Transcript 2.2-la respiration cellulaire arobie

2.2 – Respiration aérobie
SBI 4U
Dominic Décoeur
Respiration cellulaire
• La respiration cellulaire aérobie (en présence d’oxygène)
produit 36 molécules d’ATP pour 1a molécule de glucose ce
qui équivaut à 40 % de l’énergie emmagasiner dans le
glucose. Le reste de l’énergie est perdu sous la forme de
chaleur.
• Le but de la respiration cellulaire est d’extraire l’énergie des
molécules complexes comme le glucose, et la convertir en
ATP. L’ATP est l’intermédiaire énergétique qui fait le travail
de la cellule.
Respiration cellulaire
•
La respiration cellulaire aérobie se fait en 4
étapes :
1.
2.
3.
4.
Glycolyse
Réaction transitoire
Cycle de Krebs
Chaîne de transfert d’électron
Respiration cellulaire
• Introduction à la respiration cellulaire
http://rea.decclic.qc.ca/dec_virtuel/biologie/1
01-NYA05/Cellule_et_evolution/1.La_Cellule/Etapes_
respiration_cellulaire/glintro.htm
Glycolyse
• Caractéristiques :
 Dégradation du glucose : catabolique
 Sans la présence de l’oxygène : anaérobie
 Se passe dans le cytoplasme : à l’extérieur de la mitochondrie
 Nécessite : 11 enzymes différentes
 Comprend deux phases : endothermique et exothermique
 Le réactif de départ : le glucose (6C)
 Produits : 2 acides pyruviques + 2 ATP + 2 NADH
La phosphorylation au niveau du substrat
Le substrat donne un groupement phosphate à l’ADP, ce qui
produit l’ATP. La réaction inverse, la déphosphorylation, peut
produire de l’ADP.
Glycolyse I
• Pour déclencher la dégradation du glucose, on utilise 1 ATP
et le P s’attache au glucose :
• glucose + 1 ATP → phosphate de glucose ( 6C – P )
• Réarrangement du phosphate de glucose en phosphate de
fructose :
• glucose – 6 – phosphate → fructose – 6 – phosphate
• À l’aide d’un ATP, le phosphate de fructose produit du
diphosphate de fructose (endo) :
• phosphate de fructose + 1 ATP → P – 6C – P (diphosphate de fructose)
• Le diphosphate de fructose est séparé en 2 molécules de
phosphate de glycéraldehyde (PGAL) :
• 2 x PGAL 3C – P
La glycolyse I comporte la formation de deux molécules de
PGAL
Glycolyse II
• Par la suite, il y a une série de réactions d’oxydoréduction
(NAD+ → NADH) et de phosphorylation (ajout de P) qui
amène la formation de 4 ATP + 2 H2O + 2 acides pyruviques
(pyruvates).
• Le NADH est produit grâce aux réactions d’oxydoréduction.
• L’ATP est produite grâce aux réactions de phosphorylation.
• Bilan :
• 2 ATP
• 2 NADH
• 2 pyruvates
Animation de la glycolyse
• http://www.biomultimedia.net/archiv/glycoly
s/glyanim.htm
• http://www.tfo.org/education/enseignants/to
utes_les_ressources/horairescolaire/index.cfm
#aSE0000002600~
Devoirs
• p. 68
(#2, 3, 4, 5, 7, 8)
La structure d’une mitochondrie
Réaction transitoire
• Caractéristiques :
• C’est le début du processus aérobie.
• Elle se produit dans la matrice de la mitochondrie.
• Cette réaction sert de lien entre la glycolyse dans le cytoplasme
et le cycle de Krebs dans la mitochondrie.
• L’acétyl-CoA provient aussi du catabolisme des protéines et
lipides. Il peut, par anabolisme, reformer des lipides pour
entreposer l’énergie.
• Bilan :
• 2 NADH
Lors de la réaction de transition, les acides pyruviques entrent dans
la mitochondrie par une protéine et subissent 3 transformations :
1) Avant que le cycle de
Krebs puisse commencer, un
groupe carboxyle (COOH)
est enlevé du pyruvate et
est relâché dans le
cytoplasme sous forme de
CO2.
2) La molécule à 2 carbones
qui reste forme l’acétate
après la réduction du NAD+
en NADH.
3) La coenzyme A est
attaché à l’acétate pour
produire de l’acétyl-CoA.
Cycle de Krebs
• Caractéristiques :
• Dans la mitochondrie.
• C’est un processus cyclique qui produit 1 ATP + 3 NADH + 1 FADH2 pour
chaque acétyl-CoA.
• Le cycle comporte 9 réactions.
• La première réaction du cycle de Krebs :
Acétyl-CoA + oxaloacétate (4C)
citrate (6C) + CoA
• La coenzyme A est ensuite libérée et retourne à la réaction
transitoire (dans la matrice) afin de participer à une autre
réaction.
Cycle de Krebs
• Par la suite, il y a une série de réactions
(phosphorylation, hydrolyse et
oxydoréduction) au bout desquelles on
produit du CO2 + 1 ATP + 3 NADH + 1 FADH2 et
on reforme l’oxaloacétate qui peut
recommencer le cycle.
• Bilan :
• 2 x (1 ATP + 3 NADH + 1 FADH2)
Le cycle de Krebs est une suite cyclique de 8
réactions
1 : citrate (C6)
2 : isocitrate (C6)
3 : α-cétoglutarate (C5)
4 : succinyl-coenzyme A (C4)
5 : succinate (C4)
6 : fumarate (C4)
7 : malate (C4)
8: oxaloacétate (C4)
Animation du cycle de Krebs
• http://www.tfo.org/education/enseignants/to
utes_les_ressources/horairescolaire/index.cfm
#aSE0000002600~
• http://highered.mcgrawhill.com/classware/ala.do?isbn=0072956208&
alaid=ala_900841&showSelfStudyTree=true
Quiz
• Apprendre les noms et les endroits des
molécules impliquées dans les différentes
réactions
http://stl_bjb.ac-dijon.fr/bioch.htm
• Apprendre le nom des 9 molécules
impliquées
http://stl_bjb.acdijon.fr/bioch/bkrebsexo1.htm
Bilan des 3 premières étapes
Étape
ATP
NADH
FADH2
Glycolyse
2
2
0
Réaction transitoire
0
2
0
Cycle de Krebs
2
6
2
Total
4
10
2
Chaîne de transfert d’électron
• Caractéristiques :
• Dans les crêtes de la double membrane de la
mitochondrie.
• Chaque NADH produit 3 ATP.
• Chaque FADH2 produit 2 ATP. Il est donc moins
énergétique que le NADH.
• Le NADH de la glycolyse ne produit que 2 ATP.
• La production d’ATP s’appelle phosphorylation
oxydative.
Chaîne de transfert d’électron
• La glycolyse et le cycle de Krebs ont produit que 4
ATP par la phosphorylation au niveau du substrat.
• La majeure partie de l'énergie extraite des molécules
de nourriture est entreposée dans les molécules de
NADH et FADH2 et se fait relâcher par une chaîne de
transport d'électrons pour faire la phosphorylation
oxydative.
Phosphorylation oxydative
• La phosphorylation oxydative produit la
majeure partie de l'ATP dans le processus de
la respiration cellulaire.
• Lors de ce processus le NADH + H+ et le FADH2
donnent leurs électrons à une série de
transporteurs d'électrons situés dans la
membrane interne de la mitochondrie.
La chimiosmose : le couplage du transport
d'électrons à la synthèse d'ATP
• Il y a dans la membrane interne de mitochondries plusieurs copies de
l'enzyme l'ATP synthétase. Cette enzyme utilise l'énergie d'un
gradient de proton pour faire la synthèse d'ATP.
• La chaîne de transport d'électrons pompe des H + (protons) de la
matrice vers l'espace intermembranaire.
• Les H+ retournent à la matrice en passant par l'ATP synthétase.
• Par ce mécanisme nommé la chimiosmose, le passage exothermique
des protons est couplé avec la phosphorylation de l'ATP.
Chaîne de transfert d’électron
• C’est la différence de concentration de H+, qui est plus élevé
dans l’espace intermembranaire que dans la matrice, et de
charge dû au H+ qui amène l’énergie nécessaire pour former
l’ATP.
• NADH et FADH2 : amènent les électrons qui seront transférés.
Les électrons aspirent des H+, ce qui augmente la
concentration et permet de synthétiser l’ATP grâce au canal du
complexe ATP synthétase.
• Les électrons à la fin de la chaîne sont acceptés par l’oxygène
qui formera une molécule d’H2O.
Chaîne de transfert d’électron
• À trois points le long de la chaîne de transport
d'électrons, les protéines de la chaîne
pompent des protons vers l'espace
intermembranaire.
• Cette force pousse les H+ à travers l'ATP
synthétase, ce qui synthétise l'ATP.
Chaîne de transfert d’électron
Fig. 9.15
NADH
H+
NAD+
H+
H+
H+
Chaîne de transfert d’électron
Fig. 9.15
H+
NADH
H+
NAD+
H+
H+
Chaîne de transfert d’électron
Fig. 9.15
H+
H+
NADH
H+
NAD+
H+
Chaîne de transfert d’électron
Fig. 9.15
H+
H+
H+
2 H+ + ½ O2
NADH
H+
NAD+
chaîne de transport d’é
H 20
chimiosmose
Chaîne de transfert d’électron
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+ H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
2 H+ + ½ O2
NADH
H+
NAD+
H 20
ADP + P
ATP
Animations
• La chaine respiratoire
http://www.biologieenflash.net/sommaire.ht
ml
http://www.tfo.org/education/enseignants/to
utes_les_ressources/horairescolaire/index.cfm
#aSE0000002600~
Animations
• La chaîne respiratoire
• http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/etc/movie.ht
m
• http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/atpgradient/
movie.htm
• http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072437316/student_view0/chapter9/
animations.html#
• FIGURE 3.12 (p. 76)
Bilan global
Étape
Molécule
impliquée
Nombre d’ATP
Glycolyse I
2 NADH
4
Glycolyse II
2 ATP
2
Cycle de Krebs
2 ATP
2
Cycle de Krebs
8 NADH
24
Cycle de Krebs
2 FADH2
4
Résumé
• Les étapes de la glycolyse et du cycle de Krebs sont des étapes
cataboliques. Donc, à ces étapes, le glucose sera dégradé.
• La glycolyse se fait dans le cytoplasme et le cycle de Krebs se
fait dans la matrice de la mitochondrie.
• Quelques molécules d’ATP sont produites directement lors de
certaines réactions spécifiques de la glycolyse et du cycle de
Krebs. Ces ATP sont produit par le processus de
phosphorylation au niveau du substrat. Ici, une enzyme
transfère une groupement phosphate d’un substrat
directement à l’ADP afin de produire l’ATP.
Résumé
• Durant la glycolyse et le cycle de Krebs, il y a réduction du
NAD+ pour produire le NADH. Ces molécules réduites
passeront à l’étape de la chaîne de transport d’électrons où
les électrons seront éventuellement transférés à l’oxygène
pour produire de l’eau.
• L’énergie relâchée à chaque étape de la chaîne est utilisée
pour la synthèse de l’ATP. Les ATP produit via la chaîne de
transport d’électrons sont produit par le processus de
phosphorylation oxydative, c’est-à-dire, par le transfert
exothermique d’électrons des nutriments à l’oxygène.
Quiz
• La respiration cellulaire
http://membres.lycos.fr/ajdesor/CAHIER.htm
Allez à la section de Biologie et cliquer sur le
titre « Respiration Cellulaire ».