15-spe-production ATP
publicité
Thème 1 : Energie et cellule vivante Document1 Production d’ATP dans les cellules. L’énergie lumineuse est transformée en énergie chimique pendant la photosynthèse. Sans entrer dans les détails on peut considérer que les liaisons covalentes de la matière organique constituent une « réserve » énergétique. Mais celle-ci n’est pas directement utilisable par les réactions du métabolisme. C’est le plus souvent l’hydrolyse des liaisons phosphates de l’ATP qui fournit l’énergie nécessaire aux réactions du métabolisme cellulaire. Montrez comment l’ATP est utilisée comme source d’énergie pour la photosynthèse. Document 3 page 19 Bilan de la réaction d’hydrolyse de l’ATP, cette réaction est catalysée par une enzyme l’ATPase, elle est réversible. Tâche complexe page 30 http://svt.cpf.edu.lb/mapage51/index.html 1 Thème 1 : Energie et cellule vivante Document1 Un exemple d’utilisation de l’ATP Le lampyre (voir photo jointe) est un insecte capable d'émettre une lumière : ce phénomène se nomme la bioluminescence. La femelle garde toute sa vie un aspect larvaire d'où le nom de ver luisant parfois utilisé pour désigner le lampyre. Ces signaux lumineux servent notamment à la parade amoureuse. À partir de l'étude des documents mise en relation avec vos connaissances, montrez comment l'ATP intervient dans ce phénomène et comment il est produit dans la cellule. Document 1 : Expériences de bioluminescence réalisées en vitro Tubes Contenus des tubes Résultats 1 Luciférine + ATP + luciférase Aucune lumière produite 2 Luciférine + O2 + luciférase Aucune lumière produite 3 Luciférine + ATP + O2 + luciférase Emission d'une lumière Remarque : La luciférine et la luciférase (enzyme) sont présentes dans le cytoplasme des cellules du lampyre. La luciférine est le substrat de la luciférase. L'oxygène intervient dans une réaction d'oxydation du complexe luciférineluciférase. Document 2 : Consommation de dioxygène par des mitochondries isolées Des mitochondries sont isolées à partir de cellules animales. A l'aide d'un système ExAO (expérimentation assistée par ordinateur), on suit la concentration en dioxygène du milieu dans les conditions expérimentales suivantes -Glucose : sucre en C6 -Pyruvate : molécule à 3 atomes de carbone résultant de la dégradation partielle - ADP + Pi : Adénosine diphosphate + phosphate inorganique du glucose dans le hyaloplasme Document 3 : intensité lumineuse(IL) en fonction de la concentration en ATP du milieu (µg.mL-1) Un extrait d'abdomen de lampyre est placé en présence de dioxygène. On mesure l'intensité lumineuse selon la concentration d'ATP du milieu. D'après www.didier-pol.net http://svt.cpf.edu.lb/mapage51/index.html 2 Thème 1 : Energie et cellule vivante Document1 Bilan structural et fonctionnel d'une cellule vivante Dans les muscles, on distingue deux grands types de fibres musculaires dénommés I et II. On cherche à comprendre comment chacun des deux types de fibres musculaires utilise les ressources disponibles dans des conditions métaboliques différentes A partir d'une exploitation structurée des documents fournis et en vous appuyant sur vos connaissances, expliquez les proportions observées pour chaque type de fibre dans les muscles du sprinter et du marathonien. Document 1 : caractéristiques de chaque type de fibre : caractéristiques proportions chez un sprinter proportions chez un marathonien nombre de mitochondries par fibre nombre de capillaires sanguins présents au voisinage de la fibre fibres de type I fibres de type II 0,4 0,8 0,6 élevé moyen 4-5 2-3 0,2 Document 2 : comparaison de l'activité de différentes enzymes présentes dans les fibres I et II, en unités arbitraires. enzyme fibres de type I fibres de type II lactate déshydrogénase (1) 31 à 42 251 à 312 malate déshydrogénase (2) 15 à 17 3à6 (1) la lactate déshydrogénase catalyse une des étapes de la dégradation du pyruvate en acide lactique, mécanisme correspondant à une fermentation qui peut être résumé par l'équation chimique :. 2 C3H4O3 + 2 R'H2 -> 2 C3H6O3 + 2 R' (2) la malate déshydrogénase catalyse une des étapes de la décarboxylation oxydative du pyruvate. Cette décarboxylation est résumée par l'équation : 2 C3H4O3 + 10 R' + 6 H2O -> 6 CO2 + 10 R'H2 D’après Wackerhage H. University of central Lancashire. http://svt.cpf.edu.lb/mapage51/index.html 3 Thème 1 : Energie et cellule vivante Document1 Réactions métaboliques permettant la production d’ATP. Les réactions du métabolisme comme celles permettant l’incorporation du carbone dans la matière organique nécessite de l’énergie. Cette énergie provient généralement des réactions d’hydrolyse de l’ATP. Mais l’ATP est une molécule instable, qui ne peut être stockée. Elle doit donc être produite au fur et mesure des besoins énergétiques de la cellule. Les réactions métaboliques permettant la synthèse d’ATP les plus communes sont la respiration et la fermentation. Les levures sont des champignons unicellulaires. Ils possèdent la capacité de changer de métabolisme énergétique en fonction du milieu. En milieu aérobie (en présence d’O 2), ils respirent. En milieu anaérobie ils fermentent. Proposez une démarche expérimentale permettant de montrer que les deux réactions métaboliques associées à la production d’ATP ne sont pas équivalente du point de vue énergétique. Documents ressources : Les levures se multiplient par bourgeonnement (photo ci-contre). Les mitoses sont associées à la production de nouveaux matériaux biologiques comme les protéines par exemple (voir 1ère S). Ces réactions entre autre nécessitent un apport important d’énergie. Bilan des réactions métaboliques associées à la respiration et à la fermentation. - Dans les deux cas les réactions commencent par la glycolyse : Glucose Glycolyse Acide pyruvique C6H12O6 + 2R’================2CH3C0C00H +2R’H2 2 ADP + 2 Pi ===== 2ATP réaction couplée - Les réactions propres aux métabolismes respiratoires: Cycle de Krebs 2CH3COCOOH + 10 R’+6H2O ======6CO2+10 R’H2 2 ADP + 2 Pi ===== 2ATP réaction couplée Chaine respiratoire 12R’H2 + 6O2 ==================12R’+12 H2O 32 ADP + 32 Pi ===== 32ATP réaction couplée - Les réactions propres aux métabolismes de la fermentation alcoolique : Acide pyruvique Fermentation alcoolique Ethanol CH3COCOOH + R’H2 ============================ 2 CH3CH2OH + R’ Pas de réaction couplée Montrez que les métabolismes associés à la respiration sont plus rentables énergiquement pour la cellule que ceux associés à la fermentation. Matériel : Vous disposez de deux solutions de levures de boulanger saccharomyces cerevisiae. Les deux sont mis en culture dans un milieu contenant du glucose. L’une est en anaérobie depuis une semaine, l’autre est oxygéné. http://svt.cpf.edu.lb/mapage51/index.html 4 Thème 1 : Energie et cellule vivante Document1 Protocole : - faites deux préparations microscopiques et la mise au point au microscope. Appeler le professeur. - Utilisez la photographie pour dénombrer à l’aide merurim les effectifs des deux lames (photo levure résultat). Résultat : Choisissez judicieusement le mode de représentation pour vos résultats. Compte-rendu : Complet, de la forme de votre choix rendu ou envoyé avant 15h00. http://svt.cpf.edu.lb/mapage51/index.html 5
