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Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 1 Chap

Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 1 Chapitre 1 : Libération de l’énergie potentielle des nutriments organiques au niveau cellulaire Introduction : Les cellules animales et végétales ont besoin ………………… nécessaire aux diverses fonctions biologiques : Le travail mécanique, le transport actif et les synthèses cellulaires (synthèse des molécules organiques). Cette énergie est libérée à travers …………………des substances organiques, notamment les lipides et les glucides. Le glucose est l'exemple type.  ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………  ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… I. Mise en évidence des types de réactions responsables de la libération l’énergie potentielle des nutriments organiques : 1. Mise en évidence de la respiration cellulaire : a. Etude expérimentale : Doc.1 : Matériel de l’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO). La matériel ExAO permet de mesurer en temps réel les variations de divers paramètres. Il comprend un ordinateur associe a une interface et différents capteurs, ces derniers mesurent les variations d’un paramètre et produisent un signal électrique qui sera convertit en signal numérique puis transmit a l’ordinateur. Un logiciel adéquat permet de traiter les mesures réalisées, notamment sous forme de graphique. Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 2  Décrivez l’évolution du dioxygène et du dioxyde de carbone en fonction du temps et déduisez les manifestations de la respiration chez les levures. b. Analyse et conclusion :  Avant d’ajouter le glucose, ……………………………………………………. mais après l’ajout du glucose, cette quantité ……..………… dans le milieu de culture.  On peut conclure, d’après ces résultats, que les cellules de levures …………………....................... ………………………: c’est ………………………………………………………………………... 2. Mise en évidence de la fermentation lactique : a. Etude expérimentale : b. Conclusion : 3. En absence du ………………, et après 2 jours du début de la manipulation, on observe ………………………………et donc ……………………………………du lait. On peut conclure que le glucose issu du lactose est ……..…………………………………..: c’est …………………………………………………………………………………………………. 4. Mise en évidence de la fermentation alcoolique : a. Etude expérimentale : Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 3 5. Conclusion générale : Les cellules utilisent …………………comme …………………………………..pour extraire l’énergie nécessaire à leurs activités. Elles peuvent le dégrader de 2 façons :  La respiration cellulaire : est une …………………………du glucose, en présence du ………………, permettant une libération de toute l’énergie contenue dans ce métabolite (car les déchets sont le CO2 et H2O, des déchets minéraux sans énergie).  Le bilan des transformations chimiques de la respiration cellulaires s‘écrit :  La fermentation : en ………………………………………., certains êtres vivants (par exemple les levures) sont capables d’oxyder le glucose d’une …………………………..en produisant de …………………., c’est la …………………………………….., dont l’équation globale s’écrit ainsi :  D’autres cellules réalisent d’autres types de fermentations en produisant ……………………….., c’est la ……………………………..dont l’équation globale s’écrit ainsi :  La fermentation permet la libération ……………………… de l’énergie chimique du métabolite, car les déchets sont l’éthanol et le CO2 ou l’acide lactique qui sont ………………………………….. donc contiennent de ……………………….. II. La glycolyse : étape commune entre respiration et fermentation : 1. Les levures en milieu aérobie et en milieu anaérobie :  Observations et expériences : , Observation au microscope de levures ayant séjourné dans des conditions aérobies (Fig 1) et de levures ayant séjourné dans des conditions anaérobies ( Fig 2). - Comparez les ultrastructures des levures dans les deux milieux. Proposez une hypothèse pour expliquer les différences constatées au niveau des mitochondries. Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 4  Fig 1 : On observe que dans le milieu aérobie (c’est-à-dire en ……………………), il existe ………………………. chez les cellules de levure, appelé ……………………, donc ………………………….nécessite la présence des ces organites pour ………………………………..  Fig 2 : On observe que dans le milieu anaérobie (c’est-à-dire ………………………..), les Mitochondries ……………………., donc ……………………….ne nécessite pas la présence des ces organites pour …………………………………………………………………………………….... 2. Les étapes de la glycolyse : Le glucose se dégrade au niveau du cytosol (hyaloplasme) à travers une série de réactions biochimiques catalysées par des enzymes spécifiques. L'ensemble de ces réactions biochimiques s'appelle : Glycolyse. Il s'agit de réactions anaérobiques. Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 5  Les étapes essentielles de la glycolyse : 1- Transformation du glucose en ……………………………(C6P) après la fixation d’un …………………………………… provenant d’une molécule ………………. 2- Scission du fructose bis-phosphate en 2 molécules de ……………… ……………………….(C3P), ces 2 dernières seront oxydées par ……………… …………………..(accepteur d’électron) qui sera réduite suivant la réaction suivante : - Phosphorylation des 2 molécules C3P pour donner 2 molécules de …………………….. ( C3P2). 3- Phosphorylation des molécules ……………………………….et transformation du biphosphoglycerate en 2 molécules …………………………………………………………………….  Bilan de la glycolyse : III. Le devenir de l’acide pyruvique : 1. Rôle des mitochondries dans la respiration cellulaire : a. Etude expérimentale : 1. …………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………..... 2. …………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………. 3. ………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………. 1. Analysez la courbe. 2. La variation de la quantité d’O2 dans le milieu est due à quoi ? 3. Nommez le phénomène physiologique mis en évidence dans cette expérience et précisez ou est ce qu’il se déroule. Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 6 b. Conclusion : - Les réactions de respiration faisant suite à la glycolyse se déroulent donc dans ……………….……(en présence ……….), puisque cette dernière utilise …………………………….comme substrat. 2. Structure et composition chimique des mitochondries : Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 7 - La mitochondrie est un organite cellulaire, limitée par ……………………….formée de 2 membranes : ……………………………………………….. Ces membranes sont très différentes dans leurs ……………………………………………., et elles délimitent 3 milieux : ………… ……………………………………………………………………………………………………… - D’après le tableau on observe une multitude de …………………………….au niveau de la membrane interne, ce qui montre qu’ils joueront différents rôles dans …………………………… IV. Les oxydations respiratoires: Oxydation du pyruvate au niveau de la matrice Mitochondriale : Les 2 pyruvates obtenus par glycolyse, poursuivent leur catabolisme selon la nature du milieu : en présence d’O2, l’acide pyruvique pénètre dans la matrice mitochondriale ou il subit une dégradation totale grâce au cycle de Krebs. 1. Cycle de Krebs : Le cycle de Krebs a été découvert par le biologiste Hans Adolf Krebs en 1937. C’est est une série de réactions biochimiques dont la finalité est de produire des intermédiaires énergétiques qui serviront à la production d'ATP dans la chaîne respiratoire. Il s'agit d'un cycle car le dernier métabolite, l'acide oxaloacétique, est aussi impliqué dans la première réaction. L'énergie dégagée par ces réactions génère de l'ATP, des électrons, qui servent à réduire du NAD+ en NADH,H+ et du FAD+ en FADH2. Ces transporteurs d’électrons seront réoxydés par la chaîne respiratoire pour former de l'ATP. Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 8 L'acide pyruvique subit une oxydation et une ………………………………au niveau de la matrice mitochondriale. Le CO2 est le principal produit de cette dégradation, qui ne consomme pas d'oxygène et qui libère une importante quantité d'énergie. Cette énergie est emmagasinée par ………………………………. L’oxydation de l'acide pyruvique s'effectue selon une série cyclique de réactions biochimiques : 1. La première étape : ………………….., …………………… et conversion du ………………. en ………………………….suivant la réaction : 2. La deuxième étape : les réactions du cycle de Krebs : - L’acétylcoenzyme A ( C2) entre dans le cycle et se fixe sur …………………. (C4) pour former du ……………………. ( C6) , puis le groupement ……………………..se libère. - Le citrate subit une série de réactions : ………………………………………………………grâce a des enzymes spécifiques, pour régénérer à la fin ……………………… (C4) de nouveau et le cycle de Krebs va reprendre le tour. - Les déshydrogénations permettent ………………………….….les transporteurs d’hydrogènes NAD+ et FAD+ selon les réactions :  La réaction globale de la dégradation d’une molécule de pyruvate dans la matrice mitochondriale : 2. Conclusion : - Le cycle de Krebs ne produit qu’une ……………………………….., l’énergie chimique potentielle est produite sous formes de molécules ……………… ……….(…………………….).  Comment produire de l’ATP a partir de ces molécules ? et ou est ce qu’il y aura intervention de l’O2 ? Consommation de la matière organique et flux d’énergie Pr. Asmaa ROUILLI 9 V. Phosphorylation oxydative et réduction d’oxygène : 1. La chaine respiratoire : - La chaine respiratoire correspond à une association de complexes protéiques présents au sein de la membrane interne de la mitochondrie et responsable du transfert d’électrons, provenant du NADH+H+ et du FADH2, vers le couple H2O/O2. - Ce processus lie a l’oxydation du NADH+H+ et du FADH2, tout deux produits lors de la glycolyse et du cycle de Krebs, est accompagne d’un flux de protons H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire.  A partir des documents précédents, expliquez comment se déroulent les réactions d’oxydoréduction au niveau de la membrane interne et précisez le devenir des électrons des transporteurs NADH+H+ et FADH2.  Réponse : Les réducteurs résultant de la dégradation du glucose (………………………..)………………… au niveau de la ……………………………………de la mitochondrie selon les réactions suivantes : La direction du flux d’électrons le long de la chaine respiratoire est déterminée par la faculté des composants à perdre ou à gagner des électrons. 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