b2-supp - Cours Poncet

SVT - TS
B. Plantes à fleurs - 2. Respiration
B2. Activités cellulaires - Respiration
Les cellules des angiospermes, comme tout autre cellule, réalisent un grand
nombre d’activités cellulaires comme la synthèse de différentes molécules
organiques. Toutes ces réactions biochimiques ont besoin d’énergie. La
molécule énergétique utilisée par les cellules est l’ATP. Grâce à elle, les
cellules peuvent avoir une activité biochimique variée. Le recyclage d’ATP se
fait par un mécanisme cellulaire particulier : la respiration cellulaire.
Les plantes, aux contraires des animaux, produisent directement le sucre
nécessaire à la respiration cellulaire lors d’une autre activité cellulaire : la
photosynthèse.
B2.a ADENOSINE TRIPHOSPHATE (ATP)
i. L’ATP est la molécule énergétique des cellules
è Analyser des documents
Doc 1 Amidon et glycogène
L’amidon et le glycogène sont des polymères du glucose et
constituent les réserves glucidiques des cellules (amidon
chez les cellules végétales, glycogène chez les cellules
animale et mycètes).
La synthèse d’amidon à partir de glucose nécessite une
enzyme spécifique l’amylosynthase que l’on peut extraire
des tubercules (pommes de terre).
Doc 2 Synthèse d’amidon
Tube 1 : 2 mL de glucose + 1 mL d’amylosynthase + 1mL
d’eau distilée
Tube 2 : 2 mL de glucose + 1mL d’ions phosphate + 1mL
d’amylosynthase
Tube 3 : 2mL de glucose 1-P + 1mL d’amylosynthase + 1mL
d’eau distilée
Le contrôle de la présence d’amidon se fait par prélévement
de solution après 3, 5 et 10 minutes et en testant les
prélèvements à l’eau iodée.
Le gucose 1-P est une molécule de glucose à
laquelles a été transféré un groupe phosphate sur le
carbone 1.
1) Que peut-on conclure sur la réaction de polymérisation de l’amidon ?
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B. Plantes à fleurs - 2. Respiration
L’adénosine triphosphate, ou ATP, est un nucléoside triphosphate formant un
nucléotide qui, dans la biochimie de tous les êtres vivants connus, fournit
l'énergie nécessaire aux réactions chimiques du métabolisme, à la
locomotion, à la division cellulaire, ou encore au transport actif d'espèces
chimiques à travers les membranes biologiques.
2) Comment démontrer qu’une activité cellulaire a besoin d’ATP ?
Afin de libérer de l’énergie, la molécule d'ATP est clivée, par hydrolyse, en
adénosine diphosphate (ADP) et en phosphate, réaction qui s'accompagne
d'une grande libération d’énergie. Cette énergie est alors utilisée pour réaliser
une autre réaction biochimique.
ii. Régénération de l’ATP
Les cellules régénèrent ensuite l'ATP à partir de l'ADP notament par la
respiration cellulaire. Cette activité de recyclage est essentielle. En effet, le
corps humain, par exemple, ne contient à chaque instant qu'environ 250 g
d'ATP mais consomme et régénère chaque jour de l'ordre de son propre
poids en ATP.
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B. Plantes à fleurs - 2. Respiration
B2.b LA RESPIRATION CELLULAIRE
i. Les cellules respirent
è Analyser des documents
Doc 3 Evolution du taux de O2 et CO2
Les levures sont des unicellulaires nonchlorophylliens qui appartiennent au
groupe des mycètes. Elles vivent grâce
aux échanges effectués avec le milieu
dans lequel elles vivent.
Dans l’expérience ci-contre, on cultive les
levures pendant 24h dans un milieu
minéral, oxygéné par un bulleur. Le
dispositif est composé d’une sonde
mesurant le dioxygène et le dioxyde de
carbone dans le milieu. Il est aussi possible
d’ajouter une solution de glucose dans le
milieu à tout moment.
Les résultats de l’expérience sont
présentés dans le graphique ci-contre. Le
milieu est agité en permanence mais
l’enceinte contenant la suspension de
levure est fermée. Il n’y a donc aucun
échange avec le milieu.
Après 1 min 45s de mesure, on injecte
0.2mL de glucose à 20% dans le milieu.
3) D’après les documents ci-dessous, quelles traces d’une activité cellulaire
peut-on relever ? De quoi dépend-elle ?
4) Sachant que cette réaction apporte de l’énergie à la cellule et que l’on
observe aussi une production d’eau, schématiser cette réaction.
Doc 4 Evolution du taux de
O2 et CO2 dans les cellules
végétales
Lors de la photosynthèse, la
cellule végétale absorbe du
CO2 et rejette de l’O2.
La même expérience est
réalisée sur des unicellulaires
chlorophylliens. De t=5 min à
t=15min, l’expérience est
réalisée à l’obscurité.
5) Pourquoi est-il important de modifier le dispositif expérimental pour observer
une respiration cellulaire ?
6) Les cellules végétales présentent-elles le même type de réaction que les
levures étudiées dans le document 1 ?
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ii. La respiration cellulaire a lieu dans les mitochondries
La RESPIRATION CELLULAIRE est une réaction intracellulaire d’oxydation ayant
pour but de fournir de l’énergie à la cellule. Elle a lieu dans les
MITOCHONDRIES. On observe des mitochondries dans toutes les cellules
eucaryotes.
Les mitochondries sont des organites en forme de bâtonnets allongés, longs
de 1 à 2 µm. Le compartiment
interne d’une mitochondrie, la
MATRICE, est formé d’un gel
contenant
divers
éléments
comme de l’ADN, des ribosomes
et de nombreuses substances
dissoutes.
Les mitochondries
possèdent deux membranes. La
membrane externe est une
enveloppe simple alors que la
membrane
interne
est
une
structure complexe avec de
nombreux replis, les CRETES MITOCHONDRIALES. Elle est aussi bien plus riche en
protéine (80%) que la membrane externe (50%).
7) Qu’est-ce que la théorie endosymbiotique ?
8) D’après le texte ci-dessus, quelles observations sont en faveur de cette
théorie ?
9) En quoi les nombreux replis de la membrane interne peuvent être important ?
10) Quelles observations appuient l’hypothèse que la membrane interne est le
siège d’une réaction importante ?
11) La mitochondrie peut-elle être candidate comme lieu de la respiration ? Quel
type d’expérience proposer pour démontrer cette hypothèse ?
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è Analyser des documents
Doc 5 Evolution du taux de O2 et CO2
d’une solution de mitochondries
Pour observer des mitochondries, il faut
les isoler. Pour cela, on utilise des
cellules particulièrement riches en
mitochondries, les cellules du foie. Après
avoir été broyées, les cellules subissent
une centrifugation à grande vitesse
permettant de récupérer les organites.
Une solution de mitochondries est placée
dans les mêmes conditions que le doc 1.
A t = 1 min 20 s, on injecte une solution
de glucose. A t = 3 min 10 s, on injecte
une solution de pyruvate, la forme
ionique de l’acide pyruvique.
Doc 6 Transformation du glucose en deux
molécules d’acide pyruvique
Cette réaction, appelée glycolyse, consiste en
l’oxydation du glucose en acide pyruvique
grâce à la réduction d’un composé.
12) Que peut-on conclure de l’expérience du doc 3 ?
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iii. Etapes de la respiration cellulaire
1. Glycolyse dans le cytosol (hyaloplasme)
Dans le cytosol, la molécule de glucose est progressivement convertie en
deux molécules d’acide pyruvique (GLYCOLYSE). Ceci est du à :
- l’oxydation du glucose en acide pyruvique grâce à la réduction d’un
composé (noté R’).
- L’énergie libérée par cette réaction permet la synthèse de 2 ATP.
2. Cycle de Krebs dans la matrice des mitochondries
Dans la matrice des mitochondries, l’acide pyruvique en entièrement
dégradé durant une succession complexe de réactions chimiques : le CYCLE
DE KREBS. Les réactions du cycle de Krebs produisent du CO2 et des
composés sous forme réduite (noté R’H2).
La réaction permet de produire deux nouvelles molécules d’ATP.
3. Chaine respiratoire dans les crêtes mitochondriales
Un ensemble complexe de molécules intégrées dans la membrane interne
forme la CHAINE RESPIRATOIRE. Grâce à une chaine de transporteurs
d’électrons, les composés réduits, R’H2, sont réoxydés. En fin de chaine, les
électrons sont transférés au dioxygène pour former de l’eau.
L’énergie produite par ces oxydations successives permet de produire 32
molécules d’ATP.
13) En quoi peut-on dire que les différentes étapes de la respiration cellulaire sont
dépendantes les unes des autres ?
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B. Plantes à fleurs - 2. Respiration
Bilan de la respiration cellulaire
De l’ATP est produit au cours de chacune des trois grandes étapes de la
respiration. Cependant, ce sont les réactions d’oxydation des transporteurs
réduits R’H2 réalisées par la chaîne respiratoire qui produisent la plus grande
quantité d’ATP.
Le glucose est totalement dégradé car la totalité du C qu’il contenait est
rejetée sous forme minérale (CO2).
Les différentes étapes de la respiration cellulaire sont dépendantes les unes
des autres.
L’étape de la glycolyse est un préalable à la réalisation du cycle de Krebs. En
effet, le glucose est le métabolite le plus abondant disponible pour la cellule
mais il ne pénètre pas dans la mitochondrie : il doit au préalable être
transformé en acide pyruvique qui peut entrer dans la mitochondrie et
«alimenter» le cycle de Krebs.
Le cycle de Krebs (et dans une moindre mesure la glycolyse) produisent de
grandes quantités de transporteurs réduits R’H2. La chaîne respiratoire
régénère les transporteurs d’H à l’état oxydé, ce qui permet l’entretien du
cycle de Krebs et de la glycolyse.
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B2.c Fermentation
è Analyser des documents
Doc 7 Mise en évidence de la fermation
alcoolique
Des levures sont mises en culture dans un milieu
glucosé. Le flacon, complètement rempli, ne
permet pas un renouvellement d’O2. L’autre
extrémité du tube de dégagement qui bouche le
flacon est plongée dans de l’eau. Un
renouvellement d’oxygène est impossible.
Très rapidement l’O2 présent dans le flacon est
épuisé.
Pourtant les levures survivent. Des bulles
continuent à être produites à la sortie du tube de
dégagement.
Si l’on place de l’eau de chaux à la sortie du tube
de dégagement, celle-ci démontre la présence de
CO2.
Si l’on remplace un alcootest à la place du tube
de dégagement, l’alcootest est positif.
Doc 8 Concentration d’alcool en absence
d’O2
En utilisant un montage similaire à celui du
document 7, différentes mesures sont
effectuées durant plus de 5 minutes (O2, CO2,
alcool).
Avant de démarrer la mesure, 0.2 mL de
glucose à 200g/L sont introduits dans la
solution.
14) Dans les expériences ci-dessus, y a-t-il production d’ATP ? Pourquoi ?
15) Dans les expériences ci-dessus, y a-t-il respiration ? Pourquoi ?
16) Proposer le type de réaction (réactifs, produits) qui se déroule dans les
expériences ci-dessus.
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En milieu anaérobie, les levures sont capables d’utiliser une deuxième voie
métabolique pour créer de l’ATP : la FERMENTATION alcoolique.
Les réactions de la fermentation alcoolique se déroulent dans le cytoplasme
des levures. Au contraire de la respiration, elle ne nécessite pas d’organites
spécialisés mais uniquement des enzymes spécialisées.
Par fermentation, la dégradation du métabolite organique (glucose)est
incomplète. La réaction produit un métabolite secondaire, l’alcool. La
fermentation a donc un rendement énergétique moins élevé que la
respiration.
Des bactéries lactiques sont capables, commes les cellules musculaires, de
réaliser un autre type de fermentation, la fermentation lactique. Dans ce cas,
la dégradation du glucose produit de l’acide lactique.
La fermentation est largement utilisée pour produire des aliments comme le
fromage, le yaourt, le pain et l’alcool.
i. Comparaison entre la respiration et la fermentation
Fermentation
Alcoolique
Lactique
Respiration
Réactifs
Déchets
métaboliques
Lieu de production
des composés
réduits NADH
Lieu d’oxydation des
composés réduits
NADH
Molécules d’ATP
pour une molécule
de glucose
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B2. Activités cellulaires - Respiration - Récapitulation
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S’exercer au BAC
LIban - mai 2013
II.b spé 5pts
Métabolisme musculaire et entraînement des sportifs
Un entraînement de longue durée (course pendant 21 semaines à raison de
5 séances par semaine) peut être à l’origine, chez les sportifs, d’une modification du
métabolisme des cellules musculaires.
Question : À partir de l’exploitation des documents et de l’utilisation des
connaissances, montrez que le métabolisme musculaire est modifié par
l’entraînement puis, expliquez en quoi ces modifications permettent des
contractions musculaires plus intenses et de plus longue durée.
Document 1 Quantité de mitochondries dans les cellules musculaires
Les mitochondries sont des organites présents dans les cellules musculaires. Elles
permettent la synthèse d’ATP par oxydation des métabolites.
Un entraînement de 21 semaines à raison de 5 séances par semaine permet
d’observer dans les cellules musculaires :
• une augmentation du nombre de mitochondries de 120 % ;
• une augmentation de 14 à 40 % de la taille des mitochondries.
D’après jap.physiology.org
Document 2 Entraînement et activité enzymatique
Des mesures de l’activité des enzymes du cycle de Krebs sont réalisées à partir
d’extraits de muscles prélevés chez différents sportifs avant et après entraînement.
D’après physiperf.blogpost.fr
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Document 3 Entraînement et réserves de métabolites
Le glycogène est une forme de stockage du glucose. Le tableau ci-dessous présente
les réserves en glycogène musculaire chez une personne non entraînée et chez une
personne entraînée.
Réserves en glycogène musculaire
Personne non entraînée
Personne entraînée
13 à 15 g/kg de muscle
15,5 à 17,5 g/kg de muscle
D’après jap.physiology.org
Document 4 Entraînement et conditions de production d’acide lactique
D’autres processus permettent la synthèse d’ATP dans les fibres musculaires
comme par exemple la fermentation lactique. Cette fermentation génère la synthèse
de lactates qui s’accumulent dans les fibres musculaires et le sang. Ces lactates
pourraient être à l’origine d’une fatigue musculaire.
Variation de la quantité de lactate en fonction de la vitesse de course chez un
individu entraîné et chez un individu non entraîné
D’après www.staps.uhp-nancy.fr
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