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Lorganisme a des besoins pour fonctionner : Besoins dénergie (glucides, lipides, protides) Comment lorganisme récupère-t-il lénergie stockée dans les molécules.

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1 Lorganisme a des besoins pour fonctionner : Besoins dénergie (glucides, lipides, protides) Comment lorganisme récupère-t-il lénergie stockée dans les molécules organiques ? Solaire Contenue dans les aliments Cf photosynthèse: acquisition de lénergie et investissement dans la matière Cette énergie est donc stockée dans des molécules organiques

2 En classe de première, nous avons vu que les fibres musculaires possèdent deux types de métabolisme: fibres glycolytiques (anaérobie), et fibres oxydatives (aérobie) La première étape de la dégradation est commune aux 2 types de fibres : la glycolyse (anaérobie) La deuxième étape est spécifique : - anaérobie: fermentation - aérobie: respiration

3 (1ère étape commune à la respiration et à la fermentation)

4 La glycolyse est la dégradation dune molécule de glucose (6 carbones) en 2 molécules dacide pyruvique ( 3 carbones) et 2 molécules dATP. Ces réactions se déroulent dans le cytosol en conditions anaérobies. Rappel: elle est réalisée chez les autotrophes comme chez les hétérotrophes. Lexemple suivant se déroule dans une cellule animale.

5 Membrane plasmique Cytoplasme (cytosol+éléments en suspension) noyau Glucose

6 glucose 2 ATP 2ADP 1:Activation du glucose par 2 ATP 2: scission du fru1,6biP en 2 molécules à 3C (DHAP et GAP) 3: oxydation des molécules à 3C par le NAD+ ( NADH,H+) et déphosphorylation des DHAP et GAP formation dATP Fru-1,6bi-P 2 NAD+ 2 NADH,H+ 2 acides pyruviques

7 Bilan de la glycolyse 2ADP 2 NAD+ 2Pi glucose 2 acides pyruviques 2 ATP2 NADH,H+ Comment les NADH,H+ sont-ils réoxydés ? Que devient lacide pyruvique ?

8 noyau Membrane plasmique Cytoplasme (cytosol+éléments en suspension) Glucose 2 Acides pyruviques glycolyse Suite de la fermentation dans le cytosol (conditions anaérobies)

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10 La fermentation correspond à une dégradation partielle du substrat (glucose) en absence de dioxygène. Elle se déroule entièrement dans le cytosol. Lacide pyruvique produit lors de la glycolyse ( 1ère étape de la fermentation ) est alors réduit en lactate (acide lactique) par du NADH,H+ dans les muscles. Il existe plusieurs types de fermentation dont la fermentation alcoolique et la fermentation lactique. Le produit final de la fermentation alcoolique (réalisée chez des levures par exemple) est de léthanol. Cette réaction est utilisée par lindustrie agroalimentaire à des fins de production (bière par exemple). Les cellules musculaires humaines utilisent la fermentation lactique lorsque loxygène est rare (au tout début dun effort physique intense).

11 2 acides pyruviques 2 NAD+ 2 NADH,H+ 2 acides lactiques 4 : réduction de lacide pyruvique par le NADH,H+ ( NAD+) et formation dacide lactique.

12 glucose 2 ATP 2ADP Fru-1,6bi-P 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 NADH,H+ 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 acides lactiques La fermentation lactique Couplage entre les 2 phases de la fermentation pour régénérer les accepteurs délectrons

13 Bilan simplifié de la fermentation (lactique) glucose 2 ADP+2Pi 2 acides lactiques 2 ATP la fermentation est un catabolisme faiblement énergétique : la dégradation partielle dune molécule de glucose permet la synthèse de 2 ATP.

14 Comment se produit la dégradation du glucose en conditions aérobies ?

15 Membrane plasmique Cytoplasme (cytosol+éléments en suspension) noyau Glucose 2 Acides pyruviques Suite de la dégradation dans le cytosol en conditions anaérobies (suite de la fermentation) En conditions aérobies, suite de la dégradation dans la mitochondrie (suite de la respiration)

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17 La respiration cellulaire est une dégradation totale du substrat ( glucose) en 6 CO2 et 6H2O en conditions aérobies. La première étape ( glycolyse) se déroule dans le cytosol. Les 2nde et 3ème étapes se déroulent dans la mitochondrie en présence de dioxygène et produisent au maximum 36 ATP.

18 La mitochondrie (vue au MET) Membrane externe Membrane interne Crêtes mitochondriales matrice hyaloplasme = cytosol

19 oxaloacétate citrate CG Succinate FAD FADH2 malate acide pyruvique Cycle de Krebs (simplifié) Succinyl- coA CoA Acétyl-co-A CoA Fixation dun coenzyme coA, décarboxylation (libération dun CO2), et réduction du NAD+ en NADH,H+ formation dacétyl-coA Fixation de lacétyl- co-A sur le substrat (oxaloacétate) et libération du coenzyme A formation de citrate décarboxylation Réduction du NAD+ en NADH,H+ et réorganisation de la molécule carbonée en -cétoglutarate décarboxylation Réduction du NAD+ en NADH,H+,fixation du coA et réorganisation de la molécule carbonée en succinyl-coA Synthèse dATP et libération du coA formation de succinate Réduction du FAD en FADH2 et formation de malate Réduction du NAD+ en NADH,H+et régénération de loxaloacétate (substrat du cycle)

20 Lors de la glycolyse, la dégradation du glucose produit 2 molécules dacides pyruviques… Donc le bilan est le suivant: 8 NAD+ 2ADP 2Pi 2 acides pyruviques 2 FAD 2 ATP8 NADH,H+ 2 FADH2 6CO2

21 Nous avions vu que la dégradation dune molécule de glucose en conditions aérobies produisait 36 molécules dATP. Or, 2 molécules ont été produites lors de la glycolyse et 2 lors de la phase suivante. Comment sont produites les autres molécules dATP ? De plus comment les accepteurs délectrons sont-ils réoxydés pour être réutilisés dans le cycle de Krebs ? 3ème phase de la respiration: couplage de la chaîne de transfert délectrons à la synthèse dATP au niveau des membranes internes de la mitochondrie.

22 Matrice mitochondriale Membrane interne Espace intermembranaire Membrane externe mitochondriale H+,H+ Synthèse dATP couplée à la chaîne de transporteurs délectrons… e- H+, H+, H+H+, H+, H+,H+,H+,H+… ATP synthase Chaine de transfert des électrons Oxydation de NADH,H+,prise en charge des électrons par la chaîne de la membrane interne de la mitochondrie et transfert des H+ dans lespace intermembranaire. Le gradient de protons ainsi créé est utilisé comme source dénergie par lATP synthase pour synthétiser de lATP à partir dADP +Pi. Les protons, les électrons récupérés de NADH,H+ réagissent alors avec la molécule dO2 pour former de leau qui est ensuite libérée dans le milieu externe. 2H+ + 1/2O2 H2O

23 glucose 2 ATP 2A DP Fru-1,6bi- P 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 NADH, H+ 2: Cycle de Krebs e-e- 2H+, +1/2 O2 H2O H+, H+, H+H+, H+, H+,H+,H+,H+… H+,H+ Bilan de la respiration cellulaire 1: glycolyse 3: Synthèse dATP par phosphorylation oxydative au niveau de la chaîne de transporteurs délectrons mitochondriale

24 Bilan de la respiration cellulaire la respiration est un catabolisme hautement énergétique : la dégradation totale dune molécule de glucose permet la synthèse de 36 ATP. glucose 36ADP +36Pi 6O26CO2 36 ATP 6H2O Les accepteurs délectrons ont été ré oxydés lors de la 3ème phase…

25 glucose 2 ATP 2ADP Fru-1,6bi-P 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 NADH,H+ 1: glycolyse 2 NADH,H+ 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 acides lactiques 2: réoxydation des transporteurs délectrons Rappel: La fermentation lactique

26 Bilan de la respiration cellulaire (cytosol+mitochondrie) glucose 36ADP +36Pi 6O2 6CO2 36 ATP 6H2O Bilan simplifié de la fermentation lactique (cytosol) glucose 2 ADP+2Pi 2 acides lactiques 2 ATP Bilan de la glycolyse (cytosol) 2ADP 2 NAD+ 2 Pi glucose 2 acides pyruviques 2 ATP2 NADH,H+

27 Synthèse de 2 molécules dATP lors de la glycolyse, la 2ème phase de la fermentation permet uniquement de réoxyder les accepteurs délectrons. Les 2ème et 3ème phases de la respiration cellulaire permettent de réoxyder les accepteurs délectrons et de synthétiser 36 molécules dATP supplémentaires en conditions aérobies!!! Remarque : 2 molécules dATP sont consommées pour le transfert des molécules du cytosol vers la mitochondrie…

28 LATP est la seule source dénergie directement utilisable pour la contraction musculaire. Or, les stocks dATP ne peuvent assurer quune contraction de 4 à 6 secondes. Il doit donc être régénéré. Comment lATP est-il régénéré durant lactivité musculaire ? Suite Module M3

29 Créatine-P Créatine Phosphorylation directe (couplée à la créatine phosphate) Cette voie de régénération de lATP permet de fournir lénergie nécessaire à un effort musculaire de 10 secondes environ. Créatine-phosphate: molécule à haute énergie emmagasinée dans les muscles. Réaction réversible lors dune production trop importante dATP ( stockage dénergie sous forme de créatine-P) Fermentation lactique (voie anaérobie) Cette voie sactive en présence ou en absence de O2 mais nutilise pas de O2 doù voie anaérobie. Durée de la réserve dénergie : 30 à 60 s. Problèmes: rendement faible (2ATP/molécule de glucose) et accumulation dacide lactique à lorigine de fatigue musculaire. Respiration cellulaire (voie aérobie) Lors dune activité physique légère et prolongée; permet de réaliser un exercice durant plusieurs heures. Rendement énergétique important (36 ATP /molécule de glucose) mais besoin de O2. Peut utiliser également acides gras et acides aminés comme source dATP au lieu dacide pyruvique. Déchets: H2O et CO2.

30 Systèmes énergétiques mis en jeu pendant les activités sportives… Énergie nécessaire pour exercices intenses mais brefs (haltérophilie, sprint, plongeon…) provient uniquement des réserves dATP et de la créatine phosphate. Exercices avec efforts intermittents (football, tennis, nage 100m…) alimentés presque exclusivement par voie anaérobie. Exercices dendurances (marathon, course à pied: voie aérobie). En réalité, voies aérobie et anaérobie intimement liées, voie anaérobie intervient surtout au début dun effort physique pendant que créatine-P sépuise et que voie aérobie se met en place. Mais voie anaérobie peut compléter voie aérobie si elle ne suffit plus (effort très intense et très long).

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32 Doc.1

33 1: 2: 3: Doc.2

34 4 : Doc.3

35 glucose 2 ATP 2ADP Fru-1,6bi-P 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 NADH,H+ 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 acides lactiques Doc.4

36 Doc.5

37 Doc.6

38 H+, H+, H+H+, H+, H+,H+,H+,H+… Doc.7

39 glucose 2 ATP 2AD P Fru-1,6bi-P 2 NAD+ 2 acides pyruviques 2 NADH,H+ 2: e-e- 2H+, +1/2 O2 H2O H+, H+, H+H+, H+, H+,H+,H+,H+… H+,H+ Bilan de la respiration cellulaire 1: 3: par phosphorylation oxydative au niveau de la chaîne de transporteurs délectrons mitochondriale Doc.8

40 Bilan de la respiration cellulaire (cytosol+mitochondrie) glucose 36ADP +36Pi 6O2 6CO2 36 ATP 6H2O Bilan simplifié de la fermentation lactique (cytosol) glucose 2 ADP+2Pi 2 acides lactiques 2 ATP Bilan de la glycolyse (cytosol) 2ADP 2 NAD+ 2 Pi glucose 2 acides pyruviques 2 ATP2 NADH,H+ Doc.9


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