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Terminale S – spécialité Energie et cellule vivante Chapitre 2 : Produire de l’

Terminale S – spécialité Energie et cellule vivante Chapitre 2 : Produire de l’ATP La fermentation alcoolique Les conditions de la fermentation alcoolique Les métabolismes utilisés pour produire de l’ATP (ECE levures respiration/ fermentation). EXAO avec sonde O2 et CO2 et éthanol (type ECE) Culture de levures oxygénée contenant du glucose Question 1 : proposition d’un protocole Il faut penser dans le protocole à - mesurer les quantités de O2/CO2/ éthanol dans une culture de levures - en présence de glucose - en comparant ce qui se passe en milieu aérobie et en milieu anaérobie. Question 2 : voir protocole Faire bien attention aux sondes, aux bulles. Penser à lancer l’agitation. Question 3 : voir courbe annexe 1 Il faut avoir pensé à bien modifier les échelles pour chaque paramètre pour repérer le mieux possible les variations. Mettre un repère au moment où l’on passe d’un milieu aérobie à un milieu anaérobie. Localiser sur le schéma les deux métabolismes (on n’attend pas le nom de fermentation mais par exemple autre métabolisme) mais celui de respiration est connu. Penser à titrer le graphique. Question 4 En présence d’oxygène (milieu aérobie ou aérobiose) et en présence de glucose, les levures consomment du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone. C’est la respiration. En absence d’oxygène (milieu anaérobie ou anaérobiose), et en présence de glucose, les levures produisent du dioxyde de carbone et un alcool, l’éthanol. C’est un autre métabolisme appelé la fermentation alcoolique. Les levures peuvent donc utiliser des métabolismes différents suivant les conditions de milieu. Les étapes de la fermentation alcoolique texte sur les étapes de la fermentation alcoolique schématiser les étapes de la fermentation alcoolique La première étape de la fermentation est l’oxydation du glucose en pyruvate. Cette étape a lieu dans le cytoplasme. C’est la glycolyse, commune avec la respiration. Cette réaction est associée à la production d’ATP et de composé réduits R’H2. (proches des composés RH2 utilisés dans la photosynthèse) suivant les réactions suivantes : C6H12O6 + 2 R’ → 2 CH3COCOOH + 2R’H2 2ADP + 2Pi → 2 ATP (à schématiser sous forme couplée) Le pyruvate va être partiellement dégradé dans le cytoplasme. La fermentation produit du CO2 et de l’éthanol. Bilan de la fermentation : C6H12O6  2 C2H5OH + 2 CO2. La formation d’éthanol permet de ré-oxyder les composés réduits lors de la glycolyse. Elle ne fournit pas d’ATP. Chapitre 2 – page 1 / 4 Terminale S – spécialité Energie et cellule vivante Schéma voir bilan Comparaison des rendements de la respiration et de la fermentation alcoolique Document sur les rendements comparés de la fermentation et de la respiration. Quantifier les différences de rendement énergétique des deux types de métabolisme utilisé par les levures. On attend une comparaison comprenant des indications chiffrées sur les rendements des cultures et sur les rendements énergétiques de chaque métabolisme ainsi qu’une explication à ces différences de rendements. Le support 1 montre - qu’en milieu aérobie, les levures en présence de glucose produisent peu d’éthanol (elles utilisent de façon privilégiée la respiration) mais se multiplient activement : le rendement de la culture est de 250mg/ g de glucose consommé. - Qu’en milieu anaérobie, les levures produisent beaucoup d’éthanol (elles utilisent la fermentation) mais ne se multiplient que très peu (rendement de la culture : 5.7mg de levures formés /g de glucose utilisé). La respiration est un mécanisme plus efficace pour produire l’énergie nécessaire à la multiplication cellulaire. (on peut se rappeler que la respiration permet de fabrique 36 ATP par molécule de glucose contre 2 pour la fermentation par molécule de glucose). Le support 2 permet de calculer le rendement énergétique de chacun des métabolismes : La respiration permet de former 40mmol d’ATP à partir de 1.1 mmol de glucose soit un rendement de : (40.10-3 X 31) / (1.1.10-3 X 2860) = 0.3941 soit 39,41% La fermentation permet de former 84 mmol d’ATP en utilisant 42 mmol de glucose soit un rendement de : (84.10-3 X 31) / (42.10-3 X 2860) = 0.0216 soit 2,16% La respiration a donc un rendement énergétique 18 fois plus élevé que la fermentation. Cela s’explique par le fait que dans la respiration toute l’énergie contenue dans le glucose est libérée (dégradation totale) alors que dans la fermentation, il reste de l’énergie dans l’éthanol, molécule organique déchet de la fermentation qui ne sera pas libérée. Il reste 1360 kJ par mole d’éthanol produite. Ainsi la respiration présente un meilleur rendement à tout point de vue. Chapitre 2 – page 2 / 4 Terminale S – spécialité Energie et cellule vivante Un autre type de fermentation : la fermentation lactique Exercice maison Pb sc : Quelles sont les voies métaboliques utilisées par les cellules musculaires et quel est l’effet de l’entraînement sur leur production d’ATP ? I- le muscle peut utiliser plusieurs voies métaboliques Doc 2 lecture - Le sang artériel est le sang qui alimente le muscle, le sang veineux est le sang qui quitte le muscle - La concentration en O2 est environ 4 fois plus faible dans le sang veineux que dans le sang artériel - La concentration en CO2 est de 20 % plus élevée dans le sang veineux que dans le sang artériel. - La concentration en glucose est 2 fois plus élevée dans le dans le sang artériel que dans le sang veineux. interprétation Les cellules musculaires prélèvent de l’O2 et du glucose et rejettent du CO2 lors d’un exercice. Ces échanges sont spécifiques de la respiration. Conclusion 1 : Au cours d‘un exercice musculaire les cellules musculaires respirent. lecture Le sang veineux contient davantage d’acide lactique que le sang artériel. Cette molécule provient de la fermentation lactique. Nous avons vu qu’il y a consommation de glucose par le muscle. Interprétation Les cellules musculaires produisent de l’acide lactique lors d’un exercice musculaire. Conclusion 2 : Au cours d’un exercice musculaire les cellules musculaires fermentent II- Les effets de l’entraînement Doc 1 lecture : On observe de nombreuses mitochondries à proximité des myofibrilles. interprétation Or les mitochondries sont le siège des phénomènes respiratoires (postérieurs à la glycolyse.) Les myofibrilles contiennent les protéines actine et myosine dont le glissement les unes par rapport lors du raccourcissement du sarcomère nécessite l’hydrolyse d’ATP, réaction libératrice d’énergie. Conclusion 3 : L’ATP produit par respiration est utilisé par les protéines contractiles. Lecture Chez un individu non entraîné, volume des mitochondries= 5% du vol cytoplasmique alors que chez un individu entraîné ce volume est de 11%. L’activité des enzymes mitochondriales est plus élevée chez l’individu entraîné. Interprétation : davantage d’ATP peut ainsi être produit par unité de temps grâce à la respiration Conclusion 4 : L’entraînement a pour conséquence un recrutement plus intense de la respiration. Doc 3 Lecture : Chez les individus entraînés, il y a une faible production d’acide lactique (2 fois moins) et une plus grande consommation d’02 (environ 2 fois plus) Interprétation : La respiration est davantage sollicitée après entraînement tandis que la fermentation l’est moins. Conclusion : L’entraînement favorise la respiration au détriment de la fermentation. Conclusion Deux voies métabolites sont utilisées pour le renouvellement de l’ATP permettant la contraction musculaire par les myofibrilles : le métabolisme respiratoire possible par la présence de mitochondries dotées d’enzymes mitochondriales et le métabolisme fermentaire, qui se traduit par un déchet organique : l’acide lactique. L’entraînement conduit à développer le métabolisme respiratoire (augmentation du nombre de mitochondries + de leur activité enzymatique) au détriment du métabolisme fermentaire (diminution de la production d’acide lactique) et contribue ainsi à produire massivement de. l’ATP. Chapitre 2 – page 3 / 4 Terminale S – spécialité Energie et cellule vivante La fermentation alcoolique correspond à une oxydation incomplète du glucose en conditions anaérobies. Toutes les étapes de la fermentation se déroulent dans le cytoplasme.  La première étape, comme pour la respiration, est la glycolyse qui produit, à partir d’une molécule de glucose, deux molécules de pyruvate. Cette oxydation s’accompagne de la formation de 2 composés réduits (R’H2) et de 2 molécules d’ATP.  La seconde étape consiste en la transformation des molécules de pyruvate. Ces transformations permettent la formation de CO2 et d’éthanol (déchet métabolique organique). Elle ne forme pas d’ATP mais permet de régénérer les composés oxydés (R’) nécessaires à la glycolyse. Le bilan de cette fermentation est : C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2.  Il existe d’autres types de fermentation comme la fermentation lactique qui est utilisée par les cellules musculaires. Dans cette fermentation aussi la glycolyse permet de former deux molécules de pyruvate et deux molécules d’ATP grâce à la réduction de composés oxydés (R’). Les molécules de pyruvate sont dégradées en acide lactique. Cette réaction ne forme pas d’ATP mais permet de régénérer les composés oxydés nécessaires à la glycolyse. (voir exercice maison) Le rendement énergétique de la fermentation est très faible par rapport à celui de la respiration mais il permet la survie des cellules qui l’utilisent dans un milieu sans oxygène. Chapitre 2 – page 4 / 4 uploads/Geographie/ fermentation.pdf