Thme n1 TP n1 : La cellule musculaire et lATP
L'ATP (adnosine-triphosphate) est une molcule riche en nergie qui libre son nergie en
se convertissant en ADP (adnosine-diphosphate).
Structure de lATP :
L'ATP est une molcule constitue d'adnine
lie un ribose qui, lui, est attach une chane
de trois groupements phosphate.
Comment lATP produit de lnergie :
Le mcanisme consiste au transfert d'un
groupement phosphate sur une autre molcule
et l'ATP devient alors l'adnosine-diphopshate (ADP).
Fabrication de lATP :
Mais une cellule possde trs peu d'ATP. Et comme
elle en consomme en permamence, elle doit
constamment en fabriquer (synthtiser) et c'est
notamment la respiration cellulaire qui fournit
l'nergie ncessaire pour la fabrication de l'ATP
en permettant une phosphorylation (addition
d'un phosphate l'ADP).
Rvision Spcialit S.V.T
Un muscle stri est constitu de cellules musculaires
comportant un important matriel contractile.
Celui-ci se compose de nombreuses myofibrilles,
structures tubulaires allonges d'un diamtre de 1
2 m, constitues de myofilaments (filaments fins
constitus d'actine associs de la tropomyosine et
de la troponine, et filaments pais constitus de myosine).
Ces myofilaments sont disposs selon une organisation
gomtrique en trois dimensions extrmement rigoureuse.
La base de l'organisation des myofibrilles est le sarcomre.
Vus en coupe longitudinale (Figure 1A) des filaments fins
sont attachs de part et d'autre d'un matriel protique
(le disque Z) comprenant en particulier de l'-actinine,
probable protine d'ancrage des filaments d'actine.
Ils sont tous aligns paralllement, faisant face, sans les
toucher, d'autres filaments fins eux-mmes attachs
un autre disque Z. Entre deux disques Z, et dans les espaces
laisss entre les filaments fins, on trouve les filaments pais
constitus par de nombreuses molcules de myosine
attaches.
L'espace entre deux disques Z est appel sarcomre.
Vue en coupe transversale (Figure 1B), l'organisation se rvle
extrmement rgulire avec une disposition pentagonale.
De nombreux sarcomres sont aligns les uns la suite des
autres pour former une myofibrille.
La contraction musculaire correspond un raccourcissement des sarcomres d au
glissement relatif des filaments d'actine et de myosine : les deux disques Z dlimitant un
sarcomre se rapprochent l'un de l'autre. Ce phnomne se produisant simultanment pour
tous les sarcomres de la cellule, il en rsulte un raccourcissement global de la cellule
musculaire selon l'axe longitudinal.
Cellules musculaires stries
Thme n1 TP n2 : La respiration cellulaire
Nous constatons quavant linjection de glucose, la concentration en O2 dans le milieu varie
trs peu (une lgre baisse due des ractions doxydations imprvisibles dans le milieu) .
Rapidement aprs linjection de glucose, la quantit dO2 dans le milieu diminue. Nous
pouvons donc en dduire que les levures ont consomm du dioxygne, et que cette
consommation de O2 ne peut se faire quen prsence de glucose. 3)- Le mme type
dexprience peut tre ralis en utilisant une sonde CO2 en plus de la sonde O2 : le rsultat
obtenu est reprsent par le graphique ci-contre.
Les mesures donnes par la sonde CO2 indiquent
que paralllement la diminution de O2 dans le
milieu, il se produit une augmentation de la quantit
de CO2. On en dduit que les levures rejettent du CO2
et que ce rejet de CO2 est li la consommation de
O2 et de glucose. 4)- En dduire lquation bilan
des transformations chimiques intervenant au cours
de la respiration cellulaire. En admettant quau cours
de la respiration il y a plus deau produite que deau
consomme, lquation bilan est la suivante :
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O -> 6CO2 + 12H2O
Le rle des mitochondries
La courbe obtenue avec des mitochondries seules ressemble beaucoup celle obtenue en TP avec des cellules
entires. Cependant, il faut constater quici linjection de glucose nentrane pas de diminution brutale du taux de
O2. Donc il ny a pas de respiration et donc les mitochondries sont incapables dutiliser le glucose. Par contre,
linjection de pyruvate ou acide pyruvique au temps t2 entrane la chute du taux de O2 qui signifie que la respiration
se droule. Les mitochondrie sont donc incapables dutiliser le glucose directement mais peuvent utiliser le pyruvate.
On peut donc en dduire que lorsque les cellules sont entires, le glucose subit une transformation en pyruvate, qui
lui sera utilis par les mitochondries.
De plus, cette transformation a lieu forcement en dehors de la mitochondrie, donc dans le hyaloplasme (en fait,
lenveloppe des mitochondries est impermable au glucose mais pas au pyruvate).
Donc la transformation du glucose en CO2 nest pas directe puisquil y a au moins une tape
intermdiaire, (appele glycolyse). Comme nous allons le voir dans la troisime partie du TP,
la transformation du pyruvate en CO2 comporte elle-mme 2 tapes.
Thme n1 TP n3 : Localisation cellulaire de la respiration
Toutes les cellules ont besoin dnergie pour effectuer des biosynthses, pour alimenter des transports ou encore pour raliser des mouvements cellulaires. Elles utilisent lnergie chimique de molcules quelles prlvent dans lenvironnement ou quelles produisent par photosynthse.
En milieu arobie, les levures respirent "normalement" c'est dire qu'elles dgradent la
matire organique (exemple: le glucose) et utilisent de l'O2 pour aboutir du CO2, de l'eau et
de l'nergie utilisable pour la cellule (en particulier de l'ATP). Ceci se droule pour une
premire phase (la glycolyse) dans le cytoplasme, et ensuite (la respiration en elle-mme)
dans les mitochondries.
En milieu anarobie, des observations au microscope montrent que les mitochondries ne sont
plus fonctionnelles, en particulier leurs crtes ont en partie disparu. En effet cause de
l'absence d'O2 la respiration ne peut plus se faire .
Sans O2 on a donc glycolyse + fermentation (c'est par exemple ce qui se passe pour la
fermentation alcoolique, ou lactique).
La respiration cellulaire est une dgradation complte du glucose en prsence d'oxygne,
permettant une libration totale de son nergie.
Au cours de la deuxime tape, le glucose, servant cette fois d'aliment, est "brl" en
prsence d'oxygne dans les cellules danimaux et des plantes.
La respiration libre ainsi l'nergie mise en rserve
dans le glucose (lors de la photosynthse). La plus
grande partie de cette nergie est transfre dans
une molcule nergtique utilisable par toutes les
cellules : l'ATP.
Et les dchets de la respiration sont le dioxyde de
carbone et l'eau, qui sont justement les matires
premires de la photosynthse dans les chloroplastes
(= circuit ferm).
Thme n1 TP n4 : Respiration et fermentation chez la levure
Les tapes de la respiration
La glycolyse
La glycolyse signifie "dgradation du glucose".
La glycolyse transforme le glucose en 2 acides
pyruviques et permet la fabrication de 2 ATP.
Pour rappel, la glycolyse a lieu l'extrieur de
la mitochondrie, dans le cytosol (matrice du
cytoplasme).
Le cycle de Krebs
Le cycle de Krebs comprend 8 tapes qui
terminent le travail de la glycolyse en dgradant
un driv de l'acide pyruvique (l'actyl-CoA) en
dioxyde de carbone (CO2) et en produisant de l'ATP.
Le cycle de Krebs a lieu dans la mitochondrie.
La phosphorylation oxydative
La phosphorylation oxydative produit prs de
90% de l'ATP engendre par la respiration.
Il s'agit donc de la production d'ATP par l'ajout
d'un groupement phosphate l'ADP grce
l'nergie libre lors du transport d'lectrons le
long d'une chane de molcules (ractions
d'oxydo-rduction).
La fermentation
Beaucoup de cellules se passent d'oxygne (O2) pour "brler" leur compos organique. Donc
au lieu de produire de l'ATP au moyen de la respiration, elles utilisent la fermentation.
La fermentation est donc galement une dgradation du glucose mais incomplte
permettant une libration partielle de son nergie sous forme d'ATP. La fermentation libre
galement du CO2.
Contrairement la respiration, la fermentation se fait sans oxygne et sans phosphorylation
oxydative.
Il existe deux types de fermentation :
- la fermentation alcoolique : convertit le pyruvate en thanol
- la fermentation lactique : convertit le pyruvate en lactate. Cette fermentation se produit
dans les muscles la suite dun exercice exigeant.
La fermentation correspond un
processus que lon peut qualifier dincomplet car elle libre des dchets contenant encore de
lnergie utilisable comme lalcool. La respiration est un processus plus
complexe ncessitant en outre de
loxygne. Au cours de la respiration, les molcules organiques sont oxydes
totalement (un peu comme si elles
taient brles) et leur nergie est
rcupre par les cellules. Les dchets
forms sont du dioxyde de carbone et
de leau, molcules dont lnergie potentielle nest pas utilisable par les tres vivants.
On observe que la quantit d'oxygne
baisse faiblem
