Chapitre 3 : L`utilisation de l`ATP par les cellules ENERGIE ET

Chapitre 3 : L’utilisation de l’ATP par les cellules
ENERGIE ET CELLULE VIVANTE
CHAPITRE 3 : L’UTILISATION D’ATP PAR LES CELLULES
CONTRAT - ÉLÈVE : LES OBJECTIFS À ATTEINDRE A L’ISSUE DU CHAPITRE 3
OBJECTIFS DE CONNAISSANCES
1- Savoir définir les mots suivants : ATP, myofibrille, actine, myosine, sarcomère.
2- Connaître la source d’énergie chimique utilisée par toutes les cellules pour leurs activités.
3- Savoir décrire la structure d’un muscle jusqu’au niveau moléculaire.
4- Connaître les mécanismes moléculaires conduisant à la contraction musculaire.
5- Connaître les différentes voies métaboliques utilisées par le muscle pour produire de l’ATP.
OBJECTIFS DE " SAVOIR-FAIRE "
6- être capable de réaliser une préparation microscopique.
7- être capable d’utiliser le microscope.
8- Savoir mettre en évidence la nécessité d’un paramètre (ATP) expérimentalement.
9- Savoir suivre un protocole en respectant les consignes de sécurité.
10- Savoir utiliser des ressources documentaires afin de résoudre un problème scientifique.
I.
Introduction
Nous venons d’étudier dans les chapitres précédents que
-
L’ATP est produite pendant la phase photochimique de la photosynthèse, et est indispensable à la
fabrication de molécules organiques pendant la phase non photochimique.
-
L’ATP est produite lors de la respiration et de la fermentation.
Comment l’ATP est-elle utilisée lors des activités cellulaires ?
I.
Un exemple d’utilisation de l’ATP : la contraction musculaire
A. Structure des fibres musculaires
Les muscles striés squelettiques sont constitués d’un ensemble de
cellules appelées fibres musculaires.
Ces fibres musculaires sont des cellules de grande dimension
(jusqu’à plusieurs centimètres de long et 10 à 100µm de diamètre).
Elles possèdent de très nombreux noyaux cellulaires plaqués sur la
membrane plasmique. Une observation de ces fibres en
microscopie optique montre qu’elles ont un aspect strié (coupe
longitudinale) et qu’elles contiennent de nombreuses structures
cylindriques, les myofibrilles.
Chaque myofibrille est formée d’une alternance de bandes sombres
et de bandes claires, ce qui donne l’aspect strié à la fibre
musculaire. On réunit une bande sombre et la moitié des bandes
blanches qui l’entourent (repérable grâce à une ligne sombre
appelée strie Z) sous le nom de sarcomère.
Les zones sombres sont formés de filaments épais de myosine, et
de filaments fins d’actine sauf dans la région centrale où il n’y a
que des filaments de myosine (zone H). Les zones claires ne
possèdent que des filaments d’actine.
B. La contraction musculaire
La contraction musculaire correspond à un
raccourcissement du muscle.
Lors de la contraction musculaire, les
sarcomères des myofibrilles raccourcissent au
niveau des bandes claires et de la zone H mais
pas des bandes sombres. La taille des filaments
de myosine ne varie pas. Ce raccourcissement
des bandes claires est dû au glissement des
filaments fins d’actine le long des filaments de
myosine. Tous les sarcomères se contractent
de façon comparable, ce qui entraîne un
raccourcissement des myofibrilles et ainsi de la
cellule musculaire.
Les filaments de myosine sont constitués de nombreuses molécules de myosine possédant chacune deux parties
globuleuses appelée têtes. Ces têtes de myosines peuvent se déformer et se fixer sur des sites spécifiques des
filaments d’actine lors de la contraction entraînant ainsi le glissement des filaments fins vers le centre des
sarcomères.
Les filaments de myosine possèdent des extrémités bulleuses appelées têtes qui peuvent se fixer sur les filaments
d’actine :
1. La tête de myosine hydrolyse l’ATP en ADP et Pi ce qui assure le retour de la tête de myosine à sa position
initiale.
2. La tête de myosine avec son ADP et Pi peut alors se fixer sur le myofilament d’actine.
3. La tête de myosine libère l’ADP et le Pi ce qui provoque un changement de conformation de la tête de
myosine entraînant un déplacement de l’actine vers le centre du sarcomère.
4. Une molécule d’ATP se fixe sur la tête de myosine ce qui a pour effet de dissocier la tête de myosine de
l’actine. L’ATP est nécessaire à la rupture du complexe actine-myosine et non à sa formation (rigidité
cadavérique après la mort plus synthèse d’ATP donc plus de rupture du complexe actine-myosine.
Au niveau des myofibrilles on a un cycle détachement, pivotement, attachement et au niveau de l’ATP un cycle
hydrolyse, libération, fixation.
Chaque tête de myosine peut effectuer environ 5 cycles par seconde, faisant glisser les myofilaments l’un par
rapport à l’autre à une vitesse allant jusqu’à 15 µm par seconde.
Conclusion : L'hydrolyse de l'ATP fournit donc l'énergie chimique nécessaire aux
glissements mécaniques de protéines les unes sur les autres qui constituent le mécanisme
moléculaire à la base de la contraction musculaire
II.
Métabolisme des fibres musculaires
A. Des besoins à court et long terme d’énergie
Le pouvoir contractile du muscle strié dépend essentiellement de
l'interaction des protéines spécifiques, l'actine et la myosine. Le
mécanisme ne peut fonctionner que par l'utilisation des réserves
riches en énergie stockées sous forme d'ATP et de phosphocréatine.
Malheureusement, ces réserves sont disponibles en très faible
quantité permettant uniquement quelques dizaines de secondes de
travail musculaire.
Pour assurer des exercices prolongés, il faut donc perpétuellement
maintenir le renouvellement de l'ATP musculaire. Le muscle
régénère son ATP par le biais de différentes voies métaboliques :
fermentation lactique ou la respiration.
La sollicitation des différentes sources d'énergie dépend des
conditions de l'effort, de son intensité, de sa durée et de l'état
initial du stock des différents substrats.
- Entre la 1ère seconde et la 30ème seconde de l’exercice il utilise ses
réserves de phosphocréatine.
- Entre la 10ème seconde de l’exercice et environ la 5ème minute, l’ATP
est généré par fermentation lactique.
- A partir d’une à deux minutes d’exercice, la voie aérobie se met en
place. C’est alors la respiration qui permet la régénération du stock
d’ATP pour la contraction.
A. Des fibres adaptées à l’effort
Livre page 55
Dans un muscle on trouve des fibres capables d’utiliser préférentiellement l’une ou l’autre des voies de régénération
de l’ATP.

Les cellules musculaires de type I se contractent lentement et peuvent se contracter longtemps. Elles sont
riches en mitochondries et leur voie principale de régénération de l’ATP est la respiration mitochondriale.

Les cellules musculaires de type II se contractent rapidement. Elles régénèrent l’ATP principalement par
fermentation lactique.
B. Conclusion
La fibre musculaire utilise l'ATP fourni, selon les circonstances, par la fermentation lactique ou la
respiration.
III.
L’ATP, forme d’énergie utilisée par toutes les cellules
A. Exemple de la cyclose
Les chloroplastes des cellules d’Elodée se déplacent le long de la paroi végétale dans le cytoplasme des cellules. Ce
mouvement est appelé cyclose. Nous avons montré expérimentalement que ces mouvements nécessitent la
présence d’ATP dans la cellule.
B. Exemple de la synthèse d’amidon
La synthèse d’amidon nécessite du glucose phosphorylé (G1P) puisque le glucose simple ne permet pas cette
synthèse. La réaction de phosphorylation ne peut se faire qu’avec de l’ATP. La réaction de polymérisation du glucose
en amidon s’effectue dans les cellules de tubercules de pomme de terre. L’amidon est alors formé et se stocke
progressivement sous la forme de stries concentriques dans des grains nommés amyloplastes.
C. conclusion
Pour réaliser leurs activités (synthèses, mouvements…) toutes les cellules (animales, végétales…)
utilisent une même forme d’énergie, qui est une molécule chimique : L’ATP.
IV.
L’ATP et couplages énergétiques
La molécule d’ATP ne correspondant pas à la forme d’énergie prélevée directement dans le milieu, ceci signifie
que sa production nécessite une conversion énergétique.
la synthèse d’ATP nécessite de l’énergie. Elle est donc couplée à d’autres réactions au sein de la cellule, que ce soit
lors des différentes étapes de la respiration ou lors de la fermentation, bien que les rendements des deux réactions
ne soient pas les mêmes.
L'ATP joue un rôle majeur dans les couplages énergétiques nécessaires au fonctionnement des cellules