakoides. Ces ions sont utilisés pour la chimiosmose pour produire l'ATP. Les électrons excités de PSI sont utilisés pour réduire NADP+ à NADPH. Cette molécule agit comme transport aux réactions indépendantes.
Réactions Dépendantes
La Photophosphorylation: l'addition d'une regroupement phosphate à ADP; causé par la lumière
Non­cyclique: la piste normale. PSII ­­> PSI ­­> NADPH ­­> réactions indépendantes ­­> glucose. Les électrons ne reviennent pas au point de départ.. Ils aident H+ à s'accumuler pour faire la chimiosmose.
Cyclique: Les électrons de PSI vont à un accepteur d'électrons différent, et retournent à PSI. Leur énergie aide à faire plus de transport actif, qui va enfin produire l'ATP.
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Réactions Dépendantes
La chimiosmose: une structure "ATP­synthase", fournit aux ions d'hydrogène dans les thylakoides leur seul voie vers le bas de leur gradient de concentration. Un mécanisme relie un groupement phosphate à une molécule d'ADP.
Animation
Réactions Indépendantes
RuBP carboxylase
RuBP-->
PGAL -->
<-- PGA (acide
phosphoglycérique)
Calvin
ACC: Cycle de Calvin­
Benson
ACC: la fixation du dioxyde de carbone
Lieu: stroma
NADPH entre dans le stroma et libère H, qui se combien avec CO2 et d'autres molécules pour faire de la glucose. RuBP est l'accepteur du CO2, et la réaction est catalysée par RuBP carboxylase. L'énergie nécessaire provient de l'ATP qui se décompose en ADP et P. 6
Type Différences C3 1er composé est le PGA . Utilise RuBP, qui se combien avec O2 en haute concentration.
C4 Produit le malate (4 C) au lieu du PGA. Utilise un différent enzyme qui nécessite moins de CO2. N'utilise pas RuBP. Même que C4, mais seulement pendant la nuit. L'enzyme qui CAM produit la malate est inactive durant le journée quand les stomates sont fermés. Adaptations Exemples Riz, Blé, Patates Fonctionne même si la Sucre, concentration de CO2 est basse; pas affecté par hautes Maize concentrations d'O2. Fonctionne ou l'intensité de lumière et la température sont Ananas, hautes, ou si il est sec. Mêmes cactus bénéfices que C4. Effets sur le taux de Photosynthèse
Température Lorsque la température augmente, le taux de la photosynthèse augmente jusqu'au maximum, puis diminue rapidement car les enzymes sont dénaturés par la chaleur. Intensité de la lumière: le taux de photosynthèse augmente à un maximum puis reste constante
Dioxyde de carbone: le taux de photosynthèse augmente jusqu'au point maximum, puis reste constante. Seulement une petite concentration est nécessaire. Plus que ça pourrait diminuer le pH et dénaturer les enzymes. 7
• Les polysaccharides (plusieurs molécules de sucre) et les disaccharides (deux molécules de sucre) sont désassemblés en monosaccharides (glucose, fructose, galactose).
• Ces nutriments sont absorbés dans le sang et apportés à la foie.
• Le foie convertit le fructose et le galactose en glucose, et aide à maintenir et régler le sucre dans le sang.
• Les cellules absorbent le glucose du sang (les capillaires)
La réaction
1__________ + 6_____________ ­­­> 6 __________ + 6 ____________ + 36 __________ + chaleur
ATP ­ emmagasine beaucoup d'énergie dans le lien avec le dernier regroupement phosphate
La respiration cellulaire est le processus où l'énergie de la nourriture, ou plus spécifiquement les liens chimiques dans les molécules de glucose, est convertit en liens chimiques pour former l'ATP. L'énergie libre pour le métabolisme devient disponible lors de la conversion ATP ­ ADP.
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Oxydation et Réduction
Les processus (réactions) qui décomposent le glucose sont des réactions d'oxydation et de réduction.
Oxydation: enlever des atomes d'hydrogène d'une molécule. Elle est dite "oxydée". L'hydrogène est ramassée par des molécules qu'on appelle coenzymes. Réduction: additionner des atomes d'hydrogène à une molécule. Elle est dite "réduite". Les coenzymes apportent les atomes d'hydrogène aux autres molécules. NAD ­ nicotinamide adénine dinucléotide ­­ un coenzyme qui ramasse les atomes d'hydrogène (comme un camion vide). Lorsqu'il le fait, il devient NADH (un camion rempli)
FAD: flavine adénine dinucléotide ­ un autre coenzyme qui ramasse H. Il devient FADH2
GER!
NAD
FAD
La Réduction suit toujours l'oxydation, avec l'usage des coenzymes. Convertit au glycogène et emmagasinée dans la foie et les muscles
SI on l'à besoin: les cellules l'absorbent, il est oxydé, et on l'utilise pour de l'énergie ou de la chaleur est produite
Si l'espace pour le glycogène est remplie, le glucose est emmagasinée dans les cellules lipides (le gras)
Si le glucose ne peut pas être emmagasinée ou la concentration est trop grande, elle est éliminé du corps par les reins
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Glycolyse
Le Cycle de Krebs
Système de Transport
des Électrons
Oxydation Partie #1: La Glycolyse
• dans le cytoplasme de la cellule
• n'utilise pas de l'oxygène
• décompose 1 glucose (6 C) en deux pyruvate (3 C)
• produit 2 pyruvates, 2 NADH, 4 ATP
• utilise 2 ATP pour faire la phosphorylation du glucose. (Ça empêche le glucose de sortir de la cellule ainsi que d'apporter de l'énergie supplémentaire pour lancer la réaction)
Qu'arrive t-il au pyruvate?
1. Sans oxygène: il sera convertit en acide lactique. Cette étape utilise NADH. On l'appelle respiration anaérobie dans les animaux. L'acide lactique diminue le pH et empêche les contractions musculaires. Ce processus arrive aussi dans la levure, et l'alcool est produit au lieu de l'acide lactique. 2. Avec oxygène: il entre au cycle Krebs (dans la mitochondrie). Respiration aérobie.
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Respiration Anaérobie
• dans les muscles pendant l'exercice forte
• les cellules utilisent l'oxygène plus rapidement que la système circulatoire peut le remplacer.
• toutes les cellules ne le font pas (i.e. le cerveau)
• le pH diminué empêche la contraction musculaire (acide lactique).
• le taux de respiration et le taux des battements de coeur doivent augmenter pour éliminer cet effet. • l'acide lactique est enlevé des cellules et convertit au glycogène dans la foie.
• ATP NET = 2
Respiration Aérobie
• utilise de l'oxygène
• arrive dans n'importe quelle cellule qui possède une mitochondrie
• La mitochondrie se compose de 2 membranes: extérieur et intérieur (la crête), qui contient le système de transport des électrons ainsi que la protéine ATP synthase. La fluide dans la matrice contient les enzymes qui contrôlent le cycle de Krebs et la réaction de préparation. NAD et FAD apportent les H à la crête, et l'énergie relâchée par les électrons est utilisée pour faire le transport actif de H dans l'espace entre les 2 membranes de la mitochondrie. H va diffuser à travers ATP synthase pour revenir à la matrice (chimiosmose). L'ATP est produit pendant que ceci arrive. Le Lien: Glycolyse ­­> Krebs
de la glycolyse
vers le cycle de Krebs
Décarboxylation Oxydation
• pyruvate entre dans la mitochondrie
• pyruvate (3 C) est convertit en acétyl coenzyme A (2 C).
• C'est accompli en enlevant CO2 (décarboxylation) et en enlevant H de NADH (oxydation).
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Oxydation du Glucose #2: Cycle de Krebs
Can Intelligent Colleen Solve Some Foreign Mafia Operations? • Un processus cyclique où acétyl CoA est ajouté à un composé avec 4C pour former un composé avec 6C.
• Ce composé de 6C est décomposé encore en composé de 4C.
• Pendant que ceci arrive, 2 CO2 sont enlevés ainsi que NADH et FADH2
• Pour chaque molécule de glucose, le cycle de Krebs arrive 2 fois
• dans la matrice
Quel sont les produits de 1 GLUCOSE?
Oxydation du Glucose #3 ­ Système de Transport des électrons
• une série de réactions oxydoréduction dans la crête
• l'hydrogène est transférée'un accepteur d'électrons à un autre (cytochromes), toute à la fois libérant de petites quantités d'énergie
• ATP est produit pendant ce processus
• le dernier accepteur d'électrons, l'oxygène, est le plus fort, formant de l'eau
• Si la cellule manque de l'O2, le système de transport ne fonctionne pas, qui empêche aussi le cycle de Krebs de fonctionner
• NADH libère son H au premier cytochrome, produisant 3 ATP
• FADH2 libère son H au 2e cytochrome, produisant 2 ATP
• NAD et FAD peuvent retourner au cycle de Krebs pour ramasser plus de H
Chanson
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Bilan d'Énergie
Une molécule de glucose produira:
Glycolyse: 2 NADH
2 ATP
Lien:
2 NADH
Krebs:
2 ATP
6 NADH
2 FADH2
STE:convertit NADH à ATP (3 ATP/1 NADH)
convertit FADH2 à ATP (2 ATP/1FADH2)
Total: 38 ATP
* Dans les organismes multicellulaires, 2 ATP additionnels sont utilisés pour aider NADH à croiser la membrane après la glycolyse, qui donne enfin:
36 ATP!
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Attachments
Light Dependant Reaction Video
Calvin
Cellular Respiration