Processus cellulaires Partie B enzymes et respiration

Cellule végétale
Composantes cellulaires
Membrane
cellulaire
Paroi cellulaire
Chloroplaste
Procaryote:
L Membrane nucléaire
Mitochondrie
M Pore nucléaire
N Nucléole
Organisme formé d'une cellule unique ne
contenant pas de noyau, ni aucun organite
(bactéries)
O ADN
Noyau
Eucaryote:
Réticulum
endoplasmique rugueux
Organisme vivant possédant un noyau isolé du
cytoplasme par une membrane et qui contient
de l'ADN et des organites.
Appareil de Golgi
Réticulum endoplasmique lisse
Ribosomes
Vacuole
Cellule animale
Nucléole
Cytoplasme
Ribosomes
Lysosome
Cytoplasme
Microtubule
(cytosquelette)
Chromatine (ADN)
Membrane
nucléaire
Mitochondrie
Réticulum
endoplasmique
Centrioles
Vésicule
Vacuole
Appareil de Golgi
Microfilament
(cytosquelette)
Cytoplasme
Pore nucléaire
Milieu plus ou moins homogène, le cytosol,
dans lequel baignent des structures, les
organites, délimitées par des membranes
biologiques. Le cytoplasme est donc un
colloïde.
La première étape de la respiration
cellulaire (anaérobie – pas besoin
d’oxygène), la glycolyse, se produit
dans le cytoplasme.
Mitochondrie
Organite cellulaire où se déroule la
majeure partie de la respiration cellulaire
(aérobie – besoin d’oxygène), c’est-à-dire, le
processus qui transforme le glucose en
énergie que la cellule peut utiliser, soit
l’adénosine triphosphate (ATP).
La mitochondrie décompose les
molécules d’éléments nutritifs comme
les glucides.
Les crêtes
augmentent
la surface de
la membrane,
et ainsi la
capacité de
produire
l’ATP.
Matrice
Enzymes
Protéines
qui catalysent
(accélèrent) les réactions
chimiques en diminuant
l’énergie d’activation.
Essentielles à la vie.
Spécifiques à un substrat
(réactif).
Responsables
de la plupart
des réactions de la cellule.
Ont un site spécifique (à la
forme du substrat) où le
substrat se lie
temporairement (site actif).
Demeurent inchangées suite
à la réaction chimique.
La structure d’une enzyme
Fonctions des enzymes
Digèrent
(hydrolyse de
macromolécules)
Produisent des molécules
(condensation de
macromolécules)
Transfèrent des substances à
travers la membrane
cellulaire
Libèrent de l’énergie
La structure d’une enzyme
Substrat:
réactif dans une réaction chimique.
(exemple: le sucrose)
Le substrat est reconnu par un site actif
d’une enzyme particulière.
Site actif:
Endroit où se logent les substrats
et où a lieu la réaction chimique.
Le site actif accueil seulement un
type de substrat.
Enzyme
Bio 12 p.42-43
La structure d’une enzyme
Substrat
Substrat A
Complexe
enzyme - substrat
Substrat B
Enzyme
Le complexe enzyme - substrat est comparable à une clé et serrure.
Le complexe enzyme - substrat forme un composé chimique.
Une fois dans le site actif, le substrat peut subir les modifications
nécessaires de la réaction métabolique.
Bio 12 p.42-43
Enzyme
Bio 12 p.42-43
Le cycle catalytique
La structure d’une enzyme
Substrat A
1.
Quand le site actif des enzymes, comme le saccharase,
est libre de substrat, le cycle débute.
2.
Un complexe enzyme-substrat est formé lorsque le
substrat (le disaccharide sucrose) se lie au site actif.
3.
Le substrat sucrose se transforme en produit à l’intérieur
du site actif.
4.
L’enzyme saccharase libère les produits (fructose +
glucose) et est alors libre d’accepter une autre molécule
du substrat sucrose.
Substrat B
Substrat A
Substrat B
Enzyme
Enzyme
Bio 12 p.42-43
Classes d’enzymes
Actions des enzymes
Hydrolases et
Hydratases
Ajoute de l’eau (hydrolyse).
Enlève de l’eau (condensation).
Oxydoréductases
Transférases
Isomérases
Ligases
Lyases
Facteurs influençant activités enzymatiques
1.
Température
Activité des
enzymes augmente
avec la
température
jusqu’à une
température
maximale. Au-delà
d’un point critique,
l’activité cesse
immédiatement,
donc, les réactions
ne se font plus.
Transfère les électrons (réaction
d’oxydoréduction).
Décompose ou forme une liaison C-C
Modifie la structure ou la
géométrie d’une molécule.
Forme des liaisons C-C , C-S , CO ou C-N par condensation.
Ajoute des groupements à une double
liaison C=C ou enlève des
groupements pour former une
liaison C=C ..
2.
pH
Chaque enzyme
fonctionne à un
pH spécifique
optimal
(majorité des
enzymes entre 6
et 8).
Lorsqu’une enzyme subit des
changements (p.ex. à cause de
températures élevées, pH bas
ou élevé, etc), elle devient
dénaturée.
Une enzyme dénaturée est une
protéine qui a perdu sa forme
(tridimensionnelle), sa
fonction. Elle ne peut plus
faire son travail et va se faire
hydrolyser en acides aminés.
Coenzyme
Partie de l’enzyme (autre que hydrolase) non
protéique (n’est pas un acide aminé) constituée d’un
composé organique de petite taille (facteurs de
croissance, vitamines, etc).
• Agissent au niveau du substrat.
• Souvent indispensables.
• Chez humain et organismes
supérieurs, doivent être pris dans
nourriture.
Étapes de la respiration aérobie
Respiration cellulaire
1.
Réaction chimique, nécessitant du glucose et
de l’oxygène, impliquant un déplacement
d’électrons qui fournit l’énergie nécessaire à
la cellule pour fonctionner.
Respiration cellulaire aérobie
avec O2
Respiration cellulaire anaérobie
sans O2
2.
3.
4.
La glycolyse
Étape de la co-enzyme A
Le cycle de Krebs
La chaîne de transport d’électrons
(Chimiosmose)
Presque toutes les
étapes se
passent dans la
mitochondrie.
Bio 12 pp. 64-65
C6H12O6 + 6O2
Respiration cellulaire
glucose
Étapes de la respiration aérobie
1. GLYCOLYSE
glucose
oxygène
ADP + Pi
cytoplasme
2. COENZYME A
pyruvate
38 ATP
3. CYCLE DE
KREBS
4. CHAÎNE TRANSPORT
DES ÉLECTRONS
2 ATP
mitochondrie
2 ATP
34 ATP
6CO2 + 6H2O + énergie
gaz
carbonique
eau
ATP: molécule d’énergie
ATP: molécule d’énergie
ATP = adénosine triphosphate
P
P
P
P
P
Adénosine triphosphate: molécule que
toutes les cellules utilisent comme
énergie
P
P
Bio 12 pp. 55-58
Combustibles
Le
Travail
P. 58
nos 1, 3 à 5, 7
Question supplémentaire:
Fais la distinction entre une réaction
métabolique endothermique et une
réaction métabolique exothermique
en donnant une définition et en
citant un exemple pour chaque
terme.
rôle de la respiration cellulaire est
de produire de l’ATP pour servir de
source d’énergie à la cellule. Le
glucose n’est pas la seule molécule qui
peut être utilisée pour donner de
l’énergie.
Les protéines (acides aminés) et les
lipides (glycérol et acides gras)
peuvent aussi être dégradés pour
produire de l’ATP. Elles entrent à
différents endroits dans le cycle
cellulaire.
1. La glycolyse
Première étape de la respiration cellulaire
Processus anaérobique
Dégradation du glucose (chaîne de réactions)
Dans le cytoplasme
Glucose
6C
2 acides pyruviques (pyruvates)
2 x 3C
La glycolyse (formation du pyruvate)
(adénosine diphosphate):
molécule qui contient un peu
d’énergie qui est nécessaire pour
former l’ATP
ATP (adénosine triphosphate):
molécule qui emmagasine de
l’énergie que la cellule peut utiliser
PGAL (phosphoglycéraldéhyde):
molécule formée après la 1re
dégradation du glucose
ADP
Par l’énergie provenant de 2 ATP, une
molécule de glucose (C6) se divise en
2 molécules de PGAL (C3).
Chaque molécule de PGAL se divise
donnant 2 molécules de pyruvate (C3)
et la libération de 2 paires H+
Ces ions H+ se combinent aux ions
transporteurs (NAD+) formant ainsi 2
NADH + H+
Cette suite de réaction produit 4 ATP
Le rendement énergétique net de la
glycolyse est 2 ATP
La glycolyse (formation du pyruvate)
NADH + H+
2 ATP
Nicotinamide adénine dinucléotide
Transporteur d’ions hydrogène
ADP
P
P
glucose
C6
C6
2
PGAL
C3
P
H
P
+ H+
4 ATP
4 ADP
2
+ H2
PGAL
C3
2
pyruvate
C3
2 NAD+ 2 NADH + H+
NAD+
NAD+ + H+
Bio 12 p. 65-68
Figure 3.5 et 3.6
2. Étape de la coenzyme A
Devoir
Bio 12 p. 68 no.1, 2, 3, 4
Commence dans le cytoplasme et
finit dans la mitochondrie.
pyruvate
C3
+ O2
acide acétique
C2
Bio 12 p. 82 no. 1, 2
+ CO2
(déchet)
Coenzyme A
Bio 12 p. 95 no. 1, 2, 3, 4, 5, 7
Acétyl-coA
C2
acide acétique
C2
2 NAD+ 2 NADH + H+
Complexe
acide acétique
et coenzyme A
L’étape de la coenzyme A
Étape aérobie au cours de laquelle O2
sert à décomposer l’acide pyruvique
(pyruvate) (C3).
L’acide pyruvique se transforme en acide
acétique (C2).
L’atome de carbone perdu forme du CO2
qui est rejeté comme déchet.
L’acide acétique se combine à la
coenzyme A et forme un complexe appelé
acétyl-coA.
L’étape de la coenzyme A
2 ions d’hydrogène (2H+) sont captés
par le NAD+ formant une molécule de
NADH + H+ pour chaque molécule
d’acide pyruvique.
La coenzyme A provoque l’union du
groupe acétyl avec une molécule
d’acide oxaloacétique, ce qui commence
le cycle de Krebs.
3. Cycle de Krebs
(cycle de l’acide citrique)
La coenzyme A se retire inchangée
de cette réaction et peut servir à
recommencer l’étape.
Chaque groupe acétyl (issu de l’acétylcoA) formé pendant la
2e étape s’attache à une molécule d’acide oxaloacétique (C4)
et forme une molécule d’acide citrique (C6)
Chaque molécule d’acide citrique perd ensuite un atome de
carbone sous forme de CO2. Il en résulte d’une molécule
d’acide cétoglutarique (C5) et la libération de 2 ions
hydrogène captés par le NAD+, formant du NADH + H+
Chaque molécule d’acide cétoglutarique perd un atome de
carbone sous forme de CO2 et 2 ions hydrogène captés par
le NAD+, formant du NADH + H+
Rendement énergétique = 0 ATP
Cycle de Krebs (cycle de l’acide citrique)
Il en résulte la formation de 1 molécule d’acide
succinique (C4) et la libération d’énergie servant à la
formation de 1 ATP.
Chaque molécule d’acide succinique perd 4 ions
hydrogène dont 2 sont acceptés par du FAD donnant
lieu à la formation de FADH2 et 2 sont captés par du
NAD+, formant NADH + H+.
Il reste 1 molécule d’acide oxaloacétique qui
recommence le cycle.
Le rendement énergétique du cycle de Krebs est de 1
ATP.
Comme la glycolyse d’un glucose produit 2 pyruvates,
puis 2 acétyl-CoA, le cycle de Krebs doit se faire 2
fois pour chaque glucose.
Résumé des étapes de la
respiration cellulaire
Chaîne de transport des électrons
Chaque molécule de NADH + H+ libère
une paire d’ions hydrogène en haut
de la chaîne de transport, le niveau
énergétique le plus élevé.
Cette paire d’ions réagit
successivement avec une série de
molécules de transport, des enzymes
spécialisées, libérant de l’énergie à 3
niveaux, ce qui donne lieu à la
formation de 3 ATP pour chacune des
paires d’ions hydrogène provenant du
NADH + H+ (3 ATP pour chaque
molécule de NADH + H+ )
La chaîne de transport d’électrons se
produit en MÊME TEMPS que les 3
autres étapes de la respiration cellulaire.
La chaîne utilise les ions hydrogène
captés par les transporteurs NADH + H+
et FADH2 pendant les autres étapes.
(10 molécules de NADH + H+ et 2
molécules de FADH2 )
Chaîne de transport des électrons
Chaîne de transport des électrons
Le FADH2 est un transporteur moins efficace
et forme seulement 2ATP pour chaque paire
d’ions hydrogène.
(2 ATP pour chaque molécule de FADH2)
À la fin de cette étape, les ions
hydrogènes réagissent avec l’oxygène
environnant, formant de l’eau (H20) qui
est rejetée comme un déchet.
En tout, 10(NADH + H+) produisent 30 ATP
et 2 FADH2 produisent 4 ATP par molécule
de glucose.
Le rendement énergétique de la chaîne de
transport desélectrons est de 34 ATP
Chaîne de transport des électrons
NADH + H+
NAD+
ADP + Pi
2é
énergie
FADH2
2é
ATP
FAD+
ADP + Pi
énergie
ATP
2é
ADP + Pi
énergie
2é
½ O2 + 2H+
H2 0
ATP