CHAPITRE
Plan
1La photosynthèse : la lumière comme source d'énergie cellulaire
A) La localisation de la photosynthèse
- chez les plantes : dans leurs parties chlorophylliennes = vertes
- dans les feuilles : au niveau du parenchyme chlorophyllien
- dans les cellules chlorophylliennes : dans des organites particuliers = les chloroplastes
B) Les aspects énergétiques de la photosynthèse : un couplage photo-chimique
- bilan : 6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse → C6H12O6 + 6 O2
- conversion d'une énergie lumineuse (rayon du soleil) en énergie chimique (liaisons chimiques du glucose) = conversion photochimique
- couplage réalisé dans les chloroplastes grâce à la chlorophylle (pigment photosynthétique)
C) La phase photochimique de la photosynthèse : la production de composés réduits et d'ATP
- se déroule dans les chloroplastes, au niveau des thylakoïdes
- nécessite la chlorophylle : absorbe l'énergie lumineuse
- couplage photochimique : oxydation de l'eau en O2, production de composés réduits et d'ATP
- bilan : 2 H2O + ADP + Pi + 2 R + énergie lumineuse → O2 + ATP + 2 RH2
D) La phase chimique de la photosynthèse : la production de sucres
- se déroule dans les chloroplastes, dans le stroma
- cycle de Calvin : production de différents sucres à partir du carbone du CO2
- utilise les produits de la phase photochimique : couplage chimio-chimique
- bilan : CO2 + ATP + RH2 → sucre (carbone) + ADP + Pi + R
Transition : la photosynthèse est la voie d'entrée de l'énergie (sous forme lumineuse) dans les écosystèmes. Celle-ci est captée par les végétaux chlorophylliens qui réalisent des couplages photo-chimiques menant à la production de sucres. Ces sucres constituent une source d'énergie pour les cellules, via les mécanismes de respiration et de fermentation.
2La respiration et la fermentation : matière organique et énergie cellulaire
A) La respiration cellulaire : glycolyse et cycle de Krebs
- avec des levures en condition aérobie (= présence d'oxygène) : diminution du taux de glucose et d'O2 du milieu, mais augmentation du taux de CO2
- glycolyse (cytoplasme) = oxydation partielle du glucose
- glucose + 2 ADP + 2 Pi + R' → 2 pyruvates + 2 ATP + R'H2
- cycle de Krebs (mitochondrie) = oxydation complète en 2 cycles
- (pyruvate + ADP + Pi + R' → CO2 + ATP + R'H2) x 2
- couplages chimio-chimiques : transformation d'une énergie chimique (glucose) en une autre énergie chimique (ATP et composés réduits)
B) La chaîne respiratoire mitochondriale : réoxydation des composés réduits et production d'ATP
- nécessité de produire de l'ATP et de nouveau composés oxydés R' pour la respiration
- chaîne respiratoire (mitochondrie) = réduction du dioxygène et transfert d'énergie
- O2 + 14 ADP + 14 Pi + 2 R'H2 → 2 H2O + 14 ATP + 2 R'
- bilan respiration : C6H12O6 + 6 O2 + 32 ADP + 32 Pi → 6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP
C) La fermentation : un couplage chimio-chimique moins efficace
- avec des levures en condition anaérobie (= sans oxygène) : diminution du taux de glucose, mais lente augmentation du taux de CO2 et de composés organiques
- fermentation alcoolique : glucose + ADP + Pi → éthanol + CO2 + ATP
- fermentation lactique : glucose + ADP + Pi → acide lactique + CO2 + ATP
- deux couplages chimio-chimiques produisant peu d'ATP = moins efficaces que la respiration, mais plus adaptés à des conditions en anaérobie
Transition : l'énergie lumineuse a été transformée au cours de la photosynthèse en énergie chimique contenue dans les sucres. Ceux-ci sont ensuite utilisés par les cellules, permettant la production d'ATP. L'ATP se retrouve finalement au cœur des couplages énergétiques nécessaires au fonctionnement d'une cellule.
3Les couplages énergétiques liés aux fonctions de la cellule vivante : ATP et fibre musculaire
A) La contraction musculaire : un processus mécanique nécessitant de l'énergie
- obs. : faire du sport nécessite de contracter des muscles et demande de l’énergie
- contraction musculaire = raccourcissement mécanique des fibres musculaires
- au niveau moléculaire : glissement de protéines cellulaires les unes sur les autres
- glissement = mouvement nécessitant de l'énergie sous forme d'ATP
B) L'origine de l'ATP dans une fibre musculaire : respiration et fermentation lactique
- au moins deux origines pour l'ATP musculaire : respiration cellulaire (aérobie) et fermentation lactique (anaérobie)
- hydrolyse de l'ATP et glissement des protéines = couplage chimio-mécanique
- bilan : ATP → énergie mécanique + ADP + Pi
C) Bilan sur le rôle de l'ATP dans les couplages énergétiques cellulaires
- ATP = « monnaie énergétique » produite et utilisée en permanence par la cellule
- différents couplages :
- photo-chimique (production d'ATP). Ex. : photosynthèse
- chimio-chimique (production et utilisation d'ATP). Ex. : photosynthèse, respiration, etc.
- chimio-mécanique (utilisation d'ATP). Ex. : contraction musculaire
Bilan : une cellule est un système vivant qui échange de la matière (O2, CO2, glucose, etc.) et de l'énergie (lumière, chaleur, etc.) avec son environnement. Elle est ainsi le siège de couplages énergétiques qui transforment une forme d'énergie en une autre. L’ATP est la molécule centrale dans le flux d’énergie cellulaire ; c'est elle qui permet à la cellule de fonctionner.
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