Chapitre 2 - Respiration cellulaire/fermentation

Décrire la structure de la mitochondrie.

• contient de l'ADN (2 gènes codant pour ARNr 16S ➡ Alphaprotéobactéries)

• organite présent dans les cellules animales ET végétales

• responsable de:

- oxydation du pyruvate + cycle de Krebs

- phosphorylation oxydative

possède:

• deux membranes (int./ext.)

• espace intermembranaire

• crêtes

Énoncer l'équation générale de la respiration aérobie.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ➞ 6CO₂ + 6H₂O + énergie (ATP et chaleur)

Énumérer les étapes de la respiration cellulaire aérobie et identifier les lieux où elles s'effectuent.

1.1. Glycolyse

- dans le cytosol, production d'ATP

1.2. Oxydation du pyruvate

- dans la matrice mitochondriale

1.2. Cycle de Krebs

- dans la matrice mitochondriale, production d'ATP

1.3. Phosphorylation oxydative

- dans la mitochondrie, production d'ATP

Définir et différencier : oxydation, réduction, accepteur final d'électrons.

Xē + Y → X + Yē

• oxydation (être oxydé) = perte d'électrons

vs.

• réduction (être réduit) = gain d'électrons

• oxydant = accepteur d'électron (est réduit par la réaction) ➡ Y

vs.

• réducteur = donneur d'électrons (est oxydé par la réaction) ➡ Xē

ainsi:

• donneur initial d'électrons

= glucose (respiration)

• accepteur final d'électrons

= O2 (respiration)

Décrire les principales étapes de la glycolyse, en incluant : réactifs, produits et rendement énergétique.

• dans le cytosol

• étape de « scission »

du glucose

• ne nécessite pas d'O₂

2 phases:

1. investissement d'énergie

- transformation d'une molécule de glucose (C₆)

en deux molécules de phosphoglycéraldéhyde (C₃)

- nécessite deux « activations » des molécules

(2 phosphorylations)

= coûte deux ATP

2. libération d'énergie

- pour chacun des deux

phosphoglycéraldéhyde (C₃):

- oxydation (transfert d'électrons

au NAD+ à NADH + H+)

- phosphorylation

- transfert des groupements

phosphates à 2 ADP à 2 ATP

Réactifs : Glucose (C₆H₁₂O₆), NAD+, ADP

Produits : 2 pyruvates (C₃H₄O₃), 2 NADH, 2 ATP, 2 H₂O

Associer ATP et travail cellulaire.

ADP + Pi ⇄ ATP

→ = stockage

← = utilisation

le bris du lien entre le 2e et le 3e phosphate

(par hydrolyse) libère de l'énergie

• cette énergie est utilisable par la cellule

pour faire un travail

➡ transfert du groupement phosphate (phosphorylation)

d'une protéine ou d'un réactif + bris du lien entre le phosphate et la protéine/le réactif

(libération du phosphate à Pi)

• une protéine ou un réactif phosphorylé peut être utilisé pour produire de l'ATP

= phosphorylation au niveau du substrat

• 10 % de l'ATP produit lors de la respiration cellulaire aérobie

• seule façon de produire de l'ATP en anaérobie

Décrire la réduction du NAD+ et de la FAD et sa réaction inverse (l'oxydation du NADH + H+ et de la FADH2).

Réduction :

NAD+ +2e +H+→NADH+

FAD+2e−+2H+→FADH₂

Oxydation inverse:

NADH→NAD+ +2e +H+

FADH₂→FAD +2e +2H+

Décrire la formation de l'acétyl-CoA, en incluant : réactifs, produits et rendement énergétique.

2 C₃H₄O₃ (pyruvate) + 2 NAD+ + 2 CoA ➡︎ 2 C₂OH₃-CoA + 2 CO2

rendement: + 2 NADH

Décrire les principales étapes du cycle de Krebs, en incluant : réactifs, produits et rendement énergétique.

2 acétyl-CoA ⏐ 4 CO₂

+ 2 oxaloacétate ⏐ + 2 oxaloacétate

+ 6 NAD+ + H+ ⏐ + 6 NADH

+ 2 FAD → ⏐ + 2 FADH₂

+ 2 ADP ⏐+ 2 ATP

+ 2 H₂O ⏐

• 2 tours par molécule de glucose

• 2 pyruvates (C₃) et 2 acétyles (C₂)

par glucose (C₆)

• recyclage de l’acide oxaloacétique

• production d’ATP par phosphorylation

au niveau du substrat

Associer la chaîne de transport d'électrons à la phosphorylation oxydative.

• au niveau de la membrane interne de la mitochondrie

• accumulation des NADH et FADH₂

dans la matrice mitochondriale

• étape 1: oxydation des NADH et FADH₂

par O₂ (accepteur final d'électrons)

• chaîne de transport d'électrons

= protéines et molécules qui

se réduisent et s'oxydent

• protéines ➡ pompes à protons

(transport acIf primaire)

= créent gradient électrochimique (H+)

• NADH = 2 é = 10 H+

• FADH₂ = 2 é = 6 H+

Expliquer le rôle de la chimiosmose dans la synthèse de l'ATP.

Le reflux des H+ à travers la membrane alimente la synthèse de l'ATP.

• une protéine ou un réactif phosphorylé peut être utilisé pour produire de l'ATP

= phosphorylation au niveau du substrat

• un gradient de proton créé par des réactions

d'oxydoréduction peut être utilisé pour produire de l'ATP

= phosphorylation oxydative

• activation d'une ATP synthase

(canal à proton couplé à enzyme)

Distinguer la phosphorylation oxydative de la phosphorylation au niveau du substrat.

rendement de la phosphorylation oxydative (pour 1 glucose):

10 NADH + H+ + 2 FADH2 26 - 28 ATP

ainsi,

Phosphorylation oxydative : ATP produit grâce à la chaîne de transport d'électrons et la chimiosmose.

Phosphorylation au niveau du substrat : ATP produit directement lors de réactions enzymatiques (ex. : glycolyse, cycle de Krebs).

Décrire sommairement le catabolisme des molécules autres que le glucose.

Distinguer la respiration cellulaire anaérobie de la fermentation.

Respiration cellulaire anaérobie : • accepteur final d'électrons = pas O2

(autres molécules ou composés)

• implique aussi des chaînes de transport d'électrons

• moins énergétique

Fermentation : • En absence d'O2 et sans chaîne de transport d'électrons

• à partir de glucose transformé en pyruvate (glycolyse)

• principalement microorganismes unicellulaires

Distinguer la fermentation alcoolique de la fermentation lactique.

fermentation alcoolique:

• étape 1: 2 C3H4O3 (pyruvate) ➡︎ 2 CH3CHO (acétaldéhyde) + 2 CO2

• étape 2: 2 CH3CHO (acétaldéhyde) + 2 NADH = 2 CH3CH2OH (éthanol) + 2 (NAD+ + H+)

• la production d'énergie se produit à la glycolyse (2 ATP)

• la conversion du pyruvate en éthanol ne sert qu'à régénérer le NAD+ pour la glycolyse

fermentation lactique:

• étape 1: 2 C3H4O3 (pyruvate) + 2 NADH = 2 C3H6O3 (lactate) + 2 (NAD+ + H+)

• la production d'énergie se produit à la glycolyse (2 ATP)

• la conversion du pyruvate en lactate ne sert qu'à régénérer le NAD+ pour la glycolyse

• nécessaire à la production de fromage, yogourt, etc.

• durant un effort intense: manque d'O2 dans les muscles

➡ la fermentaIon lacIque permet de produire un peu d'énergie (crampes)

➡ le foie élimine l'acide lactique

EN BREF

Fermentation alcoolique : Pyruvate → Éthanol + CO₂

Fermentation lactique : Pyruvate → Lactate

Comparer les rendements énergétiques des respirations cellulaires (aérobie/anaérobie) et de la fermentation.

Respiration cellulaire aérobie: 30-32 ATP

Respiration cellulaire anaérobie: moins énergétique que respiration anaérobie

Fermentation: 2 ATP