Chapitre 6 – Respiration cellulaire et fermentation

Question 1

Quelle est l’équation résumée de la respiration cellulaire?

Answer 1

C6H12O6 + O2 –> 6 CO2 + 6 H2O + Énergie

Question 2

Qu’est-ce que le C6H12O6? D’où provient-il?

Answer 2

C’est du glucose qui a été produit, à la base, par la photosynthèse. On ingère le glucose par l’entremise de notre tube digestif et il est transporté par notre sang jusqu’à toutes nos cellules de notre organisme.

Question 3

D’où provient le O2 requis par la respiration cellulaire? Comment est-il produit?

Answer 3

Le dioxygène se trouve dans l’air atmosphérique et il est produit par la photosynthèse. On inspire le O2 par nos poumons et il se lie à l’hémoglobine de nos globules rouges qui le transporte donc par le sang à toutes les cellules de notre organisme.

Question 4

Qu’arrive-t-il au CO2 et H2O produits par la respiration cellulaire?

Answer 4

Ces produits rejoignent la circulation sanguine et sont excrétés. Le CO2 est excrété par les poumons alors que le surplus d’eau est excrété par les reins.

Question 5

Quelle est l’énergie libérée par la respiration cellulaire?

Answer 5

L’énergie libérée par la dégradation des biomolécules est de l’énergie thermique (une manifestation d’énergie cinétique). Environ 40% de cette énergie est captée pour la formation d’ATP à partir d’ADP et de Pi.

Question 6

Qu’est-ce que l’hydrolyse de l’ATP?

Answer 6

C’est lorsqu’une molécule d’eau permet de briser le lien entre le deuxième et le troisième phosphate de l’ATP pour créer de l’ADP et un Pi. Comme l’ADP et le Pi sont plus stables que l’ATP, cette réaction est exothermique et libère de l’énergie.

Question 7

À quoi sert l’hydrolyse de l’ATP?

Answer 7

Cette réaction libère de l’énergie qui peut être captée par les composantes de la cellule afin de produire un travail (chimique, transport ou mécanique).

Question 8

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

Answer 8

C’est la synthèse d’ATP à partir d’une enzyme. Une enzyme enlève un groupement phosphate d’un substrat et le transfert à l’ADP afin de former de l’ATP. Comme l’ATP est moins stable que l’ADP et le Pi, cette réaction est endothermique et absorbe de l’énergie.

Question 9

Qu’est-ce que la phosphorylation oxidative?

Answer 9

C’est la synthèse d’ATP grâce à la chaîne de transport d’électrons (réactions d’oxydoréduction) et de la chimiosmose.

Question 10

Lequel de l’oxydant et du réducteur a tendance à capter ou à libérer un électron?

Answer 10

• Oxydant : tendance à capter un électron
• Réducteur : tendance à libérer un électron

Question 11

Quelle substance est réduite et laquelle est oxydée?

Answer 11

• Oxydant : est réduit lorsqu’il capte un électron
  (Truc : Il gagne un électron, une charge négative, il est donc réduit, car sa charge électrique diminue)
• Réducteur : est oxydé lorsqu’il libère un électron

Question 12

Vrai ou faux? Mise à part la glycolyse, toutes les réactions de la respiration cellulaire aérobie se font dans le cytoplasme.

Answer 12

Faux. C’est l’inverse! Toutes les réactions se font dans la mitochondrie (matrice mitochondriale) mise à part la glycolyse et la béta-oxydation qui se font dans le cytoplasme.

Question 13

Vrai ou faux? La fermentation se fait dans la mitochondrie.

Answer 13

Faux. La fermentation se produit juste après la glycolyse qui s’effectue dans le cytoplasme. La fermentation s’effectue si la cellule ne peut pas faire de respiration cellulaire parce qu’il n’y a pas de O2. Comme la fermentation se fait sans O2, elle se fait donc dans le cytoplasme.

Question 14

Quelles sont les 4 étapes de la respiration cellulaire dans l’ordre et en quoi consistent-elles (rendement net)?

Answer 14

1) Glycolyse : 1 glucose donne 2 pyruvate (et 2 ATP et 2 NADH)
2) Oxydation du pyruvate : 1 pyruvate donne 1 acétyl-CoA (et 1 NADH et 1 CO2)
3) Cycle de Krebs (ou cycle de l’acide citrique) : 1 acétyl-CoA donne 1 ATP, 1 FADH2, 3 NADH et 2 CO2.
4) Phosphorylation oxydative (se fait en parallèle des trois autres étapes) : 1 FADH2 donne 1,5 ATP et 1 NADH donne 2,5 ATP par chaîne de transport d’électron suivie de chimiosmose

Question 15

Quelles sont les deux phases de la glycolyse? En quoi consistent-elles?

Answer 15

a) Phase d’investissement d’énergie : 1 glucose + 2 ATP donnent 2 PGAL
b) Phase de libération d’énergie : chaque PGAL est transformé en pyruvate et donne 2 ATP et 1 NADH chacun (par pyruvate)

Question 16

Retracez ce qui arrive à la chaîne carbonée du glucose tout au long de la respiration cellulaire.

Answer 16

1 glucose (6C) = 2 PGAL (3C) = 2 pyruvate (3C) = 2 acétyl-CoA (2C) + 2 CO2 = 4 CO2

Question 17

À partir de quelle étape de la respiration cellulaire est-ce que le processus se fait dans la mitochondrie? Quelle molécule atteint la mitochondrie en premier et comment?

Answer 17

La respiration cellulaire se fait dans la mitochondrie en commençant par l’étape de l’oxydation du pyruvate. C’est le pyruvate qui entre dans la mitochondrie par un transporteur.

Avant l’oxydation du pyruvate, il y a la glycolyse (qui produit deux pyruvate à partir d’un glucose) et celle-ci se fait donc dans le cytoplasme.

Question 18

Une mole de glucose donne combien de moles de PGAL?

Answer 18

2 moles de PGAL

Question 19

Une mole de glucose donne combien de moles de pyruvate?

Answer 19

2 moles de pyruvate

Question 20

Une mole de glucose donne combien de moles d’acétyl-CoA?

Answer 20

2 moles d’acétyl-CoA

Question 21

Une molécule de glucose va engendrer combien de tours dans le cycle de Krebs?

Answer 21

2 tours (un tour par molécule d’acétyl-coA)

Question 22

Expliquez comment la phosphorylation oxydative permet de faire de l’ATP?

Answer 22

Le NADH et le FADH2 sont des transporteurs d’électrons. Ils transportent les électrons provenant des réactions métaboliques de la respiration cellulaire vers la chaîne de transport d’électron. Cette chaîne est une suite de molécules incrustées dans la membrane interne de la mitochondrie qui permet de transférer les électrons d’une molécule à une autre par réactions d’oxydoréduction. À chaque transfert, l’électron devient plus stable et il perd donc de l’énergie potentielle. Cette énergie permet aux protons de traverser la membrane contre leur gradient de concentration de la matrice mitochondriale vers l’espace intermembranaire. Par la suite, les protons suivent leur gradient de concentration pour retourner passivement (sans dépense d’énergie) dans la matrice mitochondriale. Pour ce faire, ils passent par l’ATP synthase, une enzyme dans la membrane qui couple le passage des protons à la synthèse d’ATP. C’est la chimiosmose.

Question 23

Comment est-ce que les triglycérides (lipides) peuvent être utilisés pour faire de l’ATP?

Answer 23

Un triglycéride se décompose en un glycérol et trois acides gras.

Chaque glycérol est ensuite transformé en un PGAL et le PGAL est métabolisé normalement en suivant les étapes restantes de la glycolyse, etc.

Chaque acide gras est coupé en Acyl-CoA (2 C) qui sont transformés en Acétyl-CoA (2 C). Chaque molécule d’acétyl-CoA parcourt le cycle de Krebs, mais pas les réactions précédentes (ex. : glycolyse). Il y aura n/2 molécules d’acétyl-CoA produites pour un acide gras de n atomes de carbone. De plus, chaque coupure (n/2 - 1) générera 1 NADH et 1 FADH2 qui produira de l’ATP par phosphorylation oxydative.

Question 24

Comment est-ce que les acides aminés permettent de générer de l’ATP?

Answer 24

Les acides aminés (20 différents!) seront transformés en un produit de la respiration cellulaire (l’information sera fournie lors de l’examen). Il suffit de suivre les prochaines réactions de la respiration cellulaire afin de savoir ce qui sera produit pour un acide aminé donné. Par exemple, un acide aminé pourrait être transformé en Succinyl-CoA.

Question 25

Pourquoi est-ce que le bilan total en ATP du métabolisme est un intervalle de valeurs (par exemple de 30 à 32 ATP pour un glucose) et non une valeur précise?

Answer 25

À cause que le NADH produit pas la glycolyse peut être transformé en FADH2 lors de son entrée dans la mitochondrie et que celui-ci permet de produire moins d’ATP par phosphorylation oxydative que le NADH (1,5 ATP par FADH2 va 2,5 ATP par NADH). On estime donc le nombre d’ATP produit par la phosphorylation oxydative entre 30 (si les deux NADH sont transformés en FADH2) et 32 (si les deux NADH demeurent des NADH).

Question 26

Combien d’ATP est-ce que le NADH et le FADH2 permettent de former chacun lors de la phosphorylation oxydative?

Answer 26

a) NADH : 2,5 ATP
b) FADH2 : 1,5 ATP

Question 27

Pourquoi est-ce que le NADH et le FADH2 ne font pas un nombre entier d’ATP (ex. : 1 ou 2 ou 3)?

Answer 27

Parce qu’il s’agît d’une moyenne. On estime qu’en moyenne chaque mole de NADH permettra de produire 2,5 moles d’ATP par phosphorylation oxydative. En effet, le NADH ne sert qu’à établir le gradient de proton et c’est ce dernier qui permet de générer de l’ATP. (chaque proton qui traverse la membrane de façon passive active l’ATP synthase qui produit alors un ATP par proton environ) et il est difficile d’établir avec précision la « qualité » du gradient de protons formé grâce à l’énergie potentielle libérée par les électrons lors des réactions d’oxydo-réduction de la chaîne de transport d’électrons.

Question 28

Est-ce que la respiration cellulaire aérobie peut se faire en absence d’oxygène? Pourquoi?

Answer 28

Non. Parce que l’oxygène est l’accepteur final d’électron. Sans oxygène, le métabolisme ne peut plus tourner (accumulation des électrons, car aucune molécule ne peut les prendre).

Question 29

Qu’est-ce que la cellule fait en absence d’oxygène pour poursuivre son métabolisme?

Answer 29

De la fermentation.

Question 30

Est-ce que la fermentation fait de l’ATP supplémentaire?

Answer 30

Non, seul l’ATP de la glycolyse (étape qui se fait dans le cytoplasme sans O2) est produit.

Question 31

Si la fermentation ne fait pas d’ATP, en quoi est-ce utile pour la cellule?

Answer 31

La fermentation permet de transformer le pyruvate en alcool ou en lactate afin d’empêcher que le pyruvate ne s’accumule. Ceci permet à la cellule de continuer à faire de l’ATP par l’entremise de la glycolyse. (Si le pyruvate s’accumule, la glycolyse ne pourrait éventuellement plus se produire et il n’y aurait plus de production d’ATP du tout.)

Question 32

Quels sont les deux types de fermentation?

Answer 32

a) Fermentation alcoolique
b) Fermentation lactique

Question 33

Situez dans le temps la fermentation selon la glycolyse.

Answer 33

La fermentation se produit après la glycolyse (s’il n’y a pas d’oxygène présent, sinon le pyruvate est oxydé en acétyl-CoA et le cycle de Krebs se déroule).

Question 34

En quoi le pyruvate est transformé dans la fermentation alcoolique vs lactique?

Answer 34

Pour un glucose :
a) Fermentation alcoolique : 2 pyruvate donne 2 acétaldéhyde (+ 2 CO2) qui donne 2 éthanol
b) Fermentation lactique : 2 pyruvate donne 2 lactate directement

Question 35

Qu’arrive-t-il au NADH produit par la glycolyse lors de la fermentation?

Answer 35

Le NADH est utilisé pour transformer le pyruvate en lactate (ou l’acétaldéhyde en éthanol). Il fournit des électrons à la réaction.

Question 36

Quels types d’organismes peuvent faire de la fermentation alcoolique? Et lactique?

Answer 36

a) Alcoolique : Levures, bactéries et plantes
b) Lactique : Bactéries et certains animaux (muscles)

Question 37

Quel type de fermentation produit du gaz (du CO2)?

Answer 37

La fermentation alcoolique.

Question 38

Quel est le rôle premier des molécules de FADH2, de NADH et de NADPH?

Answer 38

Ce sont des transporteurs d’électrons.