Chapitre IV: Respiration, fermentations et production d'ATP

« Produire le mouvement : contraction musculaire et apport d'énergie Corps humain et santé Chapitre IV: Respiration, fermentations et production d'ATP (Activité 5) L’hydrolyse de l’ATP fournit l’énergie nécessaire aux cellules : Dans le tableau ci-contre, la concentration en ATP chez un individu de 70 kg ayant une masse musculaire de 30 kg et les besoins énergétiques de différentes activités Comment l’ATP est-il renouvelé dans les cellules et notamment les cellules musculaires ? I/ La respiration : oxydation complète du glucose On peut mettre en évidence les échanges gazeux caractéristiques de la respiration, dans une suspension de cellules non chlorophylliennes si l’on ajoute du glucose au milieu (ou si les cellules possèdent des réserves suffisantes).

Les cellules chlorophylliennes respirent également : les échanges sont alors visibles à l’obscurité. Ainsi au cours de la respiration, le glucose subit une oxydation totale et est totalement minéralisé en CO2 et H2O. C6H12O6+6O2 6CO2+ 6H2O + Énergie sous forme d’ATP Ces réactions de dégradation sont permises grâce à des enzymes présentes à la fois dans le cytoplasme et dans les mitochondries. Les trois grandes étapes de la respiration : 1 1/ La glycolyse dans le cytoplasme Elle permet la dégradation du glucose en 2 molécules de pyruvate.

Cette oxydation s’accompagne de la production de composés réduits R’H2 à partir de R’.

Ceci permet de former 2 molécules d’ATP à partir de 2 ADP et 2Pi.

Ces réactions sont permises grâce à de nombreuses enzymes du cytoplasme 2ADP + 2Pi 2ATP C6H12O6 2CH3COCOOH 2R’ 2R’H2 2/ La décarboxylation oxydative dans la matrice des mitochondries (cycle de Krebs) Le pyruvate passe les deux membranes de la mitochondrie pour se retrouver dans la matrice où il est entièrement dégradé en CO2.

Ces réactions sont permises par de nombreuses enzymes mitochondriales.

Couplée à la dégradation du pyruvate, il y a formation de composés réduits et d’ATP. La molécule de glucose est donc à ce stade complétement dégradée. 2ADP + 2Pi 2ATP 2CH3COCOOH + 6H2O 10R’ 6CO2 10R’H2 3/ La chaine respiratoire dans les crêtes des mitochondries Tous les R’H2 formés lors des deux premières étapes vont être oxydés au niveau des crêtes des mitochondries.

Ils fournissent alors leurs électrons pris en charge par une chaine de transporteurs d’électrons intégrés dans la membrane interne : ces molécules sont organisées en chaine respiratoire (réactions successives d’oxydo-réduction) : les protons (H+) sont stockés en même temps dans l’espace inter-membranaire.

Ceci permet la création d’un gradient de protons : ils passeront par l’ATP synthase de la membrane des crêtes, créant 32 ATP.

L’O2 est l’accepteur final des électrons et des protons, il est alors réduit en H2O. 12R’H2 + 6O2 12R’ + 12H2O 32ATP 32ADP + 32Pi A partir d’une molécule de glucose, on obtient 36 molécules d’ATP, ce qui correspond à 40 % de l’énergie chimique disponible dans une molécule de glucose. 2 Tableau BILAN Nom Localisation Substrat(s) Produit(s) Nombre d’ATP formés 1ère étape 2ème étape 3ème étape Glucose Schéma simplifié de la respiration 3 II/ Les fermentations Certaines cellules eucaryotes réalisent une fermentation : elles produisent de l’ATP grâce une oxydation incomplète d’une molécule organique dans le cytoplasme, sans intervention d’un organite spécialisé (pas de mitochondries) donc pas de gradient de protons ni de chaine de transfert d’électrons), quand le milieu est dépourvu d’O2. La première étape reste la glycolyse, puis le pyruvate est transformé en éthanol avec libération de CO2 (fermentation alcoolique) ou en acide lactique sans libération de CO2 (fermentation lactique).

Au cours de cette 2eme étape, c’est l’oxydation du pyruvate par R’H2 qui régénère le R’ nécessaire à la glycolyse. - Cytoplasme et sans organite spécialisé. Production d’ATP dans un milieu en anaérobiose (sans O2). Point de départ : glycolyse avec production de 2 ATP et de pyruvate. Glycolyse nécessite des composés oxydés R à oxydation du pyruvate régénère R. Le rendement des fermentations est très faible à côté de celui de la respiration cellulaire (2 ATP contre 38).

Ceci s’explique par la dégradation incomplète du glucose qui.... »