Les fermentations et la comparaison respiration-fermentation
Du vin de palme au yaourt : quand la cellule dégrade le glucose sans dioxygène, et pourquoi elle y gagne si peu.
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Les fermentations et la comparaison respiration-fermentation
Module I : Le monde vivantSéquence 1 : Quelques voies de régénération de l’énergie par les organismesSéances 5-6 : Exemples de fermentation ; comparaison respiration-fermentation
💡 Idée principale : en l’absence de dioxygène, certaines cellules dégradent le glucose incomplètement : c’est la fermentation (alcoolique, lactique…). Elle se déroule dans le hyaloplasme, laisse un déchet encore riche en énergie (éthanol, acide lactique) et ne fournit que 2 ATP par glucose, contre environ 38 pour la respiration.
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Étapes résumées
Les levures respirent avec O₂ et fermentent sans O₂ : elles produisent alors éthanol et CO₂.
À Bafoussam, Maman Ngassa recueille le vin de palme le matin : il est doux et sucré. Le soir, il est devenu pétillant et beaucoup plus alcoolisé. Son fils Brice, élève de 1ère C, remarque que la calebasse fermée gonfle et que de fines bulles s’échappent. Au même moment, après un match, il ressent une brûlure dans les cuisses ; son entraîneur parle d’« acide lactique ».
Consignes :
Relève les deux phénomènes biologiques évoqués.
Quels êtres vivants transforment le sucre du vin de palme ? Que produisent-ils ?
Quel point commun y a-t-il entre le vin de palme et le muscle de Brice ?
Compétence visée
Améliorer la production de l’énergie par l’organisme et valoriser les fermentations dans l’alimentation et l’artisanat locaux.
Objectifs de la leçon
Mettre en évidence la fermentation alcoolique chez la levure.
Décrire quelques exemples de fermentation et écrire leurs équations.
Comparer respiration et fermentation (conditions, produits, rendement).
le problèmel’objectifles levures
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Mise en évidence de la fermentation chez la levure
Activité 1 : la levure avec et sans air (TP)
On place la même quantité de levure de boulanger dans deux flacons contenant une solution de glucose à 30 °C. Le flacon A est aéré en permanence ; le flacon B est fermé et privé d’air. Le gaz dégagé barbote dans l’eau de chaux.
Document 1 : montage expérimental.
Dans quel flacon l’eau de chaux se trouble-t-elle ? Que montre ce trouble ?
Le flacon B sent l’alcool. Que peut-on en conclure ?
Ce qu’il faut comprendre : l’eau de chaux se trouble dans les deux cas : la levure dégage du CO₂ avec ou sans air. En présence d’air, elle respire. Privée d’air, elle produit de l’éthanol : elle réalise une fermentation alcoolique. La levure est un organisme aéro-anaérobie facultatif.
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Activité 2 : levure et quantité de sucre consommé
Pour 100 g de glucose consommé
Aérobiose (flacon A)
Anaérobiose (flacon B)
Levure formée (g)
25
2
Éthanol produit (g)
0
48
CO₂ dégagé
beaucoup
moins
Durée pour consommer le glucose
longue
très courte
Document 2 : résultats (valeurs arrondies, d’après les expériences de Pasteur).
Dans quel cas la levure se multiplie-t-elle le plus ?
Pourquoi la levure consomme-t-elle plus vite le glucose sans air ?
Ce qu’il faut comprendre : sans air, la levure se multiplie peu : elle récupère peu d’énergie par molécule de glucose. Elle doit donc dégrader beaucoup plus de glucose pour couvrir ses besoins. Une grande partie de l’énergie reste piégée dans l’éthanol, qui est encore combustible.
le glucosela glycémiele pain
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Quelques exemples de fermentation
1. Le devenir du pyruvate selon les conditions
Document 3 : respiration et fermentations ont la glycolyse en commun.
Les fermentations autour de nous
Alcoolique
Levures : vin de palme, bili-bili (bière de mil), odontol, pâte à beignets qui lève, pain.
Lactique
Bactéries lactiques : yaourt, lait caillé (pendam), bâton et couscous de manioc rouis.
Dans le muscle
Lors d’un effort intense, le muscle manque d’O₂ et produit de l’acide lactique.
Acétique
Des bactéries transforment l’éthanol en acide acétique : le vin de palme vieilli tourne au vinaigre.
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2. Les équations-bilans
Alcoolique : C6H12O6 ⟶ 2 C2H5OH + 2 CO2 + énergie (2 ATP) Lactique : C6H12O6 ⟶ 2 CH3–CHOH–COOH + énergie (2 ATP)Dans les deux cas, le pyruvate issu de la glycolyse est réduit par le NADH,H⁺ : le transporteur est régénéré (NAD⁺) sans dioxygène, ce qui permet à la glycolyse de continuer.
Comparaison respiration-fermentation
3. Respiration et fermentation : tableau comparatif
Critère
Respiration
Fermentation
Dioxygène
indispensable
non nécessaire
Lieu
hyaloplasme + mitochondrie
hyaloplasme seulement
Dégradation du glucose
complète
incomplète
Produits
CO₂ + H₂O (minéraux)
éthanol + CO₂ ou acide lactique (organiques)
ATP par glucose
≈ 38
2
Rendement
≈ 40 %
≈ 2 %
les molécules d’ATPl’énergie (ATP)la respiration
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4. Comparer l’énergie récupérée
Document 4 : énergie totale libérée et énergie conservée sous forme d’ATP.
Exemple guidé : rendement de la fermentation alcoolique
Énoncé
La fermentation alcoolique d’une mole de glucose libère 234 kJ et produit 2 moles d’ATP (30,5 kJ chacune). La combustion d’une mole d’éthanol libère 1 366 kJ. Calcule le rendement et explique pourquoi il est si faible.
Solution
Énergie conservée : 2 × 30,5 = 61 kJ. Rendement par rapport à l’énergie du glucose : 61 ÷ 2 860 ≈ 2 %. Les 2 moles d’éthanol renferment encore 2 × 1 366 = 2 732 kJ : la plus grande partie de l’énergie reste dans le déchet.
Applications et conséquences
Utiliser les fermentations
Fabrication du pain et des beignets : le CO₂ fait lever la pâte.
Production artisanale de boissons (vin de palme, bili-bili) et industrielle (bières) ;
Fabrication du yaourt, du lait caillé, du fromage ; conservation des aliments (manioc fermenté) ;
Production de biogaz (méthane) à partir de déchets organiques par fermentation bactérienne.
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Attention
La consommation d’alcool frelaté (odontol mal distillé) peut provoquer cécité et mort : il peut contenir du méthanol.
Lors d’un sprint, l’acide lactique s’accumule et provoque fatigue et douleurs : l’entraînement améliore l’apport d’O₂ aux muscles.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
La fermentation est une dégradation incomplète du glucose, sans dioxygène, dans le hyaloplasme.
Respiration et fermentation commencent par la même étape : la glycolyse.
Une fermentation fournit 2 ATP par glucose (rendement ≈ 2 %) ; la respiration ≈ 38 ATP (≈ 40 %).
Les déchets de fermentation (éthanol, acide lactique) contiennent encore beaucoup d’énergie.
je retiensle yaourtla tique
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Vocabulaire à connaître
Fermentationdégradation incomplète d’un métabolite en l’absence de dioxygène.Aérobiosevie en présence de dioxygène.Anaérobiosevie en absence de dioxygène.Levurechampignon microscopique unicellulaire utilisé en boulangerie et brasserie.Aéro-anaérobie facultatiforganisme capable de respirer ou de fermenter selon le milieu.
Je m’évalue
1. Quel gaz trouble l’eau de chaux ?
2. Quels sont les produits de la fermentation alcoolique ?
3. Où se déroule la fermentation dans la cellule ?
4. Combien d’ATP une fermentation produit-elle par glucose ?
Réponses : le dioxyde de carbone CO₂ · l’éthanol et le CO₂ · dans le hyaloplasme · 2 ATP. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisle dégagement d’O₂les fumées
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Erreurs fréquentes
Croire que seule la fermentation produit du CO₂ : la respiration en produit aussi (et davantage).
Penser que la fermentation n’existe que chez les microbes : le muscle fermente lors d’un effort intense.
Écrire que la fermentation libère toute l’énergie du glucose : l’essentiel reste dans l’éthanol ou l’acide lactique.
Méthode
Pour comparer deux phénomènes, construis un tableau avec des critères identiques (conditions, lieu, produits, énergie) ; remplis chaque case, puis rédige une phrase qui donne les ressemblances et une autre les différences.
Activité d’intégration
Une coopérative de femmes de Dschang veut produire du pain et du yaourt pour les cantines scolaires. Leur pâte ne lève pas bien lorsqu’elles utilisent de l’eau froide, et leur yaourt reste liquide lorsqu’il est conservé au réfrigérateur dès le début.
Explique le rôle des levures dans la levée de la pâte.
Explique pourquoi la température influence la fabrication du pain et du yaourt.
Donne deux conseils pratiques aux membres de la coopérative.