Comment le chou puant peut-il résister à des froids extrêmes?
Comment les animaux qui hibernent peuvent-ils se réveiller après un jeune aussi long ?
Notions fondamentales : Respiration cellulaire, glycolyse, cycle de Krebs, ATP, réactions d’oxydo-réduction, fermentation, rendement, produits dopants.
Notre corps utilise 50kg d’ATP par jour et pourtant nous n’en avons que quelques grammes en stock.
Comment notre corps fait-il pour recycler tout l’ATP nécessaire au fonctionnement de nos cellules ?
Notion d’énergie
Un muscle est doué de propriétés contractiles, c’est-à-dire qu’il a une capacité intrinsèque de mouvement et comme nous l’apprennent les physiciens, tout mouvement nécessite, pour pouvoir se réaliser, la consommation d’une énergie. Une voiture consomme des hydrocarbures. Et nos muscles, quelle énergie consomment-t-ils ? Presque la même, mais pas exactement la même dans le sens où ce sont des molécules hydrogénocarbonées comportant aussi de l’oxygène dont la formule générale est C6H1206, autrement dit du glucose. Le glucose est notre carburant.
Comment la cellule va-t-elle convertir l’énergie du glucose en ATP ?
2 cas sont possibles selon qu’il y ait ou non du dioxygène dans le système.
1-Une origine cytoplasmique de l’ATP
En l’absence de dioxygène (= anaérobie), les levures montrent une absence de mitochondries: le processus de la respiration ne peut avoir lieu. Du coup, il n’y a pas besoin de mitochondrie, tout se passe dans le cytoplasme.
Par conséquent, il existe une autre voie métabolique de production d’ATP qui ne nécessite pas de dioxygène et donc pas de mitochondrie.
La molécule de glucose est oxydée en deux molécules à trois atomes de carbone nommées pyruvate. C’est la glycolyse. Elle se déroule dans le cytoplasme. Cette réaction chimique permet de réduire une mole porteuse de protons H+, le NADH,H+ et de recycler 2 moles d’ATP.
Le pyruvate peut alors entrer dans la mitochondrie et participer à la respiration comme nous l’avons montré chez le chou-fleur (réviser le TP).
Mais puisque la levure de boulanger (Saccharomyces cerevisiae) produit de l’éthanol lorsqu’on lui injecte du glucose en l’absence d’O2, cela signifie nécessairement que le pyruvate peut devenir de l’éthanol. C’est qui s’appelle la fermentation:
Glucose (C6H12O6) => 2 pyruvate (CH3COCOO-) => 2Acéthladéhyde (CH3COH) + CO2 => Éthanol (CH3CH2OH)
Chez les humains, c’est de l’acide lactique qui s’accumule au lieu de l’éthanol: c’est la causes des crampes du sportif qui est à bout de souffle…
Bilan: la fermentation permet d’obtenir seulement 2 mole d’ATP et 2 moles de NADH,H+. C’est pas beaucoup, raison pour laquelle, les levures ne se multiplient pas beaucoup en anaérobiose.(voir document lame de Malassez)
2-Une origine mitochondriale de l’ATP
On peut résumer ce mécanisme à deux étapes: le cycle de Krebs, et la phosphorylation oxydative.
a-Le cycle de Krebs: une oxydation totale du pyruvate.
En présence de dioxygène (aérobie), les levures montrent la présence de mitochondries. Les deux pyruvates issus de l’oxydation d’une mole de glucose peuvent entrer dans la mitochondrie.
Dans la matrice de la mitochondrie, ces deux moles vont subir une oxydation complète à l’origine de la réduction de plusieurs moles de NAD+ en NADH,H+. C’est ce que l’on appelle le cycle de Krebs ou de l’acide citrique car c’est cette molécule qui se forme en premier.
Les moles de NADH,H+ vont alimenter le gradient inter-membranaire de protons. A la fin du cycle, 6 moles de CO2 sont donc produites à partir d’une mole de glucose.
Comment recycler l’ATP à partir du pouvoir réducteur fabriqué, le NADH,H+ ?
b-La phosphorylation oxydative: une machine à recycler de l’ATP
Cette oxydation aboutit à la création d’un gradient de protons H+ dans l’espace inter-membranaire de la mitochondrie à l’origine d’une force proto-motrice. Le retour des protons vers l’espace où ils sont le moins concentrés, la matrice mitochondriale, se fera au travers d’une protéine-turbine, l’ATP synthétase, dont le travail consiste à associer un groupement phosphate sur une molécule d’ADP pour reformer de l’ATP. On parle aussi de chaine respiratoire pour décrire ce phénomène.
Bilan: Il se forme en moyenne 36 moles d’ATP. Chaque mole d’ATP représente environ 30kJ. La respiration permet de former environ 1100kJ par mole de glucose oxydé. Les protons et les électrons finiront associés au dioxygène ce qui formera de l’eau.
Conclusion: pour se fournir en énergie, les bactéries ont probablement d’abord inventé la fermentation dans le cytoplasme. En effet, au débuts de la vie sur terre, il n’y avait pas de dioxygène (Voir cours d’enseignement scientifique) puis, lorsque le dioxygène est apparu, des bactéries associées les unes aux autres ont mis a profit le pouvoir oxydant du dioxygène pour oxyder totalement la molécule de glucose et ainsi en extraire totalement l’énergie. La respiration était née, avec le succès qu’on lui connait aujourd’hui puisque presque tous les êtres vivants de la planète possèdent des mitochondrie.
Sources : Biologie de Campbell, chapitre 9, la respiration cellulaire.
Schémas à connaitre:
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