ch4 La respiration : source d`ATP

Chapitre 4 : Respiration et fermentation : sources d'ATP
Nous avons vu que l’ATP était nécessaire à la vie cellulaire ( cyclose, contraction musculaire …..) Nous savons que
les organismes autotrophes synthétise l’ATP lors de la photosynthèse.
PB : comment les organismes hétérotrophes produisent-ils de l’ATP ? ( Qu’est ce que vous connaissez comme
molécule énergétique ?). Nous cherchons le lien entre glucose et ATP
I. Dégradation des composés organiques et régénération de l’ATP.
A. Respiration cellulaire.
TP Métabolisme hétérotrophe et production d’ATP.
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. La respiration comporte plusieurs
réactions chimiques catalysées par des enzymes ( voir II).
Rappel seconde (vidéoprojeter) :
LEVURES EN AEROBIOSE ET EN ANAEROBIOSE
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 mtochondries 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.
B. L’ultrastructure des mitochondries.
Réalisez un schéma légendé, à l’aide de votre livre page 236
Les mitochondries sont enveloppées par 2 membranes. La membrane interne forme de nombreux plis constituant
des crêtes membranaires.
Tableau page 236 ( rappel on cherche comment se fait la synthèse ATP) : Au niveau des crêtes, une enzyme l’ATP
synthase catalysant la formation d'ATP est présente en grande quantité.
PB : Comment fabriquer de l’ATP à partir du glucose ?
II. Les etapes de la respiration.
A. Première étape dans le hyaloplasme : la glycolyse.
TP8 La respiration mitochondriale ou
Doc B2 p 235 courbe mettant en évidence la respiration mitochondriale et la nécessité d'un intermédiaire
métabolique: le pyruvate. Conclusion : la mitochondrie utilise du pyruvate et non du glucose donc il y a dans le
cytoplasme la transformation de glucose en pyruvate
La première étape de la respiration a lieu dans le hyaloplasme ( substance visqueuse contenu dans le
cytoplasme).Le glucose y est oxydé en pyruvate.
Pour moi : oxydation en milieu organique
réduction en milieu organique
red -----------------> ox + ne- + mH+
ox + ne- + mH+ ----------------> red
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)
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.
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
Schéma bilan respiration
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. La fermentation.
TP9 la fermentation Livre page 238 doc. 2
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’ou le nom de fermentation
alcoolique.
C6H12O6 ----------------> 2 C2 H5OH + 2 CO2
La fermentation alcoolique du glucose débute par une glycolyse. Le pyruvate est ensuite transformé en éthanal puis
en éthanol.
Bilan :
La fermentation alcoolique a lieu dans le hyaloplasme 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).
Remarque 1 : Les organismes autotrophes possédent également des mitochondries, ils sont donc capables de
fabriquer de l’ATP grâce à la respiration à partir des molècules organiques synthètisées lors de la photosynthèse.
Remarque 2: La mitochondrie et le chloroplaste proviennent probablement de bactéries qu'une cellule hôte
ancestrale aurait adoptées comme endosymbiotes. Une Symbiose : association à bénéfices réciproques entre 2 êtres
vivants (endo = à l'intérieur).
Livre page 241
Cellule
Autotrophe
Hétérotrophe
Source d’énergie permettant la production d’ATP
Lumière
Matière organique ( glucose)
Phénomène permettant la production d’ATP
Photosynthèse et respiration
Respiration et ou fermentation
H2O
Matière organique
O2 et H2O
CO2 et H2O
Origine des électrons et protons transportés
Déchets