La respiration cellulaire : mise en évidence et mécanisme
Glycolyse, cycle de Krebs, chaîne respiratoire : comment la cellule tire de l’ATP du glucose grâce au dioxygène.
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La respiration cellulaire : mise en évidence et mécanisme
Module I : Le monde vivantSéquence 4 : L’énergétique biologiqueSéances 25-26 : La respiration : mise en évidence, mécanisme et localisation
💡 Idée principale : la respiration cellulaire est l’oxydation complète du glucose en CO2 et H2O grâce au dioxygène. Elle commence dans le hyaloplasme (glycolyse) et se poursuit dans la mitochondrie (cycle de Krebs dans la matrice, chaîne respiratoire sur les crêtes). Elle fournit environ 36 ATP par molécule de glucose.
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Étapes résumées
Mise en évidence : consommation d’O₂, rejet de CO₂ (eau de chaux), disparition du glucose.
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie.
Glycolyse (hyaloplasme) : glucose → 2 pyruvates + 2 ATP + 2 NADH, sans O₂.
Cycle de Krebs (matrice) : le pyruvate est décarboxylé et oxydé : CO₂ + NADH, FADH₂.
Chaîne respiratoire (crêtes) : les coenzymes réduits sont réoxydés par l’O₂ → H₂O + ATP.
Situation problème
Lors d’un cross du lycée de Bafang, Cyrille court de plus en plus vite : il respire fort et son cœur bat très vite. Son professeur explique que ses muscles ont besoin de beaucoup de dioxygène pour « brûler » le glucose et produire l’énergie de la course. Cyrille demande : « Mais où, dans mes cellules, cette combustion a-t-elle lieu, sans flamme ? »
Consignes :
Relève le problème posé.
Quelles substances la cellule échange-t-elle pendant la respiration ?
Dans quels organites la respiration se déroule-t-elle ?
Compétence visée
Sensibiliser sur les déséquilibres énergétiques au sein des organismes et leurs conséquences.
Objectifs de la leçon
Mettre en évidence la respiration (TP 14).
Décrire les étapes de la respiration cellulaire et leur localisation.
Écrire le bilan de la respiration.
le problèmel’objectifle dégagement d’O₂
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Mise en évidence de la respiration (TP 14)
Activité 1 : levures et dioxygène (ExAO)
Une suspension de levures est placée dans un bioréacteur fermé, muni de sondes à O2 et à CO2. À la 2e minute, on ajoute du glucose.
Document 1 : évolution des concentrations en O₂ et en CO₂ du milieu.
Décris l’évolution de l’O₂ et du CO₂ après l’ajout de glucose.
Que peut-on conclure ?
Ce qu’il faut comprendre : après l’ajout de glucose, les levures consomment beaucoup plus de dioxygène et rejettent du CO2 : elles respirent en oxydant le glucose. Avant l’ajout, la faible consommation correspond à l’utilisation de leurs réserves.
Au laboratoire sans ExAO
On fait passer l’air expiré dans de l’eau de chaux : elle se trouble (CO2).
Des graines en germination dans un bocal fermé consomment l’O2 : une bougie s’y éteint.
Le glucose du milieu de culture diminue (test à la liqueur de Fehling).
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Le mécanisme de la respiration cellulaire
1. Les étapes et leur localisation
Document 2 : de la molécule de glucose à l’ATP.
Trois grandes étapes
1
Glycolyse (hyaloplasme)
Le glucose (6 C) est coupé en 2 pyruvates (3 C) ; gain : 2 ATP et 2 NADH. Pas besoin d’O2.
2
Cycle de Krebs (matrice)
Le pyruvate entre dans la mitochondrie ; il est décarboxylé (libère du CO2) et oxydé ; formation de NADH, FADH2 et 2 ATP.
3
Chaîne respiratoire (crêtes)
Les coenzymes réduits cèdent leurs électrons à l’O2, qui devient H2O ; l’énergie libérée fabrique environ 32 ATP.
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2. Le bilan global
C6H12O6 + 6 O2 + 36 ADP + 36 Pi ⟶ 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATPLe dioxygène n’intervient qu’à la toute fin, comme accepteur final des électrons : sans lui, la chaîne respiratoire et le cycle de Krebs s’arrêtent.
La mitochondrie, organite de la respiration
3. Arguments en faveur du rôle de la mitochondrie
Observation
Conclusion
Des mitochondries isolées, avec du pyruvate, consomment de l’O₂ et rejettent du CO₂
elles réalisent les étapes oxydatives
Avec du glucose, elles ne consomment rien
la glycolyse se fait hors de la mitochondrie (hyaloplasme)
Les enzymes du cycle de Krebs sont dans la matrice
le cycle de Krebs est matriciel
La chaîne respiratoire est fixée sur la membrane interne
les crêtes produisent l’essentiel de l’ATP
Les muscles du cœur et des athlètes sont riches en mitochondries
grand besoin d’ATP
la mitochondrieles molécules d’ATPles organites
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L’ATP, monnaie énergétique de la cellule
4. Le cycle ATP-ADP
Document 3 : l’ATP transfère l’énergie des nutriments aux activités cellulaires.
À retenir
L’énergie du glucose est transférée en partie à l’ATP, le reste est dissipé en chaleur.
L’ATP fournit l’énergie aux contractions, aux synthèses et aux transports.
Un adulte recycle chaque jour une masse d’ATP voisine de sa propre masse.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
La respiration est l’oxydation complète du glucose par le dioxygène : C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie.
La glycolyse a lieu dans le hyaloplasme : glucose → 2 pyruvates + 2 ATP.
Le cycle de Krebs (matrice) dégage le CO₂ ; la chaîne respiratoire (crêtes) utilise l’O₂ et forme l’eau.
La respiration produit environ 36 ATP par molécule de glucose.
L’ATP est la monnaie énergétique utilisée par toutes les activités cellulaires.
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Vocabulaire à connaître
Respiration cellulaireoxydation complète des nutriments en présence d’O₂.Glycolysedégradation du glucose en pyruvate dans le hyaloplasme.Cycle de Krebssérie de réactions de la matrice qui oxyde le pyruvate.Chaîne respiratoireensemble de protéines des crêtes qui transfère les électrons à l’O₂.Pyruvatemolécule à 3 carbones issue de la glycolyse.
Je m’évalue
1. Quel réactif met en évidence le CO₂ rejeté ?
2. Où se déroule la glycolyse ?
3. Combien d’ATP fournit la respiration d’un glucose ?
4. Quel est le rôle de l’O₂ dans la respiration ?
Réponses : l’eau de chaux (elle se trouble) · dans le hyaloplasme · environ 36 · accepteur final d’électrons → H₂O. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je retiensje réfléchisla glycémie
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Erreurs fréquentes
Croire que la respiration se limite aux poumons : elle a lieu dans toutes les cellules.
Placer la glycolyse dans la mitochondrie.
Penser que le CO₂ provient du dioxygène : il provient du carbone du glucose (décarboxylations).
Méthode
Pour localiser une étape métabolique : regarde quel substrat (glucose ou pyruvate) est utilisé par la fraction cellulaire testée (hyaloplasme ou mitochondries isolées) et quels échanges gazeux en résultent. Conclus étape par étape.
Activité d’intégration
Dans un laboratoire de Dschang, on isole les mitochondries de cellules de foie. On prépare trois tubes avec du dioxygène : tube A, mitochondries + glucose ; tube B, mitochondries + pyruvate ; tube C, hyaloplasme + mitochondries + glucose. Seuls les tubes B et C consomment de l’O₂.
Explique pourquoi le tube A ne consomme pas d’O₂.
Explique les résultats des tubes B et C.
Écris l’équation bilan de la respiration et indique la localisation de chaque étape.