15-spe-production ATP

Document1 Thème 1 : Energie et cellule vivante
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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

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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 luciférine-
luciférase.
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 du glucose dans le hyaloplasme
- ADP + Pi : Adénosine diphosphate + phosphate inorganique
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

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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
fibres de type I
fibres de type II
proportions chez un sprinter
0,4
0,6
proportions chez un marathonien
0,8
0,2
nombre de mitochondries par fibre
élevé
moyen
nombre de capillaires sanguins présents au voisinage de
la fibre
4-5
2-3
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
3 à 6
(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.

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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’O2), 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.

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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.