Toutes les cellules ont besoin d`énergie pour réaliser des réactions

DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION
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Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour réaliser des réactions de
biosynthèse (anabolisme), pour sa vie cellulaire (réplication ADN, mitose…),
pour entretenir des transports de molécules, pour la réalisation de
mouvements cellulaires.
Problématique
Comment la matière organique (glucose) peut-elle être utilisée
comme source d’énergie par les cellules ?
Quelles sont les voies métaboliques permettant l’utilisation du
potentiel énergétique des molécules organiques ?
I. LE METABOLISME DU GLUCOSE
> Toutes les cellules eucaryotes puisent l’énergie nécessaire à leur métabolisme de
l’oxydation de molécules organiques telles que le glucose. (les cellules peuvent
également utiliser d’autres substrats : lipides + protides… mais préférentiellement
ce sont les glucides qui sont utilisés).
> Conditions anaérobiques (i.e. en absence de dioxygène) :
Certaines cellules oxydent le glucose de façon incomplète. On parle de
fermentation. Les résidus issus de la fermentation sont des molécules organiques.
C6H12O6 ---> 2 acides pyruviques (CH3-CO-COOH) ---> produits organiques
> Conditions aérobies (i.e. en présence de dioxygène) :
La plupart des cellules oxydent totalement le glucose en dioxyde de carbone et eau,
c'est-à-dire en matière minérale. On parle de respiration cellulaire.
C6H12O6 + O2 ---> 2 acides pyruviques (CH3-CO-COOH) ---> 6 CO2 + 6 H2O
> Fermentation et respiration débutent par une voie réactionnelle commune : la
glycolyse. Il s’agit d’une oxydation partielle du glucose en acide pyruvique, couplée
à la synthèse 2 molécules d’ATP et de composés réduits R’H2.
>> schéma livre belin p40.
II. UNE PREMIERE VOIE DE PRODUCTION D’ATP : LA RESPIRATION
II.1. La mitochondrie : organite clé de la respiration cellulaire
Les mitochondries sont de petits organites (1um de longueur environ) présent par
dizaines ou centaines dans le cytoplasme des cellules eucaryotes (animales et
végétales).
Leur nombre est particulièrement important dans les cellules ayant besoin de
beaucoup d’énergie comme les fibres musculaires ou les spermatozoïdes par
exemple.
Au microscope électronique, on peut observer qu’une mitochondrie est limitée par
une double membrane. La membrane interne forme de nombreux replis appelés
1.2
Sciences de la vie
Energie et cellule vivante
RESPIRATION, FERMENTATION ET PRODUCTION D’ATP
.
Activité 1
Le métabolisme du
glucose
>> Où?
Activité 2
La respiration cellulaire

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crêtes mitochondriales. Ces structures augmentent la surface de contact entre la
membrane interne et le milieu interne de la mitochondrie appelé matrice.
II.2. Etapes de la respiration cellulaire se déroulant dans la
mitochondrie
[Etape 1 : glycolyse dans le cytoplasme]
Bilan
C6H12O6 +2 R’------------> 2 (CH3-CO-COOH) + 2 R’H2
2 ADP + Pi 2 ATP
Etape 2 : Décarboxylation oxydative du pyruvate
Lieu : dans la matrice mitochondriale
Déroulement :
le pyruvate est progressivement oxydé en dioxyde de carbone, au cours d’une série
de réaction chimique connues sous le nom de cycle de Krebs. Ce cycle est couplé à
la production de composé réduits R’H2 et d’ATP.
Bilan :
2 (CH3-CO-COOH) +10 R’ + 6 H2O ------------> 6 CO2 + 10 R’H2
2 ADP + 2 Pi 2 ATP
Etape 3 : Oxydation des composés réduits
Lieu : crêtes mitochondriales
Déroulement :
Oxydation des composés réduits. Les R’H2, issus de la glycolyse et du cycle de krebs,
cèdent leurs électrons à des accepteurs situés dans la membrane interne des
mitochondries. Les électrons sont transmis de proche en proche à des oxydants de
plus en plus puissants qui constituent la chaine respiratoire.
L’accepteur final d’électron est le dioxygène.
Les flux d’électrons dans la chaine respiratoire sont couplés à une importante
production d’ATP grâces aux ATP-synthases.
Bilan :
12 R’H2 + 6 CO2 ------------> 12 R’ + 12 H2O
32 ADP +32 Pi 32 ATP
BILAN ENERGETIQUE :
L’oxydation complète d’une molécule de glucose en aérobiose permet la
production de 36 ATP (2 glycose + 34 respiration mitochondriale)

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III. UNE AUTRE VOIE DE PRODUCTION D’ATP : LA FERMENTATION
En absence de dioxygène ou de mitochondries, certaines cellules réalisent une
fermentation, c’est-à-dire une dégradation anaérobie de la matière organique. Il
s’agit d’une oxydation partielle/incomplète de la matière organique (glucose).
En conditions anaérobies, de même que lors de la respiration, le glucose pénétrant
dans la cellule subit la glycolyse : mêmes réactions et bilan.
Il existe plusieurs types de fermentation :
 Fermentation alcoolique : la levure de boulanger. Le pyruvate, issu de la
glycolyse, est partiellement dégradé en éthanol et dioxyde de carbone.
Cette réaction est couplée à la réoxydation des composés R’H2.
 Fermentation lactique : bactéries lactiques.
Le pyruvate est dégradé en acide lacctique ce qui permet la réoxydation des
R’H2.
BILAN ENERGETIQUE
Seule la glycolyse permet la synthèse d’ATP. C'est-à-dire 2 molécules ATP.
Comparaison entre respiration et fermentation
Activité 3
Un mécanisme en deux
étapes

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DOSSIER 1.2 > RESPIRATION & FERMENTATION
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Etape
phosphorylation
au niveau du
substrat
phosphorylation oxydative
: chaîne respiratoire et ATP
synthase
Glycolyse
2 ATP
------------
------------
Entrée dans la
mitochondrie
du pouvoir
réducteur du
(NADH + H+)
de la glycolyse
------------
via la
navette glycérol
3-phosphate :
2 FADH2
via la
navette malate -
aspartate :
2 NADH + H+
Pyruvate
déshydrogénase
------------
2 NADH + H+
2 NADH + H+
Cycle de Krebs
2 ATP (ou GTP)
6 NADH + H+
2 FADH2
6 NADH + H+
2 FADH2
Equivalents ATP
(NADH + H+) :
8 x 3 = 24 ATP
FADH2 : 4 x 2
= 8 ATP
(NADH + H+) :
10 x 3 = 30
ATP
FADH2 : 2 x 2
= 4 ATP
Nombre total de molécules
d'ATP synthétisées
2 + 2 + 24 + 8
= 36
2 + 2 + 30 + 4
= 38
http://ead.univ-
angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/Zsuite/1Respiration/Z999suite/5Conclusio
nRESPIR/1ConcRESPIR.htm