Respiration et Fermentations Cellulaires : Cours de Biologie

Chapitre 4 : Respiration et fermentations cellulaires.
1- Les métabolismes des cellules eucaryotes :
1-1 : Mise en évidence expérimentale de la respiration cellulaire et/ou de la fermentation : TP8
- Les caractéristiques de la respiration cellulaire :
Doc.1 page 34 :
- le dégagement de dioxygène se réalise suite à l'injection d'un substrat organique (dans l'expérience du glucose)
- la respiration cellulaire s'accompagne d'un dégagement de dioxyde de carbone et d'une consommation de
dioxygène
- l'équation bilan de la photosynthèse est la suivante : 6O2 + C6H12O6 donne 6CO2 + 6 H2O, la respiration revient à
une dégradation (oxydation) complète du glucose
- les produits de la respiration, CO2 et H2O, sont des éléments minéraux.
- la respiration correspond à une dégradation complète de la matière organique, on dit aussi que la respiration est
un mécanisme qui produit de la matière minérale à partir de l'oxydation de la matière organique.
Doc.2 page 35, question 2 page 35 :
Les mesures réalisées à la lumière ne permettent pas de conclure. En effet, nous avons vu que les cellules
chlorophylliennes réalisent la photosynthèse : celle-ci se traduit par une absorption de dioxyde de carbone et par
un rejet de dioxygène. Cependant, à l'obscurité, la photosynthèse s'arrête : on constate alors une diminution de la
concentration en dioxygène et une augmentation de la concentration en dioxyde de carbone dans le milieu, ce qui
démontre que les cellules chlorophylliennes respirent.
Doc.3 page 35, question 3 page 35 :
Toutes les cellules eucaryotes (même les cellules chlorophylliennes respirent. A la lumière, les cellules
chlorophylliennes respirent et mais les échanges gazeux de la photosynthèse , qui sont plus importants
quantitativement, cachent ceux de la respiration. A la lumière, on mesure en fait le bilan des échanges gazeux de la
respiration et de la photosynthèse. C'est ce que l'on appelle la photosynthèse nette (la photosynthèse réelle ou
brute correspond aux échanges gazeux de la respiration et de la photosynthèse).
- Les caractéristiques de la fermentation alcoolique :
Doc.2 page 44 :
Les levures réalisent une fermentation alcoolique qui nécessite la présence d'un substrat organique (ici le
glucose) : en l'absence de dioxygène, les levures rejettent du dioxyde de carbone et de l'éthanol (C2H6O). La
dégradation du glucose est donc incomplète.
1-2 : Les mitochondries, organites de la respiration cellulaire. (Activité 2 du TP8)
Documents 1 et 2 page 36 : différents indices permettent de supposer que les mitochondries jouent un rôle
important dans la respiration cellulaire. En effet, la plupart des cellules eucaryotes possèdent des mitochondries.
Mais surtout, on peut constater que des cellules qui effectuent des mouvements et qui ont donc des besoins
énergétiques importants sont particulièrement riches en mitochondries : c'est par exemple le cas des
spermatozoïdes et des fibres musculaires.
Documents 3 et 4 : la centrifugation permet d'obtenir une suspension de mitochondries isolées, en principe
dépourvue des autres éléments cytoplasmiques. On constate que l'injection de glucose n'a aucun effet sur la
concentration en dioxygène et en dioxyde de carbone d'une telle suspension : les concentrations en dioxygène et en
dioxyde de carbone ne varient pas, ce qui signifie que les mitochondries n'utilisent pas de glucose. En revanche,
après injection d'acide pyruvique, on constate une diminution de la concentration en dioxygène et une augmentation
de la concentration en dioxyde de carbone, ce qui montre que les mitochondries peuvent utiliser l'acide pyruvique
comme métabolite : les échanges gazeux mis en évidence montrent qu'il y a lors bien respiration.

Les mitochondries sont les organites de la respiration cellulaire. Cependant, elles ne peuvent directement
utilisées le glucose, il faut qu'il soit préalablement transformé en acide pyruvique. Les mitochondries consomment
alors du dioxygène pour oxyder l'acide pyruvique et rejettent du dioxyde de carbone, déchet de cette activité
respiratoire.
1-3 : Comparaison des deux métabolismes. (Activité 3 du TP8)
- la respiration nécessite du dioxygène et des mitochondries, la fermentation se réalise en milieu anaérobie et ne
nécessite pas d'organites spécialisés
- la respiration est une dégradation complète des substrats organiques (elle produit des composés minéraux), la
fermentation est une dégradation incomplète des substrats organiques (elle produit un composé intermédiaire qui
est de la matière organique)
- la respiration a un rendement énergétique supérieur à celui de la fermentation : elle produit 36 molécules d'ATP
par mole de glucose respiré, et seulement 2 ATP par mole de glucose fermenté
- la respiration se réalise dans deux compartiments : mitochondries et cytoplasme, uniquement dans le cytoplasme
pour la fermentation.
2- Les étapes de la production d'énergie par les cellules eucaryotes lors de la respiration
et de la fermentation :
2-1 : Les étapes de la respiration cellulaire. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + énergie
Problèmes : Quelles sont les étapes de la dégradation d'une molécule organique par respiration ? Comment
l'énergie chimique des métabolites énergétiques comme le glucose est-elle convertie lors de la respiration
cellulaire ?
En utilisant les documents des activités 3 et 4 pages 38-39 et pages 40-41, réaliser un schéma
montrant les étapes de la respiration cellulaire dans une cellule eucaryote permettant de convertir l'énergie
chimique des métabolites énergétiques comme le glucose en énergie utilisable par la cellule pour ses activités.
Aide à la résolution :
- localiser, dans le temps et dans l'espace, les trois étapes de la respiration cellulaire que sont la glycolyse,le
cycle de Krebs et les réactions de la chaîne respiratoire dans les crêtes mitochondriales.
- rechercher la molécule organique qui permet de faire le lien entre les deux premières étapes
- préciser l'origine du dioxyde de carbone rejeté et le rôle du dioxygène absorbé au cours de la respiration
cellulaire.
- comparer la place de la molécule d'ATP dans chaque étape (production/consommation)
- indiquer la place des composés R' et R'H2 dans chacune des étapes.
- déterminer le rendement énergétique de la respiration cellulaire (faire le lien entre énergie chimique potentielle
d'une molécule de glucose et libération d'énergie par hydrolyse d'une mole d'ATP).
- montrer dans le schéma la conversion chimique de l'énergie chimique potentielle d'une molécule de glucose.
L'étape de la glycolyse est un préalable à la réalisation du cycle de Krebs. Le glucose, métabolite le plus
abondant disponible, ne pénètre pas dans la mitochondrie : il doit au préalable être transformé en acide pyruvique
qui lui pourra entrer dans la mitochondrie.
Le cycle de Krebs et la glycolyse produisent de grandes quantités de transporteurs réduits R'H2. Ces
transporteurs seront oxydés par la chaîne respiratoire.
La chaîne respiratoire régénère les transporteurs d'H à l'état oxydé, ce qui permet l'entretien du cycle de
Krebs et de la glycolyse.
Le dioxyde de carbone rejeté au cours de la respiration provient des réactions de décarboxylations et de
déshydrogénations réalisés au cours du cycle de Krebs. Le CO2 est ce qui reste des métabolites organiques et qui
ne sera pas utilisé, il est rejeté.
Le dioxygène intervient au cours des réactions d'oxydations des transporteurs réduits R'H2 réalisées par la
chaîne respiratoire : c'est l'accepteur final des électrons et des protons. Sans dioxygène, l'ensemble des

réactions ne peut se réaliser et serait bloquer.
De l'ATP est produit au cours de chacune des trois grandes étapes de la respiration. Mais ce sont les
réactions d'oxydation des transporteurs réduits R'H2 réalisées par la chaîne respiratoire qui produisent la plus
grande quantité d'ATP. 36 ATP sont produits pour la dégradation complète par respiration cellulaire d'une mole de
glucose.
Le rendement de la respiration dans le cas de l'oxydation d'une mole de glucose est :
énergie investie en ATP/énergie libérée par oxydation complète du glucose = 36 x 50 Kj/2 840 kJ = 63%
La respiration permet une conversion de l'énergie chimique potentielle d'un métabolite organique (comme le
glucose), en effet c'est de l'ATP qui est produit, autre molécule chimique.
Pour Lundi 18/02/13 :
- sur une feuille A4, réaliser un schéma d'une cellule eucaryote présentant les 3 étapes de la respiration cellulaire
(aidez vous de votre manuel, précisez bien les compartiments de la cellule concernée notamment les mitochondries,
indiquez bien les lieux de synthèse des composés R'H2 et de l'ATP). Nous échangerons entre élèves les différents
schémas pour critiques et améliorations
- réalisez un schéma d'une cellule eucaryote réalisant une fermentation alcoolique.