ch4 La respiration : source d`ATP

Chapitre 2 : Respiration cellulaire et fermentation cellulaires.
Toutes les cellules consomment de l’ATP et pas seulement les cellules chlorophylliennes. Comment les cellules non
chlorophylliennes assurent-elles cette production d’ATP ?
Prérequis seconde : Identifier la source énergétique de vos cellules. Nommer ce phénomène
I. Dégradation des composés organiques et régénération de l’ATP.
A. TP5 Mise en évidence de la respiration cellulaire.
TP Exao chez une suspension de levure et chez des cellules chlorophylliennes
La respiration d’un organisme se traduit par une consommation de dioxygène et un rejet de dioxyde de carbone.
La respiration cellulaire nécessite l’oxydation de nutriments tel que le glucose selon la réaction :
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O ----------------> 6 CO2 + 12 H2O
red
ox
ox
red
La respiration est une oxydoréduction. Le glucose subit une oxydation totale.
L'observation au microscope électronique de levures ayant séjourné dans des conditions aérobies
révèlent de nombreuses mitochondries au sein de leur hyaloplasme. Par contre, celle de levures ayant
séjourné dans des conditions anaérobies (sans dioxygène) montre des mitochondries peu abondantes
et de petite taille.
A partir de ces informations, proposez une hypothèse sur le rôle des mitochondries dans la cellule.
La respiration se fait au niveau des mitochondries, organites cytoplasmiques.
Remarque : Les organismes autotrophes possèdent également des mitochondries, ils sont donc capables de
fabriquer de l’ATP grâce à la respiration à partir des molécules organiques synthétisées lors de la photosynthèse.
B. L’ultrastructure des mitochondries.
Réalisez un schéma légendé, à l’aide de votre livre page 39
Les mitochondries sont enveloppées par 2 membranes. La membrane interne forme de nombreux plis constituant
des crêtes membranaires.
II. Les étapes de la respiration. (Polycopié)
A. TP6 Première étape : la glycolyse.
Document : Effet de l'addition de glucose et d'acide pyruvique sur une suspension de mitochondries de racines de carotte.
On isole des mitochondries de racines de carotte par
centrifugation.
Ces mitochondries sont ensuite placées dans une enceinte où
l'on enregistre la concentration en O2 au cours du temps et où
sont ajoutées successivement une solution de glucose puis
d'acide pyruvique.
Nous avons vu que les cellules respiraient en présence de glucose. Or les mitochondries, siège de la respiration ne
savent pas utiliser le glucose mais le pyruvate. La première étape de la respiration a donc lieu dans le cytoplasme.
Le glucose y est oxydé en pyruvate.
Équilibrer la réaction d'oxydation du glucose en pyruvate
oxydation
glucose -------------------->pyruvate manque des H+ ( + ne- + mH+ )
C6H12O6 ------------------> ? CH3COCOOH + ? e- + ? H+
Il y a nécessité d'un accepteur d'électrons et d’hydrogène noté R’ à l’état oxydé
Compléter les 2 1/2 équations et écrire l'équation bilan
--------------------> 2 CH3COCOOH ((((+ 4 e- + 4 H+
C6H12O6
R' + 4 e- + 4 H+ --------------------> 2 R'H2
-----------------------------------------------------------------------------Bilan
C6H12O6 + R'
----------------------> 2 CH3COCOOH + 2 R'H2
Sautez une ligne
Cette réaction s'accompagne de la formation de composés intermédiaires réduits R'H2 (proches de RH2 fabriqué lors
de la photosynthèse).
L'énergie libérée lors de cette réaction permet par couplage la synthèse de 2 ATP par molécule de glucose
oxydé ( a complèter)
SCHEMA BILAN
B.Deuxième étape dans la matrice des mitochondries. Livre page 237

La deuxième étape appelée "les décarboxylations oxydatives", se déroule dans la matrice des mitochondries.
Le pyruvate est totalement oxydé en dioxyde de carbone dans une suite de réactions d'oxydo-réduction ("cycle de
Krebs"). Ces réactions sont catalysées par des enzymes (déhydrogénases, décarboxylases).
2 CH3COCOOH + H2O
R' +
+
------------------> CO2 +
------------------>
+
R'H2
-------------------------------------------------------------------------------------------Bilan
2 CH3COCOOH +
+
------------------> CO2 +
Sautez une ligne
L'énergie libérée permet la synthèse de 2 ATP par couplage.
SCHEMA BILAN
C. Troisième étape dans les crêtes mitochondriales.
La 3ème étape se déroule dans les crêtes de la membrane interne des mitochondries.
Au niveau de la membrane interne (crêtes) les molécules de transporteurs
réduits (R'H2) sont régénérées (R') grâce à des molécules spécialisées qui
constituent la chaîne respiratoire et assurent une série de réactions d'oxydoréduction.
Le dioxygène constitue l'accepteur final de protons et d'électrons: lui-même
réduit, il permet la formation de molécules d'eau.
Ainsi, les échanges gazeux respiratoires, d'une part en assurant une série de
déshydrogénations et de décarboxylations et d'autre part en ne libérant pas
d'emblée, d'un seul coup leur énergie, mais par fractions, permettent-ils une
suite d'oxydo-réductions cellulaires productrices d'ATP.
En effet le recyclage des transporteurs est couplé à la synthèse de 16 à 18
molécules d'acide adénosine tri-phosphate par mole d'acide pyruvique,
grâce à des ATP-synthétases fixées sur la membrane interne des
mitochondries.
Cette réaction est couplée avec la synthèse d'une quantité importante
d'ATP : 32 ATP
Bilan : La respiration s'accompagne de la synthèse de 36 ATP
SCHEMA BILAN ( faire une très grosse mitochondrie)
Certains êtres vivants comme les levures sont capables de vivre en absence de dioxygène. ( rappel à quoi sert le
dioxygène). Comment fabrique t-elle alors leur energie ?
III. TP6 La fermentation.
Livre page 45 doc. 3
A. La fermentation alcoolique.
En absence de dioxygène, certains êtres vivants (par exemple les levures) sont capable d’oxydé le glucose : C’est la
fermentation. C’est une oxydation incomplète qui produit de l’éthanol d’où le nom de fermentation alcoolique.
La fermentation alcoolique du glucose débute par une glycolyse. Le pyruvate est ensuite transformé en éthanal
(CH3CHO) puis en éthanol (C2 H5OH).
Glucose ---------------->
pyruvate
----------------> éthanal
----------------> éthanol
C6H12O6 ----------------> 2 CH3COCOOH ----------------> 2CH3CHO ---------------->2C2 H5OH
2 R’
2CO2
(A équilibrer)
2R’H2
La fermentation alcoolique a lieu dans le cytoplasme de la cellule. Elle permet le renouvellement en ATP.
Le rendement de la fermentation alcoolique est plus faible que celui de la respiration : 2 ATP ( glycolyse)
contre 36 ATP. La fermentation alcoolique autorise toutefois une vie sans oxygène (vie anaérobie).
B La fermentation lactique.
Livre page 45 doc.4
D’autres cellules réalisent d’autres types de fermentation. Par exemple les bactéries du yaourt ou les fibres
musculaires peuvent réaliser la fermentation lactique. Dans ce cas l’acide pyruvique est réduit en acide lactique. Le
rendement est le même que la fermentation alcoolique soit 2 ATP.
Cellule
Source d’énergie permettant la production d’ATP
Phénomène permettant la production d’ATP
Déchets
Autotrophe
Hétérotrophe