Term spé SVT. Test 45. Origine de l'ATP : Glycolyse et voie aérobie

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23 questions

START

By ProfSVT71

Question 1

Question 2

Question 3

Question 4

Question 5

Question 6

Question 7

Question 8

Question 9

Question 10

Question 12

Question 11

Question 13

Question 14

Question 15

Question 16

Question 17

Question 18

Question 20

Sommaire

Question 19

Question 21

Question 22

Question 23

sommaire

QUESTION 1

Qu'est-ce que l'ATP ?

Réponse

L’ATP ou adénosine triphosphate est composée d’une base azotée (l’adénine), d’un sucre à 5 carbones (ribose) et de trois groupements phosphate (H3PO4). C'est la molécule utilisée comme carburant par nos cellules pour toutes les réactions chimiques qui nécessitent de l'énergie.

Molécule d’ATP

Adenosintriphosphat_protoniert.svg par NEUROtiker propre travail, via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenosintriphosphat_protoniert.svg

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QUESTION 2

Réponse

Pourquoi une consommation d'ATP nécessite-t-elle une production équivalente d'ATP ?

Il n'existe aucun stock réel d'ATP dans l'organisme, c'est pourquoi la moindre consommation d'ATP doit être compensée par une production équivalente, de façon à ce que sa concentration soit la plus stable possible.

ADP_ATP_cycle par Muessig propre travail, via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ADP_ATP_cycle.png

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QUESTION 3

Réponse

Quelles sont les deux voies principales de production d'ATP ?

Les deux voies principales de production d'ATP sont la voie aérobie qui consomme du dioxygène et la voie anaérobie qui ne consomme pas de dioxygène.

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QUESTION 4

Quelle molécule trouve-t-on au commencement des voies de production d'ATP ?

Réponse

Toutes les voies de production d'ATP consomment du glucose.

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Réponse

Qu'est-ce que la glycolyse ?

QUESTION 5

La glycolyse correspond à la dégradation du glucose en pyruvate, libérant au passage 2 ATP.

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QUESTION 6

En quoi consiste la glycolyse ?

Réponse

En comparant les molécules de glucose et de pyruvate, on constate qu'il y a proportionnellement moins d'hydrogène dans le pyruvate que dans le glucose. Le pyruvate est donc plus oxydé que le glucose. La transformation du glucose en pyruvate est donc une oxydation appelée glycolyse. Elle consiste en la transformation de chaque molécule de glucose à 6 atomes de carbone, en deux molécules d'acide pyruvique (ou pyruvate) à 3 atomes de carbone. Littéralement, la molécule de glucose est « cassée en deux », ce qui produit un peu d'énergie. Au cours de ce processus catalysé par des enzymes, on assiste à des réactions d'oxydoréduction au cours desquelles un accepteur d'électrons (coenzyme R) est réduit.

Molécules de glucose et de pyruvate

638px-Beta-D-glucose-from-xtal-3D-balls par Ben Mills propre travail, via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beta-D-glucose-from-xtal-3D-balls.png 800px-Pyruvic-acid-3D-ballspar Benjah-bmm27 via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyruvic-acid-3D-balls.png

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QUESTION 7

Où a lieu la respiration cellulaire ?

Réponse

La respiration semble se dérouler dans la mitochondrie. En effet, quand des levures sont élevées en milieu aérobie ou en milieu anaérobie, seules les premières possèdent des mitochondries. Cet organite n’est donc présent que quand le milieu contient du dioxygène. C’est donc le lieu de la respiration cellulaire.

Levures en milieu aérobie et anaérobie, par Alain Gallien, http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article40

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QUESTION 8

Qu'est-ce qu'une mitochondrie ?

Réponse

La mitochondrie est un organite présent dans le cytoplasme des cellules eucaryotes. En forme de bâtonnet, elle est remplie d'un liquide, la matrice mitochondriale, et enveloppée par une double membrane, la membrane mitochondriale externe et la membrane mitochondriale interne, qui délimitent un espace intermembranaire.

622px-Animal_mitochondrion_diagram_fr.svg, traduit par Ethan Gray , original par LadyofHats, via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animal_mitochondrion_diagram_fr.svg

Structure d’une mitochondrie

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QUESTION 9

D'un point de vue évolutif, quelle est l'origine des mitochondries ?

Réponse

Les mitochondries proviendraient de l’endosymbiose d’une archéobactérie.

Théorie endosymbiotique.jpg, Salsero35, via wikimedia commons, CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Th%C3%A9orie_endosymbiotique.jpg

Schéma de formation d'une cellule eucaryote hétérotrophe et autotrophe par absorption de bactéries.

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QUESTION 10

Comment déterminer le lieu de réalisation de la glycolyse ?

Réponse

Si en injectant du glucose dans une solution de mitochondries isolées, on observe une consommation de dioxygène, alors on pourra dire que la mitochondrie consomme le glucose, et qu’une glycolyse a lieu dans la matrice de la mitochondrie. S’il n’y a pas consommation de dioxygène cela signifie que la mitochondrie ne consomme pas de glucose et que la glycolyse n’a pas lieu dans la mitochondrie mais bien dans le hyaloplasme de la cellule eucaryote (elle ne peut avoir lieu dans cette expérience car la mitochondrie baigne dans une solution différente de celle du hyaloplasme).

Pour déterminer le rôle des mitochondries, il suffit de tester l’activité respiratoire de celles-ci quand on leur fournit l’une ou l’autre des 2 molécules. L’expérimentation assistée par ordinateur permet d’enregistrer en direct la consommation en dioxygène d’une solution pure de mitochondries grâce à une sonde à dioxygène reliée à une interface connectée à un ordinateur équipé d’un logiciel de mesures.

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QUESTION 11

Voici l'enregistrement de la consommation en dioxygène dans une solution pure de mitochondrie après injection de glucose.Où la glycolyse a-t-elle lieu ?

Réponse

L’injection de glucose dans une solution de mitochondries ne déclenche pas de consommation de dioxygène. On peut donc dire que la mitochondrie n’utilise pas directement le glucose comme substrat de la respiration. La glycolyse a donc lieu dans le hyaloplasme.

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QUESTION 12

L'expérience précédente indique que les mitochondries ne consomment pas le glucose.Quelle hypothèse peut-on formuler sur la substance utilisée par la mitochondrie comme substrat de la respiration ?

Réponse

L’injection de glucose dans une solution pure de mitochondries ne déclenche pas de consommation de dioxygène. On peut donc dire que la mitochondrie n’utilise pas directement le glucose comme substrat de la respiration.La glycolyse ayant lieu dans le hyaloplasme, on peut supposer que les mitochondries utilisent le pyruvate. On constate que l'injection de pyruvate provoque une consommation de dioxygène. La mitochondrie utilise donc le pyruvate, résidu de la glycolyse.

Hypothèse Résultats

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QUESTION 13

Comment prouver que la mitochondrie produit de l'ATP à partir du pyruvate ?

Réponse

Si la mitochondrie est bien le lieu de la production d’ATP par respiration, dans la solution de mitochondries pure, en injectant en plus du Pyruvate, de l’ADP et du Phosphate inorganique, on devrait observer une forte consommation de dioxygène au moment de l’injection liée à la production de cet ATP.On constate que la consommation en dioxygène augmente fortement quand on injecte en plus du pyruvate, de l’ADP et du Phosphate inorganique. Or on sait que ADP + Pi donne de l’ATP. On en déduit que le pyruvate est utilisé dans des réactions métaboliques qui produisent de l’ATP.

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QUESTION 14

En quoi le pyruvate est-il transformé ?

Réponse

Dans le même temps que du pyruvate est consommé on observe un dégagement de dioxyde de carbone. On en déduit que le pyruvate est transformé en CO2 dans la matrice des mitochondries.

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QUESTION 15

À quoi l'oxydation du pyruvate est-elle couplée ?

Réponse

Dans la matrice des mitochondries, le pyruvate est transformé en CO2. Comme le CO2 ne possède aucun hydrogène, on peut donc penser que les réactions dégradant le pyruvate sont des réactions d’oxydoréduction. L’oxydation complète du pyruvate en CO2 dans la matrice est couplée à la réduction du NAD+ en NADH2.

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QUESTION 16

Quelle est la première transformation subie par le pyruvate dans la matrice de la mitochondrie ?

Réponse

Le pyruvate entre dans la mitochondrie et intègre dans une série de réactions. Dans un premier temps, il est transformé en une molécule à 2 carbones, l’acétylCoA et en une molécule de CO2. C’est une décarboxylation réalisée par le complexe pyruvate déshydrogénase.

154px-Pyruvat.svg par NEUROtiker prorpe travail, via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyruvat.svg 176px-Acetyl-CoA-colored.svg, par NEUROtiker prorpe travail, via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Acetyl-CoA-colored.svg

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QUESTION 17

L'AcétylcoA intègre un cycle de réactions appelé cycle de Krebs où il va subir une série d’oxydo-réductions. Quel est le bilan énergétique du cycle de Krebs ?

Réponse

Au cours de cette étape, peu d'énergie est produite : 1 ATP pour une molécule d’acétylCoA. Par contre 4 composés R sont réduits et on obtient 4 RH2.

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QUESTION 18

Quel est le bilan énergétique de la décarboxylation du pyruvate suivie du cycle de Krebs ?

Réponse

Au total, entre la décarboxylation du pyruvate en acétylCoA et le cycle de Krebs, pour 2 pyruvates introduits dans la mitochondrie, il ne se forme que 2 ATP et 10 composés réduits.

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QUESTION 19

Quel est le bilan après la glycolyse, la décarboxylation du pyruvate et le cycle de Krebs ?

Réponse

Après la glycolyse, la décarboxylation du pyruvate et le cycle de Krebs, la cellule dispose de 6 CO2, 12 RH2 et 4 ATP. Le bilan énergétique n’est pas énorme et il faut recycler les composés réduits.

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QUESTION 20

À quoi servent les sphères pédonculées de la membrane interne des mitochondries?

Réponse

Les sphères pédonculées permettent une sortie des ions H+ de l'espace intermembranaire et cette sortie est à l’origine de la production d’ATP à partir d’ADP + Pi. Les sphères pédonculées sont donc des pompes à protons synthétisant de l’ATP : on parle d’ATP synthase.

Atp synthase.PNG par Alex.X via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0-migré, modifiée par Sandra Rivière, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atp_synthase.PNG

ATP synthase

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QUESTION 21

Qu'est-ce que la chaîne respiratoire ?

Réponse

La membrane interne mitochondriale possède une chaîne de transporteurs d’électrons à l’origine de l’oxydation des composés réduits et dont l’accepteur final d’électrons est le dioxygène.

Chaîne respiratoire

648px-Chaîne_de_transport_des_électrons_mitochondriale.svg par Mitochondrial_electron_transport_chain — Etc4.svg : Fvasconcellos 22:35, 9 septembre 2007 (UTC)travail dérivé: Bob Saint Clar via Wikimédia Commons, domaine publique, modifiée par Sandra Rivière, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cha%C3%AEne_de_transport_des_%C3%A9lectrons_mitochondriale.svg

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QUESTION 22

Comment fonctionne la chaîne respiratoire ?

Réponse

Les électrons provenant des composés réduits se déplacent le long de la membrane sur la chaîne de transport, provoquant au passage l’entrée des protons (H+) libérés, depuis la matrice vers l'espace intermembranaire de la mitochondrie, créant ainsi un gradient (une différence de concentration). L'accumulation de protons fait fonctionner l'ATP synthase (une pompe à protons) qui va profiter du retour de 3 de ces protons dans la matrice par son canal central pour associer de l'ADP à une molécule de phosphate inorganique, et fabriquer ainsi une molécule d'ATP.L'accepteur final d'électrons de cette chaîne de transport étant le dioxygène, ce dernier, en se liant à deux protons, forme par réduction, une molécule d'eau dans la matrice mitochondriale.L’oxydation des 10 composés réduits RH2 en composé oxydé R par la chaîne respiratoire produit 32 ATP.

Chaîne respiratoire

648px-Chaîne_de_transport_des_électrons_mitochondriale.svg par Mitochondrial_electron_transport_chain — Etc4.svg : Fvasconcellos 22:35, 9 septembre 2007 (UTC)travail dérivé: Bob Saint Clar via Wikimédia Commons, domaine publique, modifiée par Sandra Rivière, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cha%C3%AEne_de_transport_des_%C3%A9lectrons_mitochondriale.svg

Cette chaîne de transport des électrons est une suite de molécules fixées dans la membrane interne de la mitochondrie. Elles sont disposées dans un ordre décroissant d'affinité pour les électrons.

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QUESTION 23

Combien de molécules d'ATP sont produites au total par la voie aérobie ?

Réponse

La production d’ATP de la voie aérobie s’élève à 36 ATP par molécule de glucose : 2 ATP provenant de la glycolyse, 2 ATP du cycle de Krebs,32 ATP de la chaîne respiratoire.

The End !!