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La consommation de la matière organique et le flux d'énergie |
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Les réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule Les étapes de la dégradation de glucose Le rôle du muscle strié squelettique dans la conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique L'étude expérimentale de la contraction musculaire( l'aspect mécanique) Les manifestations de la contraction musculaire |
L
'oxydation du pyruvate
1 - L'ultra structure et composition biochimique de la mitochondrie:
Les mitochondries sont des organites qui se trouvent à l’intérieur des cellules eucaryotes (cellules qui possèdent un noyau). Elles se situent plus précisément dans le cytoplasme des cellules. Sa taille varie entre 0,5 et 1 μm de diamètre et jusqu'à 7 μm de longueur.
Pour l'étude de ces organites, on propose les documents suivants:
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Document 1: Une mitochondrie au microscope électronique |
Document 2: Schéma descriptif de la structure mitochondriale |
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Source : "Biologie" Campbell (1995) Ed. DeBoeck Universités |
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Document 3: présente la composition biochimique des différentes structures mitochondriales:
| Structure étudiée | Composition chimique remarquable. | Protéines catalysant des réactions particulières. |
| Membrane externe |
Protéines (62%) Lipides (38%) |
Protéines similaires à celles de la membrane plasmique. |
| Membrane interne |
Protéines (80%) Lipides (20%) |
ATP synthétase (production d'ATP). Complexes d'oxydoréduction. |
| Matrice |
Présence de pyruvate, d'ATP,
d'ADP et de Pi. Des transporteurs oxydés (R') ou réduits (R'H2) |
Enzymes d'oxydation de molécules carbonées (production de CO2). Complexes d'oxydoréduction. (déshydrogénases). |
http://imagesbiogeolfxm.free.fr/energetique/original/mitochondrie-composition_schema_mbs.html
1 - A partir de l’exploitation des documents1 et 2, décrivez la structure mitochondriale. 2 - En exploitant le document 3, Dégagez les caractéristiques fonctionnelles des protéines des différentes structures mitochondriales. |
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2 - L'oxydation respiratoire:
2 - 1 - Formation de l'acétyl-coenzyme A:
L'acide pyruvique issu de la glycolyse entre dans la matrice mitochondriale, s’associe au coenzyme A pour former l’acétyl-CoA et subi une décarboxylation (perte d'un atome de carbone par libération d'une molécule de CO2) et une déshydrogénation (perte d'hydrogène).
2 - 2 - Le cycle de Kreb :
Document 4: Les atomes de carbone des molécules d'acétyl-coenzyme A vont être oxyder dans le cycle de l’acide citrique ou cycle de Kreb.
Document 5: Montre une animation du cycle de Kreb:
Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton
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A partir de l’exploitation des documents 4 et 5, 1 - décrivez le cycle de Kreb. 2 - Ecrivez les réactions de réductions des transporteurs NAD et FAD 2 - Déduisez la réaction bilan du cycle de Kreb. 3 - Déduisez la réaction bilan de l'oxydation de l'acide pyruvique. |
Correction
2 - 3 - Devenir des transporteurs réduits (NADH et FADH2) :
Pour connaitre le devenir des transporteurs réduits(NADH et FADH2) , on propose d'étudier les documents suivants:
Document 6: Expérience permettant d’ajouter du dioxygène à une suspension de mitochondries contenant des transporteurs réduits R'H2, et de mesurer les variations du pH dans la suspension en fonction du temps:
Document 7: Expérience sur des particules submitochondriales (d’après bac Martinique septembre 2007)
Les 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. Il contient de l'O2, des transporteurs réduits R'H2, de l'ADP et du P (phosphate inorganique).
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Conditions |
Résultats |
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particules submitochondriales |
Synthèse d 'ATP et réoxydation des R'H2 en R' |
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particules submitochondriales sans les sphères. |
Pas de synthèse d'ATP mais réoxydation des R'H2 en R' |
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particules submitochondriales sans les sphères, mais ajout de sphères isolées dans le milieu |
Synthèse d'ATP et réoxydation des R'H2 en R' |
Remarque : en l'absence de composés réduits R'H2, il n'y a pas de synthèse d'ATP.
Document 8: Des particules submitochondriales avec les sphères pédonculées ont été mise dans les conditions suivantes:
1 - A partir de l’exploitation du document 6, interprétez les résultats obtenus. 2 - En exploitant les documents 7 et 8, déduisez les conditions de la phosphorylation d'ADP. 3 - Déduisez le devenir des transporteurs réduits(NADH,H+ et FADH2). |
Correction
2 - 4 - La chaine respiratoire et la phosphorylation oxydative:
La chaîne respiratoire est localisée dans la membrane interne mitochondriale. Cette chaîne de transport d'électrons est constituée de quatre complexes protéiques:
complexe I : NADH-coenzyme Q oxydoréductase,
complexe II : succinate-coenzyme Q oxydoréductase,
complexe III : coenzyme Q-cytochrome c oxydoréductase,
complexe IV : cytochrome c oxydase
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Chaine_de_transport_d%27electrons.jpeg
Pour élucider le rôle de la chaîne respiratoire, on propose d'étudier les documents suivant:
Document 9: présente une animation fonctionnelle simplifiée de la chaîne respiratoire:
Graham R. Kent Dept. of Biological Sciences Smith College Northampton
Document 10: présente une animation fonctionnelle de l'ATP synthétase (synthase):
1 - A partir de l’exploitation du document 9, décrivez le flux d'électrons, le transfert de protons à travers la membrane interne et leur relation avec la phosphorylation de l'ADP. 2 - Justifiez l'appellation de la phosphorylation oxydative 3 - Donnez les réactions de la réoxydation des transporteurs réduits(NADH,H+ et FADH2). 4 - Donnez la réaction de la réduction du dioxygène. |
Correction
3 - Le bilan énergétique de l’oxydation du glucose:
Document 11: un schéma bilan montrant les mécanismes produisant de l'énergie à partir du glucose, lors de la respiration cellulaire.
1 - A partir de l’exploitation du document 11 et vos connaissances, calculez le bilan énergétique de la respiration, sachant que l’oxydation d’une molécule de NADH,H+ permet la synthèse de 3ATP, alors que l’oxydation d’une molécule de FADH2 permet la synthèse de 2ATP seulement. |
Correction
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