Spécialité - Thème 1 Énergie et cellules vivantes. Chapitre 2 – Respiration cellulaire, fermentations et production d’ATP. I) L’oxydation du glucose en présence et en absence de dioxygène. A) La glycolyse et production d’ATP. − − Toutes les cellules eucaryotes puisent l’énergie nécessaire à leur métabolisme dans l’oxydation de molécules organiques telles que le glucose. Les cellules non chlorophylliennes utilisent des molécules organiques pour produire leurs propres molécules organiques, elles sont hétérotrophes pour le carbone. L’utilisation de la matière organique (glucose et autres molécules organiques…) débute toujours par une réaction chimique qui se déroule dans le hyaloplasme : la glycolyse. La glycolyse qui est une oxydation partielle du glucose en acide pyruvique (CH3-COCOOH) est couplée à la réduction de deux molécules d’ADP + Pi en 2 ATP et de deux molécules notées R’ en R’H2. Ces réactions d’oxydoréductions étant couplées on parle de couplage chimiochimique. Connaitre parfaitement ces réactions. Équation bilan de la glycolyse et son couplage énergétique chimiochimique avec la réduction de molécules organiques. (Belin spé 2012 P 35). B) Les principales voies d’oxydation du glucose. − − En anaérobiose, c'est-à-dire en l'absence de dioxygène, certaines cellules oxydent le glucose de façon incomplète : on parle de fermentation. En aérobiose, c'est-à-dire en présence de dioxygène, la plupart des cellules oxydent totalement le glucose en dioxyde de carbone : c'est la respiration cellulaire. Bien comprendre que le type d’oxydation du pyruvate dépend de la présence ou non d’O2. Les principales voies d’oxydation du glucose en présence et en absence d’O2. (Belin spé 2012 P 40). II) La respiration mitochondriale et production d’ATP. − La respiration cellulaire se déroule dans des organites délimités par une double membrane : les mitochondries. Dans la matrice des mitochondries, l’acide pyruvique est progressivement oxydé en dioxyde de carbone (molécule minérale), au cours d’une suite de réactions chimiques constituant le cycle de Krebs. Ces réactions d’oxydation du pyruvate, qui produisent des protons (H+) et des électrons, sont couplées à la réduction de composés organiques R’ (R’ + 2é + 2H+ R’H2) et ADP (ADP + Pi ATP). − Les composés R’H2, issus du cycle de Krebs et de la glycolyse cèdent leurs électrons (ils sont oxydé en R’) à un ensemble d’accepteurs d’électrons (= oxydants) qui sont situés dans la membrane interne de la mitochondrie et qui constituent la chaine respiratoire. Les électrons sont transmis de proche en proche à des oxydants de plus en plus puissants qui forment la chaine respiratoire pour être finalement cédés au dioxygène qui est donc l’accepteur final des électrons. La réduction du dioxygène produit de l’eau (molécule minérale) selon la réaction suivante : ½ O2 + 2é + 2 H+ H2O. 1 VIGIER – BOZON – SVT Wittmer 2015 - 2016 Spécialité - Cours bilan – Thème 1 Chapitre n°2. L’oxydation des R’H2, synthétisés lors de la glycolyse et du cycle de Krebs, permet de régénérer les R’ condition indispensable à la poursuite de la glycolyse et de l’oxydation du pyruvate dans les mitochondries. L’oxydation des R’H2 en R’ est associée à l’accumulation de protons H+ dans l’espace intermembranaire et à la circulation d’électrons au sein de la chaine respiratoire. La circulation d’électrons dans la chaine respiratoire et le flux des protons (H+) à travers les ATP-synthases (enzymes contenues dans la membrane interne de la mitochondrie) sont couplés à la réduction d’ADP + Pi en ATP. Ce couplage énergétique chimiochimique permet de produire une grande quantité de molécules d’ATP lors de la respiration cellulaire. − En aérobiose (= présence d’O2 dans le milieu), la respiration cellulaire (ou mitochondriale) permet l’oxydation complète du pyruvate en molécules minérales (H2O et CO2) dans la mitochondrie. Cette oxydation complète du pyruvate est couplée à la synthèse de 36 molécules d’ATP (pour chaque molécule de glucose totalement oxydée). Savoir refaire ce schéma bilan très simplifié. Les réactions d’oxydoréductions de la respiration mitochondriale. (Belin spé 2012 P 40). III) Les fermentations et production d’ATP. − − En condition anaérobie, les cellules dégradent le glucose de façon incomplète : elles adoptent un métabolisme fermentaire. Lors de la fermentation, l’acide pyruvique, issu de la glycolyse est réduit en molécules organiques. Selon le type de fermentation, la molécule organique formée par réduction de l’acide pyruvique n’est pas la même : certaines cellules comme les levures de boulanger réalisent une fermentation alcoolique : l’acide pyruvique issue de la glycolyse est réduit en éthanol ce qui est couplé à l’oxydation des R’H2 en R’; d’autres cellules comme les Bactéries lactiques réalisent une fermentation lactique : l’acide pyruvique issue de la glycolyse est réduit en acide lactique ce qui est couplé à l’oxydation des R’H2 en R’. Les fermentations permettent donc de régénérer les R’ indispensables pour que se réalise la glycolyse. Lors de la fermentation, le couplage énergétique chimiochimique ne permet pas de produire des molécules d’ATP. Seule la glycolyse qui précède les mécanismes fermentaires (alcoolique ou lactique) permet la formation de deux molécules d’ATP pour une molécule de glucose partiellement oxydée. Remarque : la fermentation acétique réalisée par des Bactéries se fait en présence d’O2. Cette voie Juste pour métabolique est bien une fermentation (précédée par la glycolyse) car elle consiste en une dégradation information. incomplète du glucose qui donne comme produit final de l’acide acétique (= vinaigre). 2 ADP + 2 Pi 2 ATP 2 ADP + 2 Pi Voie métabolique de la fermentation alcoolique : couplage énergétique chimiochimique permettant la régénération des R’. 2 ATP (Belin spé 2012 P 38). Bien comprendre les couplages avec réduction du pyruvate et oxydation des R’H2 en R’. Voie métabolique de la fermentation lactique : couplage énergétique chimiochimique permettant la régénération des R’. (Belin spé 2012 P 39). Fin du chapitre. 2 VIGIER – BOZON – SVT Wittmer 2015 - 2016 Spécialité - Cours bilan – Thème 1 Chapitre n°2.