Chapitre 5 Respiration Cellulaire Aérobie et Fermentation PDF

Chapitre 5 Respiration cellulaire aérobie et fermentation 5.1 Caractéristiques générales 5.2 Étude détaillée 101-SN1-RE Automne 2024 Andréa Serres 1 Objectifs d’étude Comprendre l’équati...

Chapitre 5 Respiration cellulaire aérobie et fermentation 5.1 Caractéristiques générales 5.2 Étude détaillée 101-SN1-RE Automne 2024 Andréa Serres 1 Objectifs d’étude Comprendre l’équation résumée de la respiration cellulaire aérobie en discutant de la provenance ou du sort de ses différentes composantes. Dans le tableau bilan d’ATP, associer les étapes de la respiration cellulaire à l’hydrolyse de l’ATP ainsi qu’aux 2 mécanismes de phosphorylation de l’ADP en ATP : Phosphorylation oxydative et phosphorylation au niveau du substrat. Associer les différentes parties de la cellule et de la mitochondrie à la bonne étape dans la respiration cellulaire. Faire ressortir l’essentiel des étapes de l’oxydation d’une molécule de glucose par respiration cellulaire aérobie dans une cellule : glycolyse, oxydation du pyruvate, cycle de l’acide citrique, phosphorylation oxydative. À partir du tableau bilan d’ATP, établir le bilan en ATP du catabolisme complet (lors de la respiration cellulaire aérobie) de : monosaccharides et disaccharides, acide gras, glycérol, triglycérides, acides aminés et petits peptides. Expliquer pourquoi le bilan aérobique en ATP pour une molécule de glucose est 30 à 32 ATP. Expliquer le fonctionnement et le résultat de la fermentation alcoolique et de la fermentation lactique. Comparer la fermentation alcoolique et la fermentation lactique. Comparer la respiration cellulaire aérobie et la fermentation selon : - Conditions en O2 de l’environnement - Étapes - Molécules réduites et molécules oxydées - Production d’ATP par phosphorylation oxydative ou au niveau du substrat - Parties de la cellule ou de la mitochondrie - Bilan d’ATP 2  Campbell - Biologie (5e éd.), p.180 5.1. Respiration cellulaire aérobie Équation résumée Qu’est-ce que c’est ? ________________________ Provenance : nourriture ou réserves de l’organisme Provenance : air atmosphérique (produit par la photosynthèse) C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Énergie Sort : air atmosphérique (utilisé pour la photosynthèse) Utilité : utilisation variée pour l’organisme Sous quelle forme? _________________ Utilité : utilisation pour les travaux cellulaires 3 5.1 Caractéristiques générales Ces électrons iront a) Oxydoréduction et synthèse d’ATP alimenter la synthèse d’ATP grâce à des Oxydation transporteurs d’électrons Perte d’électrons C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H20 + ATP Gain d’électrons Réduction de 2 façons TRUC! Les électrons (e-) ne voyagent jamais seul ! Ils voyagent toujours accompagné de protons (H+) Par qui le suivent de très près. Ce qui phosphorylation permet… Donc, pour suivre le voyage des électrons lors de oxydative réactions d’oxydo-réduction, il suffit de suivre les Par phosphorylation mouvements de H d’une molécule à l’autre!!! au niveau du substrat 4 5.1 Caractéristiques générales e- = électron a) Oxydoréduction et synthèse d’ATP Agent réducteur Agent oxydant 5 À vos neurones… Cette molécule contient-elle des H2 Molécules Donc est-elle réduite ou oxydée? ??? C6H12O6 O2 CO2 H2 O 6 5.1 Caractéristiques générales C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H20 + ATP a) Oxydoréduction et synthèse d’ATP Comment se fait le transfert des électrons? Le NAD+ est… Un agent oxydant Le transporteur d’électrons Urry et al., Fig. 9.4, p. 182 7 5.1 Caractéristiques générales a) Oxydoréduction et synthèse d’ATP Phosphorylation oxydative 90% de la production d’ATP de la respiration cellulaire Urry et al., Fig. 9.5, p. 183 8 5.1 Caractéristiques générales a) Oxydoréduction et synthèse d’ATP 10% de la production d’ATP Phosphorylation au de la respiration niveau du substrat cellulaire Urry et al., Fig. 9.7, p. 185 9 5.1 Caractéristiques générales b) Mitochondrie Double membrane Urry et al., Fig. 9.6, p. 184 10 5.1 Caractéristiques générales c) Vue d’ensemble – Respiration cellulaire aérobie Grandes étapes 2. 4. 1. 3. 30 à 32 ATP par + + = mole de glucose 11 Urry et al., Fig. 9.6, p. 184 5.1 Caractéristiques générales c) Vue d’ensemble – Fermentation Dégradation complète des molécules organiques Fermentation = prolongement de la glycolyse pour régénérer le NAD+ Dégradation INcomplète des molécules organiques Urry et al., Fig. 9.18, p. 297 12 5.2 Étude détaillée Séquence suivie par l’énergie emmagasinée dans les électrons: Glucose → NADH + H+ → chaîne transport → force protonmotrice → ATP Chaque mole de glucose est oxydée en 6 moles de CO2 13 5.2 Étude détaillée Aperçu de la Glycolyse Dépense d’ATP pour phosphoryler le glucose (augmenter sa réactivité) Production d’ATP par Phosphorylation au niveau du substrat Réduction du NAD+ pour alimenter la chaîne de transport d’électrons 14 Urry et al., Fig. 9.8, p. 185 5.2 Étude détaillée Glycolyse Cette image sera fournie à l’examen P de l’ATP au glucose Conversion Transfert un P de Fructose est en isomères: l’ATP au Fructose scindé en deux Augmente la (sur carbone 1) isomères à 3C Conversion réversible réactivité chimique Glucose-6-P de ces deux isomères du glucose en (jamais à l’équilibre) Fructose-6-P PGAL sert de substrat pour la suite Urry et al., Fig. 9.9, p. 186 15 5.2 Étude détaillée Glycolyse a/n = au niveau Cette image sera fournie à l’examen 1. Oxydation du PGAL Phosphorylation a/n du Déplacement Formation d’une Phosphorylation (transfert é et H+ au substrat: du double liaison a/n du substrat: NAD+) P ajouté à l’étape 6 groupement (H2O éliminé) Transfert du 2. Énergie libérée → transféré à l’ADP P groupement P du fixation d’un Pi au PEP à l’ADP = substrat oxydé formation du pyruvate 1 glucose = 2 molécules de pyruvate Urry et al., Fig. 9.9, p. 187 16 Bilan : Complétez le tableau pour la glycolyse Glucose Phosphorylation oxydative TOTAL EN ATP STADES DE LA RESPIRATION CELLULAIRE AÉROBIE Hydrolyse Phosphorylation au ↓ d’ATP niveau du substrat NADH + H+ FADH2 β-oxydation : coupures d’un acide gras − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = _______ Investissement d’énergie − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Glycolyse Libération d’énergie − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Oxydation du pyruvate − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ①à③ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes Cycle de l’acide citrique ④à⑥ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ⑦ et ⑧ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Note importante : chaque NADH permet la production de 2,5 ATP et chaque FADH2 la production de 1,5 ATP 17 Bilan : Complétez le tableau pour la glycolyse Glucose Phosphorylation oxydative TOTAL EN ATP STADES DE LA RESPIRATION CELLULAIRE AÉROBIE Hydrolyse Phosphorylation au ↓ d’ATP niveau du substrat NADH + H+ FADH2 β-oxydation : coupures d’un acide gras − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = _______ Glycolyse Investissement d’énergie 2 − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 -2 = ______ Libération d’énergie − _______ 4 + _______ 2 + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 9 = ______ Oxydation du pyruvate − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ①à③ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes Cycle de l’acide citrique ④à⑥ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ⑦ et ⑧ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Note importante : chaque NADH permet la production de 2,5 ATP et chaque FADH2 la production de 1,5 ATP 18 5.2 Étude détaillée 2. Oxydation du fragment restant à 2C en Acétate (non montré sur la figure) Oxydation du 3. Coenzyme A s’attache à pyruvate acétate par son groupement S = Acétyl-CoA (entre glycolyse et cycle de l’Acide citrique) 1. Élimination du COO- et libéré sous forme de CO2 2 molécules de pyruvate = Molécule à 2 Acétyl-CoA forte énergie Urry et al., Fig. 9.10, p. 186 potentielle 19 Bilan : Complétez le tableau pour l’oxydation du pyruvate Glucose Phosphorylation oxydative TOTAL EN ATP STADES DE LA RESPIRATION CELLULAIRE AÉROBIE Hydrolyse Phosphorylation au ↓ d’ATP niveau du substrat NADH + H+ FADH2 β-oxydation : coupures d’un acide gras − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = _______ Glycolyse Investissement d’énergie 2 − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 -2 = ______ Libération d’énergie − _______ 4 + _______ 2 + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 9 = ______ Oxydation du pyruvate − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ①à③ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes Cycle de l’acide citrique ④à⑥ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ⑦ et ⑧ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Note importante : chaque NADH permet la production de 2,5 ATP et chaque FADH2 la production de 1,5 ATP 20 Bilan : Complétez le tableau pour l’oxydation du pyruvate Glucose Phosphorylation oxydative TOTAL EN ATP STADES DE LA RESPIRATION CELLULAIRE AÉROBIE Hydrolyse Phosphorylation au ↓ d’ATP niveau du substrat NADH + H+ FADH2 β-oxydation : coupures d’un acide gras − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = _______ Glycolyse Investissement d’énergie 2 − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 -2 = ______ Libération d’énergie − _______ 4 + _______ 2 + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 9 = ______ Oxydation du pyruvate − _______ + _______ 2 X 2,5 + _______ + _______ X 1,5 5 = ______ Étapes ①à③ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes Cycle de l’acide citrique ④à⑥ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ⑦ et ⑧ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Note importante : chaque NADH permet la production de 2,5 ATP et chaque FADH2 la production de 1,5 ATP 21 5.2 Étude détaillée Aperçu du cycle de l’acide citrique 1 ATP par phosphorylation a/n du substrat Beaucoup d’énergie chimique transférée au NAD+ et au FAD pour aller alimenter la chaine de transport d’électrons (donc la phosphorylation oxydative) Urry et al., Fig. 9.11, p. 187 22 5.2 Étude détaillée Acétyl-CoA (2C) + Oxaloacétate (4C) = citrate (6C) Citrate converti en un isomère (relocalisation du – Cycle de OH pour faciliter les Malate oxydé = l’acide régénération de oxydations à venir) citrique l’oxaloactétate Isocitrate oxydé = Ajout d’H2O = bris de la réduction du NAD+ Entrée du double liaison et en NADH carbone formation du malate dans le cycle Perte d’une via l’Acétyl- molécule de CO2 CoA - Perte de CO2 - Composé résiduel à 4C Oxydation du oxydé succinate = - Liaison de la coenzyme formation du A = devient très réactif FADH2 Coenzyme A délogée par Pi (qui formera du GTP) Urry et al., Fig. 9.12, p. 188 Fig. 9.12, p. 192 23 Bilan : Complétez le tableau pour le cycle de l’acide citrique Glucose Phosphorylation oxydative TOTAL EN ATP STADES DE LA RESPIRATION CELLULAIRE AÉROBIE Hydrolyse Phosphorylation au ↓ d’ATP niveau du substrat NADH + H+ FADH2 β-oxydation : coupures d’un acide gras − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = _______ Glycolyse Investissement d’énergie 2 − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 -2 = ______ Libération d’énergie − _______ 4 + _______ 2 + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 9 = ______ Oxydation du pyruvate − _______ + _______ 2 X 2,5 + _______ + _______ X 1,5 5 = ______ Étapes ①à③ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes Cycle de l’acide citrique ④à⑥ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Étapes ⑦ et ⑧ − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = ______ Note importante : chaque NADH permet la production de 2,5 ATP et chaque FADH2 la production de 1,5 ATP 24 Bilan : Complétez le tableau pour le cycle de l’acide citrique Glucose Phosphorylation oxydative TOTAL EN ATP STADES DE LA RESPIRATION CELLULAIRE AÉROBIE Hydrolyse Phosphorylation au ↓ d’ATP niveau du substrat NADH + H+ FADH2 β-oxydation : coupures d’un acide gras − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 = _______ Glycolyse Investissement d’énergie 2 − _______ + _______ + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 -2 = ______ Libération d’énergie − _______ 4 + _______ 2 + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 9 = ______ Oxydation du pyruvate − _______ + _______ 2 X 2,5 + _______ + _______ X 1,5 5 = ______ Étapes ①à③ − _______ + _______ 2 + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 5 = ______ Étapes Cycle de l’acide citrique ④à⑥ − _______ 2 + _______ 2 + _______ X 2,5 2 + _______ X 1,5 10 = ______ Étapes ⑦ et ⑧ − _______ + _______ 2 + _______ X 2,5 + _______ X 1,5 5 = ______ 32 Note importante : chaque NADH permet la production de 2,5 ATP et chaque FADH2 la production de 1,5 ATP 25 5.2 Étude détaillée Phosphorylation oxydative - Enchâssée dans la membrane interne de la mitochondrie - Faites de protéines regroupées en complexes numérotés de I à IV - Les transporteurs d’électrons oscillent entre l’état réduit et l’état oxydé Très électronégatif Urry et al., Fig. 9.13, p. 190 26 5.2 Étude détaillée Chaîne de transport des é couplée à la chimiosmose Chimiosmose: l’énergie emmagasinée sous forme de gradient électrochimique de part et d’autre d’une membrane est utilisée pour un travail cellulaire Urry et al., Fig. 9.15, p. 192 27 5.2 Étude détaillée Urry et al., Fig. 9.16, p. 197 28 5.2 Étude détaillée Fermentation Fermentation alcoolique 1 2 Réduction pour: Urry et al., Fig. 9.17, p. 196 29 5.2 Étude détaillée Fermentation Fermentation lactique Sans libération de CO2 Urry et al., Fig. 9.17, p. 196 30 5.2 Étude détaillée Comparaison Comparaison RCA et Fermentation fermentation / resp. cell. aérobie Glycolyse Glycolyse 2 moles d’ATP 2 moles d’ATP (phosphorylation a/n substrat) (phosphorylation a/n substrat) Agent oxydant: NAD+ Agent oxydant: NAD+ Cycle de l’acide citrique 2 moles d’ATP (phosphorylation a/n substrat) Urry et al., Fig. 9.18, p. 197 Régénération NAD+ Régénération NAD+ Production de lactate ou éthanol Chaîne de transport d’é Dernier Accepteur d’é: pyruvate ou acétaldéhyde accepteur d’é = O2 Sans production d’ATP 26-28 moles d’ATP (Phosphorylation oxydative) Bilan ATP: 2 moles 30-32 moles 31 5.2 Étude détaillée Autres voies métaboliques Acyl-coA SUCRES FAD FADH2 NAD+ Le glucose soumis à la NADH + H+ Acyl-coA glycolyse provient de (-2C) diverses sources de glucides transformés en glucose Urry et al., Fig. 9.19 modifiée, p.198 32 5.2 Étude détaillée Autres voies métaboliques PROTÉINES Acyl-coA Protéines dégradées en leurs acides FAD aminés constituants FADH2 NAD+ NADH + H+ Enzymes convertissent a.a. en divers Acyl-coA intermédiaires de la glycolyse ou du (-2C) cycle de l’acide citrique Doivent d’abord subir une désamination Urry et al., Fig. 9.19 modifiée, p.198 33 5.2 Étude détaillée Autres voies métaboliques LIPIDES Acyl-coA Lipides des aliments ou stockés dans FAD tissus adipeux FADH2 NAD+ NADH + H+ Digestion des lipides = glycérol et Acyl-coA acides gras (-2C) Glycérol: transformé en PGAL Beta-Oxydation Acides gras: dégradés en mol. à 2C qui entrent dans le cycle sous forme d’acétyl-CoA Urry et al., Fig. 9.19 modifiée, p.198 34 5.2 Étude détaillée Autres voies métaboliques Produits de la Beta-Oxydation Acyl-coA FAD Pour compter combien d’Acétyl-CoA FADH2 NAD+ seront formés: n/2 NADH + H+ Acyl-coA Pour compter combien de FADH2 et NADH (-2C) seront formés : (n/2)-1 Beta-Oxydation n = nombre d’atomes de C de l’acide gras Urry et al., Fig. 9.19 modifiée, p.198 35 Pour le prochain cours Faire le devoir formatif 5 Faire les lectures sur le cours 6 36