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BIOF. Science PC / SVT U1 /CONSOMMATION DE LA MATIERE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERG

BIOF. Science PC / SVT U1 /CONSOMMATION DE LA MATIERE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE Prof. Monssif el Kaoune Chap1: Libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique. 1 UNITÉ 1CONSOMMATION DE LA MATIERE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE CONSOMMATION DE LA MATIERE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE Table de matière I. Mise en évidence des voies métaboliques responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule. ........................................................................................................................................ 2 A. Rappels. ................................................................................................................................................................... 2 B. Analyse de quelques données expérimentales ......................................................................................................... 3 C. Conclusion ............................................................................................................................................................... 5 II. Étude de la glycolyse ................................................................................................................................................... 5 A. Quelques données sur les couples NAD+/NADH, H+ et FAD+/FADH2 (doc.4) ...................................................... 6 B. Les étapes de la glycolyse (doc.5) ........................................................................................................................... 6 C. Bilan de la glycolyse ................................................................................................................................................ 6 III. Étude de la respiration cellulaire ............................................................................................................................. 7 A. Mise en évidence du rôle et de la structure de la mitochondrie ............................................................................... 7 1. Mise en évidence du rôle de la mitochondrie ................................................................................................................. 7 2. Ultrastructure de la mitochondrie (doc.7) ................................................................................................................. 8 B. Les oxydations respiratoires .................................................................................................................................. 10 1. Quel est le devenir de l’acide pyruvique ? ................................................................................................................... 10 1.1. Mise en évidence de la dégradation complète de l’acide pyruvique dans la matrice ................................................... 10 1.2. Les étapes de la dégradation de l’acide pyruvique dans la matrice (doc.9) ............................................................... 11 1.2.1. Formation de l’Acétyl-coenzyme A.................................................................................................... 11 1.2.2. Cycle de Krebs .................................................................................................................................... 11 1.2.3. Bilan de la décomposition de l’acide pyruvique dans la matrice ........................................................ 11 2. La chaine respiratoire : réduction d’O2 et phosphorylation oxydative ............................................................................ 12 2.1. Mise en évidence du rôle de la chaine respiratoire ............................................................................................... 12 2.2. Mise en évidence du rôle des sphères pédonculées ................................................................................................ 13 2.3. Conclusion : mécanisme de la réduction d’O2 et la phosphorylation oxydative (doc.12) .......................................... 15 C. Le bilan énergétique de la respiration cellulaire .................................................................................................... 16 D. Conclusion sur la respiration cellulaire.................................................................................................................. 16 IV. La fermentation. ..................................................................................................................................................... 17 A. Étude de quelques exemples. ................................................................................................................................. 17 1. La fermentation alcoolique. ..................................................................................................................................... 17 1.1. Mise en évidence de la fermentation alcoolique. .................................................................................................. 17 1.2. Les étapes de la fermentation alcoolique (doc.14) ............................................................................................. 17 1.3. Quelques caractéristiques de la fermentation alcoolique ....................................................................................... 17 2. La fermentation lactique ........................................................................................................................................ 17 2.1. Mise en évidence de la fermentation lactique ..................................................................................................... 17 2.2. Les étapes de la fermentation lactique. (doc.16) ............................................................................................... 18 2.3. Quelques caractéristiques de la fermentation alcoolique ....................................................................................... 18 B. Définition de la fermentation ................................................................................................................................. 19 V. Le rendement énergétique de la respiration et de la fermentation ............................................................................. 19 BIOF. Science PC / SVT U1 /CONSOMMATION DE LA MATIERE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE Prof. Monssif el Kaoune Chap1: Libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique. 2 Introduction  Toutes les cellules vivantes ont besoin d’énergie pour assurer leurs activités. Les nutriments organiques ou métabolites sont des molécules qui représentent un stock d’énergie chimique potentielle et leur dégradation plus ou moins complète par la cellule libère l’énergie nécessaire à la synthèse d’ATP.  Quelles sont les modalités de conversion de l’énergie potentielle contenue dans les métabolites en énergie utilisables par les cellules ?  Quelles sont les structures cellulaires impliquées dans les mécanismes qui assurent la conversion de cette énergie ? I. Mise en évidence des voies métaboliques responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule. A. Rappels.  Rappels sur la cellule. (doc 1) Document 1:  Tous les organismes sont composés de cellules, en effet la cellule est l’unité structurale fondamentale de tous les êtres vivants. Une cellule est constituée d’un cytoplasme limité par une membrane appelée membrane cytoplasmique. Dans le cytoplasme on trouve généralement un noyau et d’autres constituants de la cellule appelés organites cellulaires (comme la mitochondrie, le réticulum, l’appareil de Golgi…).  La figure suivante représente la structure d’une cellule végétale et celle d’une cellule animale. 1 : mitochondrie 2 : paroi cellulosique 3 : vacuole 4 : réticulum endoplasmique 5 : membrane cytoplasmique 6 : chloroplaste 7 : appareil de Golgi 8 : noyau 9 : ribosomes 10 : cytoplasme  Bilan analytique. Les cellules animales et végétales réalisent des fonctions et des activités qui nécessitent une dépense d’énergie (activité mécanique, transport actif, synthèses cellulaires…). Pour obtenir cette énergie, les cellules consomment des substances organiques (comme les glucides), elles réalisent des réactions qui permettent la libération de l’énergie chimique emmagasinée dans les substances consommées, puis la conversion de cette énergie libérée en ATP qui constitue la forme énergétique utilisable par les cellules.  Rappels sur l’ATP. (doc 2) Chapitre 1Les réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule (12h) Les réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule(12h) BIOF. Science PC / SVT U1 /CONSOMMATION DE LA MATIERE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE Prof. Monssif el Kaoune Chap1: Libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique. 3 Document 2:  L’ATP (Adénosine triphosphate) est une molécule universelle riche en énergie (elle a été mise en évidence dans toutes les cellules animales, végétales et bactériennes).  L’ATP est formée d’une molécule d’adénosine liée à trois groupements phosphates (figure 1). La molécule d’adénosine est composée d’un pentose (le ribose) et d’une base organique azotée (l’adénine).  Deux réactions chimiques réversibles caractérisent l’ATP (figure 2):  La synthèse de l’ATP par phosphorylation de l’ADP (Adénosine diphosphate). Il s’agit d’une réaction catalysée par l’enzyme ATPsynthase, et qui nécessite un apport important d’énergie qui sera stockée dans la molécule d’ATP.  L’hydrolyse de l’ATP : cette réaction catalysée par l’enzyme ATPase libère l’énergie chimique stockée dans la molécule d’ATP. L’énergie libérée devient disponible pour les réactions consommatrices d’énergie.  Quelques questions  Quelles sont les réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans les substances organiques ?  Comment se fait la conversion de l’énergie libérée en ATP ?  Comment l’énergie de l’ATP est utilisée dans les activités cellulaires qui nécessitent une dépense énergétique ? B. Analyse de quelques données expérimentales  Exercice (doc. 3)  Éléments de correction 1.  Avant l’injection de glucose, la concentration en O2 reste presque constante dans la valeur 210 µmol/l et celle du CO2 dans la valeur 50 µmol/l.  Après l’injection de glucose, la concentration en O2 diminue jusqu’à la valeur de 75 µmol/l, alors que celle du CO2 augmente et atteint la valeur 210 µmol/l. Constatation : en présence de glucose, les cellules de la levure consomment O2 et rejettent CO2. 2.  La diminution de la quantité du glucose est due à une consommation de ce sucre par les cellules de la levure.  L’augmentation de la température du milieu s’explique par une libération d’énergie sous forme de chaleur.  L’augmentation de la masse de la levure est due à une multiplication des cellules de cette levure. Ces cellules ont pu obtenir l’énergie nécessaire à leur développement.  Les cellules de la levure ont libéré de l’eau, c’est ce qui explique qu’à la fin de l’expérience, il y a plus d’eau produite que d’eau consommée. BIOF. Science PC / SVT U1 /CONSOMMATION DE LA MATIERE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE Prof. Monssif el Kaoune Chap1: Libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique. 4 Document 3:  Pour mettre en évidence les voies métaboliques qui permettent aux cellules d’avoir l’énergie nécessaire aux différentes activités cellulaires, on propose l’étude des résultats de quelques expériences :  Première expérience: La levure de bière est un champignon formé d'une seule cellule ovoïde, elle s'observe facilement au microscope (figure 1). On réalise une manipulation dont les étapes sont les suivantes :  On place des levures dans un milieu de culture aéré (oxygéné) mais dépourvue de nutriments pendant deux jours, le but est que les cellules consomment tous les réserves cytoplasmiques.  Le milieu de culture (qui contient des cellules de en levures suspension) est placé dans un montage EXAO qui permet la mesure des concentrations d’O2 et de CO2 dans le milieu de culture (figure 2).  Au temps t, on injecte dans le milieu de culture une solution de glucose à 50 g/l  La figure 3 montre le graphique qui apparait sur l’écran de l’ordinateur lié au montage EXAO. 1. À partir des données du graphique de la figure 3, décrivez la variation des concentrations de l’O2 et du CO2.  D’autres mesures ont montré qu’à la fin de cette première expérience : la quantité du glucose a diminué; la température du milieu de culture a augmenté; la masse de la levure a considérablement augmenté et il y a plus d’eau produite que d’eau consommée. 2. Interprétez ces résultats. 3. À partir des données précédentes, déterminez la voie métabolique utilisée par les cellules de la levure de bière pour obtenir l’énergie nécessaire à leur développement dans cette première expérience.  Deuxième expérience: On place une suspension de cellules de levure de bière dans un récipient hermétique avec du glucose et très peu d’O2. Un montage EXAO permet de mesurer les différents produits présents dans le récipient. Les résultats de cette deuxième expérience sont présentés uploads/Geographie/ liberation-de-l-energie-emmagasinee-dans-la-matiere-organique-cours-1-1.pdf