Table des matières

MÉTABOLISME: FLUX D'ÉNERGIE DANS LA CELLULE
Table des matières
I.Respiration cellulaire aérobie.............................................................................................................3
I.1.Vue d'ensemble...........................................................................................................................3
I.1.a.Équation générale................................................................................................................3
I.1.b.Réactions d'oxydo-réduction...............................................................................................3
I.1.c.Libération progressive de l'énergie......................................................................................4
I.1.d.La mitochondrie, siège de la respiration cellulaire aérobie.................................................5
I.1.e.Déroulement........................................................................................................................5
I.2.Glycolyse....................................................................................................................................6
I.2.a.Généralités..........................................................................................................................6
I.2.b.Phase 1: phase d'investissement en énergie........................................................................6
I.2.c.Phase 2: phase de libération d'énergie.................................................................................6
I.2.d.Bilan....................................................................................................................................6
I.3.Cycle de Krebs............................................................................................................................7
I.3.a.Conversion du pyruvate.......................................................................................................7
I.3.b.Cycle proprement dit...........................................................................................................7
I.3.c.Bilan....................................................................................................................................7
I.4.Chaine de transport des électrons et phosphorylation oxydative................................................8
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I.4.a.Chaine de transport des électrons.......................................................................................8
I.4.b.Chimiosmose et formation d'ATP.......................................................................................8
I.4.c.Bilan....................................................................................................................................9
I.5.Bilan énergétique de la respiration cellulaire aérobie.................................................................9
II.Fermentation.....................................................................................................................................9
II.1.Principe......................................................................................................................................9
II.2.Fermentation lactique..............................................................................................................10
II.3.Fermentation alcoolique..........................................................................................................10
II.4.Bilan de la fermentation..........................................................................................................11
III.Photosynthèse................................................................................................................................11
III.1.La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes...............................................................11
III.2.Aspects généraux de la photosynthèse...................................................................................12
III.3.Réactions photochimiques.....................................................................................................12
III.3.a.Pigments.........................................................................................................................12
III.3.b.Photo-oxydation de la chlorophylle................................................................................13
III.3.c.Photosystème I................................................................................................................14
III.3.d.Photosystème II .............................................................................................................15
III.4.Cycle de Calvin......................................................................................................................15
III.4.a.Fixation du carbone........................................................................................................16
III.4.b.Réduction........................................................................................................................16
III.4.c.Régénération du ribulose diphosphate............................................................................16
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I. RESPIRATION CELLULAIRE AÉROBIE
I.1. Vue d'ensemble
I.1.a. Équation générale
Le principe de la respiration cellulaire aérobie est relativement similaire à celui d'un moteur de
voiture. Du glucose réagit avec de l'oxygène pour former du dioxyde de carbone et de l'eau et libérer
de l'énergie.
La dégradation du glucose est exergonique (∆G = -2871 kJ/mol). L'énergie libérée sous forme
d'ATP va participer au travail cellulaire.
I.1.b. Réactions d'oxydo-réduction
Pourquoi les voies cataboliques fournissent-elles de l'énergie lors de la dégradation du glucose ? Le
transfert des électrons qui se produit durant les réactions chimiques libère de l'énergie emmagasinée
dans les molécules de nutriments. Cette énergie sert à synthétiser de l'ATP.
Le transfert d'électrons d'un réactif à un autre au cours d'une réaction chimique est appelé réaction
d'oxydo-réduction. L'oxydation correspond à la perte d'électrons; la réduction à un gain d'électrons.
Un agent réducteur est une substance qui donne des électrons tandis qu'un agent oxydant est une
substance qui en accepte.
Une réaction d'oxydo-réduction qui rapproche des électrons de l'oxygène, O2 (fort électronégatif),
libère de l'énergie chimique.
La combustion de l'essence dans un moteur est une réaction d'oxydo-réduction; l'énergie libérée
actionne les pistons et le véhicule avance. La respiration cellulaire est une réaction d'oxydo-
réduction au cours de laquelle le glucose est oxydé et l'oxygène est réduit.
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Les liaisons des molécules organiques riches en hydrogène renferment des électrons à énergie
potentielle élevée susceptibles de se rapprocher de l'oxygène. Lors de la respiration cellulaire,
l'hydrogène du glucose est transféré à l'oxygène. En effet, la perte d'électrons est souvent associée à
la perte d'un proton.
I.1.c. Libération progressive de l'énergie
Si l'énergie de la combustion du glucose était libérée en une fois, il serait difficile de l'exploiter. En
effet, la libération en un bloc de l'énergie de l'essence (explosion) ne fait pas fonctionner le moteur.
La respiration cellulaire se produit en une série d'étapes catalysées par des enzymes. Lors de
certaines étapes, des atomes d'hydrogène sont arrachés au glucose mais ne vont pas directement se
lier à l'oxygène; ils sont transférés sur une coenzyme, le nicotinamide adénine nucléotide (NAD+).
Des enzymes, les déshydrogénases retirent une paire d'atomes d'hydrogène du substrat, soit deux
électrons et deux protons (H+). Elles apportent ensuite les deux électrons et un proton au NAD+; le
second proton est libéré dans la solution environnante.
Les électrons perdent très peu d'énergie lors de leur transfert sur le NAD+. Par conséquent, chaque
mole de NADH+H+ produit durant la respiration représente une réserve d'énergie pour la production
de l'ATP. Le NADH va apporter les électrons (énergétiques) au sommet de la chaine de transport
des électrons; au bas de cette chaine se trouve l'oxygène, accepteur final des électrons.
Le transfert des électrons du NADH+H+ à l'oxygène est une réaction exergonique (∆G = -222
kJ/mol). Toutefois, cette énergie n'est pas libérée en une fois mais progressivement car les électrons
descendent la chaine en passant d'un transporteur à un autre jusqu'à atteindre l'oxygène, an perdant
un peu d'énergie à chaque étape.
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I.1.d. La mitochondrie, siège de la respiration cellulaire aérobie
La mitochondrie est un organite cellulaire présent dans presque toutes les cellules eucaryotes; elle
est le siège de la respiration cellulaire. Elle mesure entre 1 et 10 µm de long et leur nombre dans la
cellule dépend de l'activité métabolique.
La mitochondrie est entourée d'une enveloppe faite de deux membranes: la membrane
mitochondriale externe et la membrane mitochondriale interne. La membrane mitochondriale
interne est repliée sur elle-même de façon à former de nombreuses crêtes et divise la mitochondrie
en deux compartiments: l'espace intermembranaire et la matrice mitochondriale.
La mitochondrie possède son propre ADN.
I.1.e. Déroulement
La respiration cellulaire est divisée en trois stades principaux: la glycolyse, le cycle de Krebs et la
chaine de transport des électrons.
Durant les deux premiers stades, il y a dégradation du glucose (d'abord en pyruvate durant la
glycolyse puis en gaz carbonique durant le cycle de Krebs). La chaine de transport des électrons,
troisième stade, accepte les électrons provenant des produits des deux premières étapes par
l'intermédiaire du NADH+H+ et du FADH2. A la fin de la chaine, les électrons se combinent à des
protons et de l'oxygène (O2) pour former de l'eau. Durant la descente de cette chaine, les électrons
libèrent de l'énergie qui est utilisée pour former de l'ATP par phosphorylation oxydative.
De l'ATP est également formé durant certaines étapes de la glycolyse et du cycle de Krebs par un
mécanisme appelé phosphorylation au niveau du substrat. Il y a, dans ce cas, transfert d'un
phosphate d'un substrat à de l'ADP pour former de l'ATP.
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