Chapitre 2 - Respiration cellulaire et fermentation

Question 1

Qu’est-ce que la voie métabolique?

Answer 1

Série de plusieurs substrats et enzymes.

Question 2

Que sont les rôles du métabolisme?

Answer 2

Génération d’énergie (catabolisme) pour les fonctions vitales et synthèse de molécules biologiques (anabolisme).

Question 3

Qu’est-ce que l’anabolisme?

Answer 3

Synthèse de molécules complexes, exige de l’énergie (ATP). Grande variété de constituants cellulaires formés à partir d’un petit nombre de molécules simples.

Question 4

Qu’est-ce que le catabolisme?

Answer 4

Dégradation des nutriments (glucides, lipides et protéines) obtenus par l’alimentation ou les réserves. Fourni de l’énergie sous forme d’ATP et de NADH et FADH2 (pour la synthèse d’ATP). Converge vers un petit nombre de produits simples.

Question 5

Que sont les interactions entre le catabolisme et l’anabolisme?

Answer 5

Régulation indépendante des deux processus = des molécules différentes activent le catabolisme et l’anabolisme. Séquences métaboliques localisées dans différents compartiments cellulaires. Quelques séquences sont communes aux deux processus, mais les enzymes sont différentes. But = maintenir l’homéostasie.

Question 6

Est-ce que le catabolisme et l’anabolisme produisent de l’énergie ou en dégagent?

Answer 6

Le catabolisme est exergonique et l’anabolisme est endergonique.

Question 7

Quel est le rôle de l’ATP dans le couplage du catabolisme et de l’anabolisme?

Answer 7

Molécules simples et monomères tels que le glucose, les acides, aminés, le glycérol et les acides gras -> enzyme -> les réactions anaboliques transfèrent l’énergie de l’ATP aux molécules complexes -> enzyme et libération de chaleur -> molécules complexes et polymères tels que l’amidon, les protéines et les lipides -> enzyme -> les réactions cataboliques transfèrent l’énergie des molécules complexes à l’ATP -> enzyme et libération de chaleur.

Question 8

Quelles sont les composantes de l’ATP?

Answer 8

3 groupements phosphate + ribose + adénine.

Question 9

Quelles fonctions de la cellule nécessitent de l’énergie?

Answer 9

Assembler des polymères, transport membranaire, se déplacer, se reproduire.

Question 10

D’où provient toute l’énergie nécessaire à la cellule?

Answer 10

Les voies cataboliques libèrent l’énergie emmagasinée dans les nutriments de la nourriture (glucides, lipides, protéines) en les dégradant en molécules simples. C’est un processus exergonique. Les animaux sont chimiohétérotrophes, c’est-à-dire qu’ils peuvent puiser leur carbone dans des molécules organiques qu’ils vont ingérer puis dégrader en molécules simples.

Question 11

De quoi a-t-on besoin pour faire une réaction exergonique?

Answer 11

Molécules organiques (combustible, comme le glucose) et enzymes.

Question 12

Quels sont les processus cataboliques permettant la production d’énergie?

Answer 12

Respiration cellulaire (voie la plus répandue et la plus efficace pour produire de l’énergie) et fermentation.

Question 13

Qu’arrive-t-il à l’énergie tirée de ces réserves chimiques?

Answer 13

Accompli du travail et se dissipe sous forme de chaleur.

Question 14

Quel est le flux de l’énergie et le recyclage chimique?

Answer 14

Énergie lumineuse (solaire) -> photosynthèse dans les chloroplastes -> molécules organiques + O2 -> respiration cellulaire dans les mitochondries) ATP alimente le travail cellulaire -> CO2 + H2O -> photosynthèse

Question 15

Que sont les réactions d’oxydoréduction?

Answer 15

C’est par le transfert d’électrons pendant les réactions chimiques d’oxydation et de réduction qu’il y a transfert d’énergie emmagasinée dans les molécules organiques. Cette énergie servira à synthétiser de l’ATP.

Dans les redox, les électrons passent d’un réactif à l’autre. Oxydation = perte d’électrons et réduction = gain d’électrons.

Question 16

Pourquoi est-ce que le glucose ne s’oxyde pas spontanément?

Answer 16

À cause de son énergie d’activation trop élevée. Ce sont des enzymes qui baissent son énergie d’activation pour lui permettre de réagir en douceur dans notre corps.

Question 17

Qu’est-ce que la respiration cellulaire?

Answer 17

La respiration cellulaire est l’oxydation de combustibles organiques (glucose) à l’aide d’une série d’étapes catalysées par des enzymes. Lors de certaines étapes, 2 électrons (-) et 2 protons (H+) vont être arrachés de la molécule organique. Les deux électrons et un proton seront transférés par la déshydrogénase à la coenzyme NAD+ qui va être réduite en NADH et le dernier proton sera libéré dans la solution environnante.

Question 18

Que se passe-t-il au cours de la glycolyse?

Answer 18

On arrache des hydrogènes (électrons et H+) au glucose afin de les envoyer à la chaîne de transport d’électrons. Ces hydrogènes ne se rendent pas seuls à la mitochondrie, ils sont portés par le NAD+ qui devient NADH+H+ en les acceptant. Il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction.

Question 19

Comment le NAD+ capte-t-il les hydrogènes du glucose?

Answer 19

1. Des enzymes appelées déshydrogénases retirent une paire d’atomes d’hydrogène, soit 2e- et 2H+, du substrat ;
2. Elles apportent ensuite les 2e- et 1H+ au NAD+;
3. L’autre proton (H+) est libéré dans la solution environnante ;
4. Résultat final : NADH + H+.

Question 20

Quelles sont les étapes de la respiration cellulaire?

Answer 20

Glycolyse (glucose -> pyruvate) -> oxydation du pyruvate (acétyl-CoA) -> cycle de krebs ou cycle de l’acide citrique -> électrons transférés par le NADH + H+ et la FADH2 -> phosphorylation oxydative : transport d’électrons et chimiosmose.

Voir le schéma p. 11 (notes de cours)

Question 21

Quelle est la formule de la respiration cellulaire?

Answer 21

Composés organiques + dioxygène -> dioxyde de carbone + eau + énergie

Question 22

Quelle est la structure et la fonction de la mitochondrie?

Answer 22

Structure : double membrane (membrane externe lisse et membrane interne en crêtes = complexes protéiques) ainsi que matrice (espace central qui est un liquide gélatineux et des enzymes.)
Fonction : synthèse d’ATP au niveau de la membrane interne à partir du glucose dégradé dans la matrice. Dans ce processus, les mitochondries utilisent l’O2 et libèrent le CO2 = respiration cellulaire.

Question 23

Quel est le lieu, le rôle et le fonctionnement de la glycolyse?

Answer 23

Lieu : cytosol.
Rôle : 1 glucose -> 2 pyruvates + 2 ATP + 2 H2O
Fonctionnement : la glycolyse se fait en 10 étapes qui nécessitent 10 enzymes dans le cytosol de la cellule.

N.B. la glycolyse se fait sans oxygène et il n’y a pas de libération de CO2.

Question 24

Quel est le bilan et le rendement net de la glycolyse?

Answer 24

Intrant : glucose (6C), 2 ATP, 2 NAD+ et 4 (ADP + P).
Extrant : 2PGAL (3C) -> 2 pyruvates (3C) + 2 H2O ; 2 (ADP + P) ; 2 (NADH + H+) ; 4 ATP.
Rendement net = 2 ATP + 2 (NADH + H+)

Question 25

Quel est le lieu, le rôle et le fonctionnement de l’oxydation du pyruvate?

Answer 25

Lieu : matrice mitochondriale
Rôle : 2 pyruvates (3C) -> 2 acétyls-CoA (2C) + CO2
Fonctionnement : en présence d’O2, le pyruvate entre dans la mitochondrie et libère du CO2, fait une redox (NAD -> NADH + H+) et attache la coenzyme A.

Commandité par le complexe pyruvate déshydrogénase.

Question 26

Quel est le bilan et le rendement net de l’oxydation du pyruvate?

Answer 26

Intrant : 2 pyruvates (3C) + 2 CoA ; 2 NAD+
Extrant : 2 acétyls-CoA (2C) + 2 CO2 ; 2 (NADH + H+)
Rendement net : 2 (NADH + H+)

Question 27

À quelle étape sont extraits les derniers électrons riches en énergie?

Answer 27

Le pyruvate contient encore de nombreux électrons riches en énergie. Ils sont extraits dans le cycle de Krebs, une étape de la respiration cellulaire. Le pyruvate entre dans les mitochondries et le cycle de Krebs s’effectue dans la matrice des mitochondries.

Question 28

Quel est le lieu, le rôle et le fonctionnement du cycle de Krebs?

Answer 28

Lieu : matrice mitochondriale.
Rôle : 2 acétyls-CoA (2C) -> 4 CO2 (le glucose est complètement dégradé)
Fonctionnement : les 2 acétyls-CoA entrent dans la dernière étale de la dégradation du glucose, le cycle de Krebs qui comprend 8 étapes (chacune catalysée par son enzyme spécifique.)

1 glucose = 2 tours du cycle de Krebs

Question 29

Qu’est-ce que le métabolisme?

Answer 29

Plusieurs centaines de réactions enzymatiques organisées en séries.

Question 30

Quel est le bilan et le rendement du cycle de Krebs?

Answer 30

Intrant: 2 acétyls-CoA (2C), 2 (ADP + P), 6 NAD+, 2 FAD.
Extrant: 4 CO2, 2 ATP, 6 (NADH + H+) 2 FADH2.
Rendement net: 2 ATP + 6 (NAFH + H+) + 2 FADH2

Question 31

Quel est le lieu, le rôle et le fonctionnement de la phosphorylation oxydative ?

Answer 31

Lieu: membrane interne.
Rôle: recharger le plus grand nombre d’ATP.
Fonctionnement: Étant donné que la [H+] est 100x plus grande dans l’espace intermembranaire que dans la matrice, on peut en déduire que les H+ seront portés à se déplacer et à diffuser dans la matrice en suivant leur gradient de concentration.

Le type de protéine qu’ils emploient pour passer est spécial, c’est une enzyme nommée ATP synthase. ON croit que cette enzyme porte 3 sites actifs qui font tous la même chose. Quand des H+ passent dans l’enzyme, une partie de l’enzyme tourne puis le site actif capte un ADP + P. Ensuite, toujours sous l’impulsion du passage des H+, une autre rotation permet de modifier la forme du site actif et attache l’ADP au P. Quand les derniers H+ passent, une dernière rotation modifie une fois de plus la forme du site actif et il expulse l’ATP.

À force de diffuser à travers les ATP synthase, le gradient de H+ pourrait disparaître, mais ce n’est pas le cas La membrane interne de la mitochondrie est parsemée de chaînes de transport d’électrons. Ces chaînes sont surtout constituées de groupes de protéines numérotés de I à IV, capables de prendre les H+ de la matrice et de les retourner dans l’espace membranaire.

Puisque ce transport se fait contre le gradient de H+, il a besoin d’énergie: elle provient des réactions d’oxydoréduction.

Question 32

Qu’est-ce que la chimiosmose?

Answer 32

Le processus par lequel l’ATP est formé quand les H+ diffusent dans l’ATP synthase se nomme chimiosmose. C’est le couplage de la phosphorylation de l’ADP en ATP synthase en utilisant l’énergie libérée par la dissipation d’un gradient de H+ à travers une membrane.

Question 33

Qu’est-ce que la force protonmotrice?

Answer 33

L’énergie est emmagasinée sous forme de gradient électrochimique de part et d’autre de la membrane.

Question 34

Qu’est-ce que la phosphorylation oxydative?

Answer 34

Le couplage de la chaîne de transport d’électrons à la synthèse de l’ATP par la chimiosmose = phosphorylation oxydative.

Question 35

Quel est le rendement de la respiration cellulaire aérobie?

Answer 35

30 à 32 moles d’ATP (2 ATP glycolyse, 2 ATP grâce à la phosphorylation au niveau du substrat dans le cycle de krebs et 26 à 28 ATP par phosphorylation oxydative, selon la navette qui transporte les électrons du NADH venant du cytosol)

Question 36

Quelles sont les règles pour faire le calcul de la respiration cellulaire aérobie?

Answer 36

1 NADH + H+ permet de recharger 2,5 ATP.

1 FADH2 permet de recharger 1,5 ATP (contribue en moins grande partie au gradient H+)

Question 37

Quel est le bilan de la phosphorylation oxydative en ce qui a trait aux ATP produits?

Answer 37

Si navette NADH : 10 (NADH +H+) x 2,5 ATP = 25 ATP. 2 (FADH2) X 1,5 ATP = 3 ATP. Total = 28 ATP.
Si navette FADH2 : 8 (NADH + H+) X 2,5 ATP = 20 ATP. 4 (FADH2) X 1,5 ATP = 6 ATP. Total = 26 ATP.

Question 38

Que produit l’ensemble de la respiration cellulaire?

Answer 38

28 ATP + 4 ATP (glycolyse et cycle de Krebs) = 32 ATP ou 26 ATP + 4 ATP (glycolyse et cycle de Krebs) = 30 ATP.

Question 39

Qu’est-ce que la rétro-inhibition?

Answer 39

Produit une réponse contraire un stimulus ; principal mécanisme de régulation du corps ; pression sanguine, glycémie, température corporelle, pH sanguin.

Question 40

Qu’est-ce que la rétro-activation?

Answer 40

Produit une réponse allant dans le même sens que le stimulus ; plus rare ; allaitement et accouchement.

Question 41

Quelles sont les trois sortes d’inhibiteurs?

Answer 41

Liaison normale : Un substrat peut normalement se lier au site actif de l’enzyme.
Inhibition compétitive : Un inhibiteur compétitif imite le substrat et entre en compétition pour le site actif d’une enzyme.
Inhibition non-compétitive : un inhibiteur non compétitif se lie à l’enzyme à un endroit éloigné du site actif, mais il altère la forme de l’enzyme, même si le substrat peut encore se lier au site actif de l’enzyme, celui-ci fonctionne moins bien.

Question 42

Que se passe-t-il avec le pyruvate en absence d’O2 ?

Answer 42

La fermentation. Il y a formation d’éthanol, de lactate ou d’autres produits.

Question 43

Quels sont les deux types de mécanisme permettant de générer de l’ATP en absence d’oxygène ?

Answer 43

Ce sont deux processus de fermentation: la fermentation lactique et la fermentation alcoolique.

Question 44

Qu’est-ce que la fermentation alcoolique?

Answer 44

Dans l’industrie de la bière, on déclenche la fermentation alcoolique au moyen de levures, des microorganismes appartenant au règne des mycètes. Beaucoup de bactéries réalisent aussi de la fermentation alcoolique.

Question 45

Comme il n’y a pas d’O2, la mitochondrie est fermée. Comment la fermentation peut-elle produire de l’ATP?

Answer 45

Le pyruvate, produit final de la glycolyse, sert d’accepteur d’électrons pour l’oxydation du NADH + H+ en NAD+. Le NAD+ peut ensuite servir de nouveau à l’oxydation du glucose pendant la glycolyse qui, par phosphorylation au niveau du substrat, a un rendement net de 2 ATP.

Question 46

La fermentation est-elle efficace?

Answer 46

Pas efficace en ATP mais plus efficace à court terme, car moins longue à faire.

Question 47

Qu’est-ce que la fermentation lactique?

Answer 47

Dans l’industrie laitière, la fermentation lactique par des mycètes et des bactéries donne des fromages et du yogourt. Les cellules musculaires humaines produisent de l’ATP par fermentation lactique lorsque l’O2 se fait rare, notamment pendant les premières minutes d’un exercice exigeant, quand le glucose se fait dégrader plus rapidement que l’oxygène ne parvient aux muscles. Le lactate qui s’accumule dans les muscles peut causer de la fatigue et de la douleur, mais la circulation le transporte graduellement au foie, qui le convertit en pyruvate.

Question 48

Quelle est la quantité d’énergie libérée par la réaction catabolique exergonique du glucose?

Answer 48

2870 kJ/mole de glucose dégradé, delta G = -2870 kJ/mol

Un delta G négatif indique que les produits de la réaction chimique renferment moins d’énergie que les réactifs, l’énergie étant donc libre pour effectuer un travail.

Question 49

Qu’est-ce que la phosphorylation au niveau du substrat?

Answer 49

Une partie de l’ATP est produite grâce au transfert enzymatique direct d’un groupement phosphate provenant d’un substrat organique à de l’ADP.