TP : rôle des mitochondries dans la respiration cellulaire 
Diversité et complémentarité des métabolismes

Problèmes : comment les cellules non chlorophylliennes et les cellules animales (cellules hétérotrophes) produisent-elles de l'ATP ? comment l'ATP est-il synthétisé hors des chloroplastes (cf manuel p.38-39, 42-43) ?
Mots-clés : (an)aérobiose, (air) dioxygène, ATPase, eau, mitochondrie, oxydo-réduction, pyruvate, respiration, transporteurs d'hydrogène.
  1. Levures en anaérobiose et en aérobiose ↓
  2. Influence de divers substrats sur la respiration ↓
  3. Influence de divers substrats sur la respiration mitochondriale ↓
  4. Schéma fonctionnel de la mitochondrie ↓
  5. Références et matériel, guide

1 Levures en anaérobiose et en aérobiose

Comparez les électronographies de cellules de Levures présentées p.43 du manuel. A partir de cette comparaison, proposez une hypothèse sur le rôle des mitochondries dans la cellule.

2 Influence de divers substrats sur la respiration

De la levure de boulangerie est placée en suspension dans de l'eau distillée à raison de 10 g/L. Cette suspension est abandonnée toute une nuit en présence d'un bulleur pour l'oxygéner fortement et épuiser les réserves de glucides (glycogène) des levures. (Voir la fiche-guide pour les détails du protocole).

Présentez l'expérience et expliquez-en les résultats.

3 Influence de divers substrats sur la respiration mitochondriale

Si une suspension de mitochondries peut vous être fournie, recommencez les expériences précédentes en utilisant la suspension de mitochondries à la place des cellules de Levure et en superposant les deux graphes. Remarque : une bonne séparation des mitochondries demande une centrifugeuse très rapide; c'est un matériel qui n'existe que dans les laboratoires de recherche. En son absence l'isolement des mitochondries est aléatoire, on obtient en fait un mélange de mitochondries et de cytoplasme qui à toutes les chances de se comporter comme les cellules entières !

Légendez les deux graphes. Comparez les résultats obtenus et expliquez-les. En l'absence de mitochondries, ou pour vérifier vos résultats, utilisez le tableau de calcul qui permet de tester (en simulation) l'effet de trois substrats potentiels et d'un inhibiteur de la respiration mitochondriale, le cyanure. Aidez-vous du texte-ci dessous pour comprendre le rôle du pyruvate ou du succinate.

4 Schéma fonctionnel de la mitochondrie

Dans la matrice des mitochondries, une série de décarboxylations oxydatives, produisent du dioxyde de carbone à partir du pyruvate et d'eau (le succinate est un composé intermédiaire), les hydrogènes libérés sont récupés par des transporteurs d'hydrogène proches de ceux présents dans le chloroplaste. En même temps, 2 ATP sont synthétisés à partir d'ADP + P :

2 C3H4O3 + 10 R' + 6 H2O -> 6 CO2 + 10 R'H2 (2)
et
2ADP + 2P -> 2ATP

Au niveau des membranes mitochondriales, les protons apportés par les transporteurs d'hydrogène sont transférés du stroma vers l'intérieur des crêtes (contre leur gradient de concentration), alors que les electrons sont transférés vers le stroma. De ce fait l'intérieur des crêtes devient acide (la concentration en protons augmente). Cette différence de concentration est exploitée par une ATPsynthétase qui synthétise de l'ATP chaque fois que des protons sont transférés de l'intérieur des crêtes vers le stroma : à peu près 32 ATP sont synthétisés. Dans le stroma les électrons, les protons et le dioxygène se combinent pour former des molécules d'eau. Les réactions peuvent êtres écrites de la manière simplifiée suivante : synthèse de l'eau

12 R'H2 + 6 O2 -> 12 R' + 12 H2O (3)

Construire le schéma fonctionnel d'une mitochondrie :
Indiquez le dioxygène, l'eau, le dioxyde de carbone, l'ATP, l'ADP + P, les accepteurs d'hydrogène dans leur état oxydé R ou réduit RH2, l'ATPsynthétase.
Distinguez les flèches des réactions chimiques et celles qui représentent un simple transport.

Ces réactions ont précédées par la réaction (1) qui se déroule dans le cytoplasme et est couplée à la synthèse de 2 ATP :
C6H12O6 + 2 R' -> 2 C3H4O3 + 2 R'H2 (1)

L'équation globale de la respiration est identique à celle de la photosynthèse, mais le sens de réaction est inversé. Cette équation globale prend en compte les réactions (1), (2) et (3)

Ecrire l'équation globale de la respiration.

© M. Racine
accueil > terminale S - métabolismes > 5742_266