Rendement énergétique : respiration et fermentation
38 % contre 2 % : pourquoi la respiration est bien plus rentable que la fermentation pour la cellule.
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Rendement énergétique : respiration et fermentation
Module I : Le monde vivantSéquence 4 : L’énergétique biologiqueSéance 29 : Rendement énergétique ; comparaison respiration et fermentation
💡 Idée principale : le rendement énergétique est la part de l’énergie du glucose récupérée sous forme d’ATP. La respiration (oxydation complète) récupère environ 38 % de l’énergie (36 ATP) ; la fermentation (dégradation incomplète) environ 2 % (2 ATP), car l’essentiel de l’énergie reste dans l’éthanol.
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Étapes résumées
1 mole de glucose contient environ 2 860 kJ ; l’hydrolyse d’1 mole d’ATP libère 30,5 kJ.
Respiration : 36 × 30,5 ≈ 1 098 kJ, soit un rendement d’environ 38 %.
Fermentation alcoolique : 2 × 30,5 = 61 kJ, soit environ 2 %.
Le reste est dissipé en chaleur (respiration) ou reste dans l’éthanol (fermentation).
Pour un même travail, une cellule qui fermente consomme environ 18 fois plus de glucose.
Situation problème
Au laboratoire, Grâce cultive deux lots identiques de levures avec la même quantité de glucose : l’un est aéré, l’autre est privé d’air. Après 24 h, le lot aéré est beaucoup plus abondant, alors que le lot privé d’air a encore consommé presque tout son glucose et sent l’alcool.
Consignes :
Relève le problème posé.
Pourquoi les levures aérées se sont-elles davantage multipliées ?
Où est passée l’énergie du glucose dans le lot non aéré ?
le problèmela glycémiele glucose
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Compétence visée
Sensibiliser sur les déséquilibres énergétiques au sein des organismes et leurs conséquences.
Objectifs de la leçon
Calculer le rendement énergétique de la respiration et de la fermentation.
Comparer respiration et fermentation.
Expliquer l’utilisation de ces deux voies par les cellules.
Calculer un rendement énergétique
1
Rendement énergétique
rapport entre l’énergie récupérée sous forme d’ATP et l’énergie totale contenue dans le métabolite dégradé : rendement = (nombre d’ATP × 30,5) ÷ 2 860 × 100.
Exemple guidé : la respiration
Énoncé
Calcule le rendement de la respiration d’une mole de glucose (36 ATP).
Solution
Énergie récupérée = 36 × 30,5 = 1 098 kJ. Rendement = 1 098 ÷ 2 860 × 100 ≈ 38 %. Les 62 % restants (≈ 1 762 kJ) sont dissipés en chaleur : ils maintiennent notre température.
l’objectifles molécules d’ATPle bilan énergétique
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Exemple guidé : la fermentation
Calcule le rendement de la fermentation alcoolique d’une mole de glucose (2 ATP) ; l’éthanol contient 1 367 kJ/mol.
Solution : Énergie récupérée = 2 × 30,5 = 61 kJ ; rendement = 61 ÷ 2 860 × 100 ≈ 2 %. Énergie restant dans 2 éthanols = 2 × 1 367 = 2 734 kJ, soit plus de 95 % de l’énergie de départ. L’éthanol est un « déchet » encore très riche en énergie : il brûle facilement.
Le devenir de l’énergie du glucose
2. Comparer les bilans
Document 1 : répartition de l’énergie d’une mole de glucose selon la voie utilisée.
3. Interprétation
La respiration oxyde complètement le glucose en CO2 et H2O, molécules pauvres en énergie : presque toute l’énergie est libérée. La fermentation s’arrête à l’éthanol, molécule encore riche en énergie : la cellule n’en récupère qu’une faible part.
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Comparaison respiration / fermentation
4. Tableau comparatif
Caractère
Respiration
Fermentation alcoolique
Dioxygène
indispensable
absent
Dégradation du glucose
complète
incomplète
Produits
CO₂ + H₂O
éthanol + CO₂
Localisation
hyaloplasme + mitochondrie
hyaloplasme seulement
ATP par glucose
≈ 36
2
Rendement
≈ 38 %
≈ 2 %
5. Le pyruvate, un carrefour
Document 2 : le devenir du pyruvate selon la présence de dioxygène.
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Un point commun essentiel
La glycolyse
Première étape commune aux deux voies, dans le hyaloplasme : glucose → 2 pyruvates + 2 ATP.
⇄
Le devenir du pyruvate
Avec O₂ : il entre dans la mitochondrie (Krebs). Sans O₂ : il est transformé en éthanol (levure) ou en lactate (muscle).
La levure respire puis fermente : le CO₂ fait lever la pâte.
Sols gorgés d’eau
Les racines privées d’O₂ fermentent : les plantes s’asphyxient.
Bioéthanol
L’éthanol de fermentation, riche en énergie, sert de carburant.
le dégagement d’O₂le biocarburantle pain
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Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Le rendement énergétique = énergie stockée dans l’ATP / énergie du glucose.
La respiration fournit ≈ 36 ATP par glucose : rendement ≈ 38 %.
La fermentation alcoolique fournit 2 ATP : rendement ≈ 2 % ; l’énergie reste dans l’éthanol.
Les deux voies commencent par la glycolyse dans le hyaloplasme.
La respiration exige l’O₂ et les mitochondries ; la fermentation se fait sans O₂, dans le hyaloplasme.
Vocabulaire à connaître
Rendement énergétiquepourcentage d’énergie récupérée en ATP.Oxydation complètedégradation jusqu’au CO₂ et à l’eau.Chaleurforme d’énergie non utilisable par la cellule pour travailler.Lactateproduit de la fermentation lactique.Effet Pasteurà l’air, la levure respire et consomme moins de glucose.
je retiensl’énergie (ATP)la mitochondrie
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Je m’évalue
1. Énergie récupérée par la respiration d’une mole de glucose ?
2. Rendement de la fermentation alcoolique ?
3. Où reste l’énergie non récupérée dans la fermentation ?
4. Quelle étape est commune aux deux voies ?
Réponses : 36 × 30,5 ≈ 1 098 kJ · ≈ 2 % · dans l’éthanol · la glycolyse. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
Penser que la fermentation « perd » l’énergie en chaleur : elle la laisse surtout dans l’éthanol.
Oublier de multiplier le nombre d’ATP par 30,5 kJ.
je réfléchisla températureles kilojoules
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Méthode
Pour comparer deux voies métaboliques : construis un tableau avec les mêmes critères (conditions, localisation, étapes, produits, ATP, rendement) et termine par une phrase qui explique la différence principale (dégradation complète ou incomplète).
Activité d’intégration
Une brasserie de Garoua cultive des levures dans des cuves. Le responsable veut, au début, obtenir beaucoup de levures, puis, ensuite, beaucoup d’alcool. Il dispose d’un système d’aération qu’il peut ouvrir ou fermer.
Calcule le rendement de chaque voie métabolique des levures.
Explique comment régler l’aération pour obtenir d’abord beaucoup de levures.
Explique comment obtenir ensuite beaucoup d’alcool.