L’organisme a des besoins pour fonctionner :

1. L’organisme a des besoins pour fonctionner : Cf photosynthèse: acquisition de l’énergie et investissement dans la matière Solaire Besoins d’énergie Contenue dans les aliments Cette énergie est donc stockée dans des molécules organiques (glucides, lipides, protides) Comment l’organisme récupère-t-il l’énergie stockée dans les 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. LA GLYCOLYSE (1ère étape commune à la respiration et à la fermentation)

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

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

6. glucose 2 ATP 2ADP Fru-1,6bi-P 2 NAD+ 2 NADH,H+ 2 acides pyruviques 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 d’ATP

7. glucose 2 acides pyruviques 2 NAD+ 2 NADH,H+ 2 ATP 2Pi 2ADP Bilan de la glycolyse Comment les NADH,H+ sont-ils réoxydés ? Que devient l’acide pyruvique ?

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

9. LA FERMENTATION

10. 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 l’éthanol. Cette réaction est utilisée par l’industrie agroalimentaire à des fins de production (bière par exemple). Les cellules musculaires humaines utilisent la fermentation lactique lorsque l’oxygène est rare (au tout début d’un effort physique intense). La fermentation correspond à une dégradation partielle du substrat (glucose) en absence de dioxygène. Elle se déroule entièrement dans le cytosol. L’acide 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.

11. 2 NAD+ 2 NADH,H+ 2 acides pyruviques 2 acides lactiques 4 : réduction de l’acide pyruvique par le NADH,H+ (NAD+) et formation d’acide lactique.

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

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

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

15. Cytoplasme (cytosol+éléments en suspension) Membrane plasmique 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)

16. LA RESPIRATION CELLULAIRE

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. acide pyruvique Cycle de Krebs (simplifié) CoA Acétyl-co-A CoA citrate oxaloacétate CoA CG malate FADH2 FAD Succinyl-coA Succinate CoA Fixation d’un coenzyme coA, décarboxylation (libération d’un CO2), et réduction du NAD+ en NADH,H+formation d’acétyl-coA Fixation de l’acétyl-co-A sur le substrat (oxaloacétate) et libération du coenzyme A formation de citrate décarboxylation Réduction du NAD+ en NADH,H+,fixation du coA et réorganisation de la molécule carbonée en succinyl-coA Synthèse d’ATP et libération du coA formation de succinate Réduction du NAD+ en NADH,H+ et réorganisation de la molécule carbonée en -cétoglutarate Réduction du FAD en FADH2 et formation de malate Réduction du NAD+ en NADH,H+et régénération de l’oxaloacétate (substrat du cycle) décarboxylation

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

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

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

23. glucose 2: Cycle de Krebs Bilan de la respiration cellulaire 2 ATP Fru-1,6bi-P 2ADP H+, H+, H+H+, H+, H+,H+,H+,H+… 2 acides pyruviques e- 2 NAD+ H2O 2H+, +1/2 O2 2 NADH,H+ H+,H+ 1: glycolyse 3: Synthèse d’ATP par phosphorylation oxydativeau niveau de la chaîne de transporteurs d’électrons mitochondriale

24. glucose 6CO2 6O2 6H2O 36 ATP 36ADP +36Pi Bilan de la respiration cellulaire Les accepteurs d’électrons ont été ré oxydés lors de la 3ème phase… la respiration est un catabolisme hautement énergétique : la dégradation totale d’une molécule de glucose permet la synthèse de 36 ATP.

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

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

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

28. L’ATP est la seule source d’énergie directement utilisable pour la contraction musculaire. Or, les stocks d’ATP ne peuvent assurer qu’une contraction de 4 à 6 secondes. Il doit donc être régénéré . Comment l’ATP est-il régénéré durant l’activité musculaire ? Suite Module M3

29. Phosphorylation directe (couplée à la créatine phosphate) Créatine-P Créatine Cette voie de régénération de l’ATP permet de fournir l’énergie nécessaire à un effort musculaire de 10 secondes environ . Créatine-phosphate: molécule à haute énergie emmagasinée dans les muscles. Réaction réversible lors d’une production trop importante d’ATP ( stockage d’énergie sous forme de créatine-P) Cette voie s’active en présence ou en absence de O2 mais n’utilise pas de O2 d’où voie anaérobie. Durée de la réserve d’énergie : 30 à 60 s. Problèmes: rendement faible (2ATP/molécule de glucose) et accumulation d’acide lactique à l’origine de fatigue musculaire. Fermentation lactique (voie anaérobie) Lors d’une 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 d’ATP au lieu d’acide pyruvique. Déchets: H2O et CO2. Respiration cellulaire (voie aérobie)

30. Systèmes énergétiques mis en jeu pendant les activités sportives… Énergie nécessaire pour exercices intenses mais brefs (haltérophilie, sprint, plongeon…) provient uniquement des réserves d’ATP et de la créatine phosphate. Exercices avec efforts intermittents (football, tennis, nage 100m…) alimentés presque exclusivement par voie anaérobie. Exercices d’endurances (marathon, course à pied: voie aérobie). En réalité, voies aérobie et anaérobie intimement liées, voie anaérobie intervient surtout au début d’un effort physique pendant que créatine-P s’épuise 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).

31. AU TRAVAIL !!!!

32. Doc.1

33. Doc.2 1: 2: 3:

34. Doc.3 4 :

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

36. Doc.5

37. Doc.6

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

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

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