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2.
Régénération de l’ATP
a) Synthèse d’ATP par la respiration

Observation microscopique de levures et étude par ExAO de la fermentation et de la respiration
 Document « régénération de l’ATP » A
Document A : l’addition de glucose provoque une diminution de la concentration d’O2, qui avant restait
constante. La respiration (traduite ici par l’absorption d’O2) nécessite donc du glucose ; d’autre part, l’intensité de
la respiration est proportionnelle à la quantité de glucose disponible. Respiration et nutrition sont donc deux
phénomènes liés.
 Compléter le document « a) régénération de l’ATP par respiration »
 Nathan pages 28-29 ("une première approche de la respiration")
La respiration cellulaire peut être traduite par le bilan des transformations d’une molécule de glucose (par ex.) :
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Le substrat (glucose) est complètement oxydé en présence d’O2 (conditions aérobies). L’intégralité de l’énergie
chimique du substrat est récupérée (et convertie en ATP).
 Document « régénération de l’ATP » B et Nathan pages 30-31 (mitochondries)
Document D : les mitochondries sont beaucoup moins développées et nombreuses en l’absence de dioxygène
(anaérobiose) qu’en sa présence (aérobiose) : la respiration a donc lieu dans les mitochondries.
Remarque : l'oxydation du glucose dans le hyaloplasme s'appelle la glycolyse ; les réactions chimiques de la respiration
ayant lieu dans la matrice des mitochondries constituent le cycle de Krebs.
 Schéma : ultrastructure d’une mitochondrie
b) Synthèse d’ATP par fermentation
 Document « régénération de l’ATP » B-C
Document B : jusqu’à la 200e seconde, les levures respirent (elles absorbent de l’O2 et rejettent du CO2). Une
fois tout le dioxygène (du flacon) absorbé, elles continuent de rejeter du CO2 : il existe donc un autre phénomène
biologique (autre que la respiration) à l’origine d’un rejet de CO2. Il s’agit de la fermentation.
Document C : dans l’eau dégazée, les levures ne peuvent pas respirer puisqu’il n’y a plus de dioxygène. Le rejet
de CO2 est donc dû à la fermentation. Celle-ci utilise le glucose comme la respiration, mais contrairement à celleci, ne dégrade que partiellement le glucose puisqu’un déchet est produit, l’éthanol. Notons que ce « déchet » est
notamment utilisé pour la fabrication des boissons alcoolisées…
 Compléter documents « b) régénération de l’ATP par fermentation »
 Nathan pages 32-33 ("produire de l'ATP sans dioxygène") et pages 34-35 ("comparaison énergétique respiration / fermentation")
La fermentation peut être traduite par le bilan des transformations d’une molécule de glucose (par ex.) :
C6H12O6 → 2 CH3CH2OH (éthanol) + 2 CO2
Le substrat (glucose) est partiellement oxydé en l’absence d’O2 (conditions anaérobies). Seule une (petite) partie
de l’énergie chimique du substrat est récupérée (et convertie en ATP).
• le dioxygène n’est pas utilisé : la vie sans dioxygène – anaérobiose – est donc possible ! ;
• le déchet organique formé dépend de l’équipement enzymatique de la cellule ;
• le déchet contient une énergie chimique « gaspillée » d’où un rendement faible de la fermentation ;
• le renouvellement des intermédiaires métaboliques (ATP, composés réduits) par la fermentation est donc
moins efficace que par la respiration.
Remarque : les cellules musculaires peuvent fabriquer de l’ATP par fermentation lactique, lorsque l’oxygénation est
insuffisante (au cours d’un effort physique intense et/ou prolongé) ; le déchet produit (acide lactique) peut être à l’origine
des crampes.
 schéma bilan « dégradation du glucose et synthèse d’ATP dans une cellule musculaire »
• la respiration est la principale source d’ATP des cellules ;
• toute cellule, isolée ou non, animale ou végétale (autotrophe ou hétérotrophe), régénère son ATP en oxydant
des molécules organiques par respiration ou fermentation ;
Rappel : les cellules chlorophylliennes sont autotrophes pour le carbone – mais elles respirent également (ce que permet la
présence de mitochondries) en utilisant comme substrat les molécules organiques fabriquées au cours de la photosynthèse.
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Énergie et cellule vivante
C.
Bilan structural et fonctionnel d’une cellule vivante
 Nathan pages 30-31 ("les réactions au sein de la mitochondrie")
La récupération de l'énergie des nutriments par la respiration cellulaire met en jeu de très nombreuses réactions
chimiques (résumées à une seule dans l'équation bilan), qui font intervenir non seulement des molécules (de type
enzyme, protéine canal, transporteur de protons…), mais aussi une ultrastructure très particulière : la synthèse
d'ATP dépend en effet de la façon dont ces différentes molécules sont assemblées sur les membranes des crêtes des
mitochondries.
Les réactions d'oxydo-réductions sont assurées par une "chaîne respiratoire" tandis que la phase finale de synthèse d'ATP
est réalisée par une "ATP-synthétase".
 schéma bilan « diversité et complémentarité des métabolismes »
Toute cellule vivante est constamment soumise à des entrées et sorties de matière, liées à des conversions énergétiques.
La cellule eucaryote est formée de compartiments (organites) dans lesquels se déroulent des réactions métaboliques
particulières, catalysées par des enzymes spécifiques. La mitochondrie et le chloroplaste proviennent probablement de
bactéries qu’une cellule hôte ancestrale aurait adoptées comme endosymbiotes.
Le noyau, par l'information génétique qu'il contient, dirige la synthèse des protéines, et donc des enzymes nécessaires au
métabolisme de la cellule.
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Énergie et cellule vivante