La contraction musculaire nécessite l’utilisation et l’hydrolyse de molécules d’ATP en ADP.
L’hydrolyse de l’ATP consiste à couper un groupement phosphate à la molécule grâce à une enzyme, l’ATPase, ce qui libère une grande quantité d’énergie(réaction exergonique).
Pour régénérer l’ATP, une autre enzyme, l’ATPsynthase, rajoute un groupement phosphate à une molécule d’ADP ce qui consomme de l’énergie (réaction endergonique).
Comme ces molécules ne sont pas stockées, les cellules musculaires doivent produire de l’ATP en permanence afin de permettre leur fonctionnement. La voie principale est la respiration.
Problème : Comment la respiration permet-elle la régénération d’ATP? Où a-t-elle lieu ? Comment se déroule-t-elle ?
Objectifs :
- Mettre en relation des informations issues de documents afin de comprendre les différentes étapes de la respiration.
- Réaliser un tableau bilan et un schéma bilan.
Activité facultative : Visualisation des molécules d’ATP et d’ADP (Libmol) : https://libmol.org/?libmol=46
Observer les différentes molécules constituant l’ATP et l’ADP : les comparer entre-elles et avec une molécule de ribose et d’adénine (à chercher dans la librairie de molécules du logiciel)
Aide : ouvrir plusieurs onglets avec les différentes molécules pour pouvoir les comparer.
Faire un schéma légendé de la molécule d’ATP.
I- La localisation de la respiration
Document 1 : L’observation au microscope électronique de levures ayant séjournées dans des conditions anaérobies A et aérobies B.
Document 2 : Electronographie d’une cellule musculaire
1- Comparer l’ultrastructure de ces 2 levures dans les différentes conditions Comparer avec la cellule musculaire. Qu’en déduisez-vous ?
2- Colorier les mitochondries dans la cellule musculaire et légender les autres structures visibles.
II- Les trois grandes étapes de la respiration cellulaire
A- La glycolyse
On réalise une expérience dont les étapes sont les suivantes : Au temps t0, une suspension de mitochondries (isolées à partir de cellules de foie) est placée dans l’enceinte riche en O2 d’un bioréacteur. On ajoute du glucose à la suspension au temps t1 et de l’acide pyruvique au temps t2. On suit l’évolution de la concentration d’O2. Les résultats sont traduits par le graphique suivant :
1- À partir du graphique, décrire l’évolution de la concentration d’O2, puis déduire la nature du métabolite énergétique utilisé par les mitochondries.
2- A l’aide du document 3 (ref à l’expérience avec les navets faîte en TP), indiquer l’origine cellulaire du composé utilisé par les mitochondries. (Comment est-il obtenu ? A quoi correspond NAD+ ?)
B- Devenir du pyruvate dans la mitochondrie
Document 4 : La structure mitochondriale
Vidéo MOOC sur La mitochondrie (5 min): https ://www.youtube.com/watch ?v=bawhD8YSuo4
• Membrane externe : bicouche lipidique de composition proche de la membrane plasmique (50-60%protéines, 50-40% lipides). Elle contient une protéine transmembranaire, la porine, qui permet le passage des ions et des métabolites hydrosolubles
• Espace intermembranaire : contient beaucoup de protons (H+) et des enzymes.
• Membrane interne : bicouche lipidique différente de la mb externe (80%
protéines, 20% lipides). Elle forme des replis complexes dans la matrice : ce sont
les crêtes. Elle contient les protéines enzymatiques de la chaine respiratoire et de la synthèse d’ATP.
• Matrice : a son propre génome : ADN mt, plus des composants nécessaires pour la transcription et traduction (ARNt, ARNm, mitoribosomes), et de nombreux
complexes enzymatiques (cycle de Krebs…).
Document 5 : Expériences
Afin de localiser l’utilisation du pyruvate, on réalise des expériences en utilisant séparément les différentes parties des mitochondries.
Ces structures sont placées en présence de pyruvate et/ou en présence de dioxygène.
| Structure mitochondriale | Matrice isolée | Membrane interne isolée | Membrane externe isolée |
| Ajout de pyruvate | Dégagement de CO2 | Pas de dégagement de CO2 | Pas de dégagement de CO2 |
| Ajout de pyruvate et de dioxygène | Dégagement de CO2 | Pas de dégagement de CO2 | Pas de dégagement de CO2 |
Document 6 : Le cycle de Krebs
Krebs (prix Nobel en 1953) a montré que le pyruvate (acide pyruvique) issu de la glycolyse est oxydé totalement dans les mitochondries. Les réactions cycliques sont catalysées par des enzymes.
1- Légendez la mitochondrie 1 à 4
2- Grâce à l’analyse des documents 5 et 6, localiser l’utilisation du pyruvate dans la mitochondrie et expliquer l’utilité du NAD+ et l’origine du dioxyde de carbone.
2- Combien de CO2 et NADH+H+ sont produits ? Ces réactions font-elles intervenir le O2 ?
- La chaine respiratoire
Document 7 : Expérience sur des particules submitochondriales
Des particules submitochondriales, petits sacs de 100 nm de diamètre, sont obtenues à partir de fragments retournés de membrane interne de mitochondries.
Cette membrane est recouverte de structures arrondies nommées sphères pédonculées qui ne sont plus en contact avec la matrice (=milieu intra-mitochondrial) mais avec un milieu expérimental contenant de l’O2, des composés réduits R’H2, de l’ADP et du Pi (phosphate inorganique).
Remarque : en l’absence de composés réduits NADH2, il n’y a pas de synthèse d’ATP.
Document 8 : La chaîne respiratoire, une suite d’oxydoréduction : https://rnbio.upmc.fr/sites/default/files/animations/biochimie/chaine_respiratoire/chaine_respiratoire.html
Question :
Grâce à l’analyse du document 7 et 8, expliquer le rôle des sphères pédonculées puis montrer en quoi les différentes réactions ayant lieu au niveau de la membrane interne sont complémentaires
Bilan : Recopier et compléter le tableau ci-dessous puis construire un schéma bilan de la respiration.
| Nom | Localisation | Substrats utilisés | Produits formés | Nbre d’ATP formé | |
| Première étape | |||||
| Deuxième étape | |||||
| Troisième étape |