chapitre 9 La respiration cellulaire et la fermentation 203
La phosphofructokinase est une enzyme allostérique. Elle
possède un site actif qui reçoit l’ATP, l’hydrolyse en ADP et en
P i , et lie le phosphate inorganique au fructose 6-phosphate.
De plus, elle a des sites récepteurs destinés à des inhibiteurs
et à des activateurs spécifiques. L’ATP l’inhibe, alors que l’AMP
(l’adénosine monophosphate, un dérivé de l’ADP) l’active.
L’ATP peut donc s’unir soit au site actif, soit au site de régulation allostérique. Donc, lorsque l’ATP s’accumule, l’inhibition
de la phosphofructokinase ralentit la glycolyse. Inversement,
quand la cellule consomme davantage d’ATP qu’elle n’en produit, l’enzyme est réactivée. En outre, la phosphofructokinase
est sensible au citrate, le premier produit du cycle de l’acide
citrique. S’il augmente beaucoup dans les mitochondries, une
certaine quantité passe dans le cytosol à l’aide d’une perméase
et inhibe la phosphofructokinase. Ce mécanisme contribue
à synchroniser la glycolyse et le cycle de l’acide citrique. À
mesure que le citrate s’accumule, la glycolyse ralentit et l’apport
d’acétate au cycle de l’acide citrique diminue. Si, au contraire,
la consommation de citrate augmente, à la suite d’un accroissement de la demande d’ATP ou à cause de l’utilisation de
produits intermédiaires du cycle de l’acide citrique à des fins
anaboliques, la glycolyse s’accélère et s’adapte à la demande.
D’autres enzymes interviennent aussi en des points clés de la
glycolyse et du cycle de l’acide citrique. Elles sont régulées
par des mécanismes qui favorisent l’équilibre métabolique.
Le métabolisme cellulaire est un processus économique, efficace et adaptable.
La respiration cellulaire et les voies cataboliques jouent un
rôle central dans la vie des organismes. Examinons la figure 9.2
une fois de plus pour inscrire la respiration cellulaire dans les
processus énergétiques et chimiques des écosystèmes. L’énergie qui nous maintient en vie est libérée et non pas produite par
la respiration cellulaire. Nos cellules extraient l’énergie que la
photosynthèse a préalablement stockée dans notre nourriture.
Dans le chapitre suivant, nous verrons comment la photosynthèse capte la lumière et la convertit en énergie chimique.
retour sur le ConCept 9.6
1. FaItes des lIens Comparez la structure d’un lipide
(voir la figure 5.10, p. 83) avec celle d’un glucide
(voir la figure 5.3, p. 77). En raison de quelles
caractéristiques structurales les lipides sont-ils
de meilleurs combustibles ?
2. Dans quelles circonstances votre organisme
synthétise-t-il des molécules de lipides ?
3. FaItes des lIens Revenez à la figure 5.6b (p. 79)
et examinez la disposition du glycogène et des
mitochondries dans cette micrographie. Quel lien
faites-vous entre le glycogène et les mitochondries ?
4.
et sI ?
Qu’arrive-t-il à une cellule musculaire
qui a épuisé toutes ses réserves d’oxygène et d’ATP ?
(Voir les figures 9.18 et 9.20.)
5.
et sI ?
Lors d’un exercice intense, une cellule
musculaire peut-elle utiliser la graisse comme source
d’énergie chimique concentrée ? Pourquoi ?
(Revoyez les figures 9.18 et 9.19.)
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
Révision du chapitRe 9
résUMé Des concepts cLés
ConCept
9.1
les voies cataboliques génèrent de l’énergie
en oxydant des molécules organiques (p. 184 à 188)
• Les cellules dégradent le glucose et les autres combustibles organiques
pour récupérer de l’énergie chimique sous forme d’ATP. La fermentation est une dégradation partielle du glucose sans utilisation d’oxygène.
La respiration cellulaire est une dégradation plus complète du
glucose ; dans la respiration cellulaire aérobie, l’oxygène sert
de réactif. La cellule extrait l’énergie emmagasinée dans les molécules
des nutriments par des réactions d’oxydoréduction au cours
desquelles une substance cède à une autre substance quelques-uns ou
la totalité de ses électrons. La substance qui reçoit les électrons subit
une réduction et celle qui les perd, une oxydation.
• Durant la respiration cellulaire aérobie, le glucose (C 6 H 12 O 6 ) est oxydé
en CO 2 et le dioxygène (O 2 ) est réduit en H 2 O. Au cours de leur transfert du glucose ou des autres composés organiques au dioxygène, les
électrons perdent leur énergie potentielle. Habituellement, les électrons
sont d’abord captés par le NAD
1
, qui est ensuite réduit en NADH 1 H
1
.
Après quoi, ces électrons parcourent la chaîne de transport d’électrons jusqu’au dioxygène en une série d’étapes qui libèrent chacune
une petite quantité d’énergie. Cette énergie sert à produire de l’ATP.
• La respiration aérobie se fait en trois étapes : (1) la glycolyse ;
(2) l’oxydation du pyruvate et le cycle de l’acide citrique ;
et (3) la phosphorylation oxydative (transport des électrons
et chimiosmose).
Qu’est-ce qui permet de différencier les deux processus de
respiration cellulaire qui produisent de l’ATP, la phospho rylation
oxydative et la phosphorylation au niveau du substrat ?
ConCept
9.2
la glycolyse libère de l’énergie chimique
en oxydant le glucose en pyruvate
(p. 189)
Glycolyse
Glucose
Intrants
Extrants
ATP
2 Pyruvate + 2
2 NADH + H
+
+
Dans la glycolyse, quelle est la source d’énergie qui permet
la formation d’ATP et de NADH 1 H
1 ?
?
?
La phosphofructokinase est une enzyme allostérique. Elle
possède un site actif qui reçoit l’ATP, l’hydrolyse en ADP et en
P i , et lie le phosphate inorganique au fructose 6-phosphate.
De plus, elle a des sites récepteurs destinés à des inhibiteurs
et à des activateurs spécifiques. L’ATP l’inhibe, alors que l’AMP
(l’adénosine monophosphate, un dérivé de l’ADP) l’active.
L’ATP peut donc s’unir soit au site actif, soit au site de régulation allostérique. Donc, lorsque l’ATP s’accumule, l’inhibition
de la phosphofructokinase ralentit la glycolyse. Inversement,
quand la cellule consomme davantage d’ATP qu’elle n’en produit, l’enzyme est réactivée. En outre, la phosphofructokinase
est sensible au citrate, le premier produit du cycle de l’acide
citrique. S’il augmente beaucoup dans les mitochondries, une
certaine quantité passe dans le cytosol à l’aide d’une perméase
et inhibe la phosphofructokinase. Ce mécanisme contribue
à synchroniser la glycolyse et le cycle de l’acide citrique. À
mesure que le citrate s’accumule, la glycolyse ralentit et l’apport
d’acétate au cycle de l’acide citrique diminue. Si, au contraire,
la consommation de citrate augmente, à la suite d’un accroissement de la demande d’ATP ou à cause de l’utilisation de
produits intermédiaires du cycle de l’acide citrique à des fins
anaboliques, la glycolyse s’accélère et s’adapte à la demande.
D’autres enzymes interviennent aussi en des points clés de la
glycolyse et du cycle de l’acide citrique. Elles sont régulées
par des mécanismes qui favorisent l’équilibre métabolique.
Le métabolisme cellulaire est un processus économique, efficace et adaptable.
La respiration cellulaire et les voies cataboliques jouent un
rôle central dans la vie des organismes. Examinons la figure 9.2
une fois de plus pour inscrire la respiration cellulaire dans les
processus énergétiques et chimiques des écosystèmes. L’énergie qui nous maintient en vie est libérée et non pas produite par
la respiration cellulaire. Nos cellules extraient l’énergie que la
photosynthèse a préalablement stockée dans notre nourriture.
Dans le chapitre suivant, nous verrons comment la photosynthèse capte la lumière et la convertit en énergie chimique.
retour sur le ConCept 9.6
1. FaItes des lIens Comparez la structure d’un lipide
(voir la figure 5.10, p. 83) avec celle d’un glucide
(voir la figure 5.3, p. 77). En raison de quelles
caractéristiques structurales les lipides sont-ils
de meilleurs combustibles ?
2. Dans quelles circonstances votre organisme
synthétise-t-il des molécules de lipides ?
3. FaItes des lIens Revenez à la figure 5.6b (p. 79)
et examinez la disposition du glycogène et des
mitochondries dans cette micrographie. Quel lien
faites-vous entre le glycogène et les mitochondries ?
4.
et sI ?
Qu’arrive-t-il à une cellule musculaire
qui a épuisé toutes ses réserves d’oxygène et d’ATP ?
(Voir les figures 9.18 et 9.20.)
5.
et sI ?
Lors d’un exercice intense, une cellule
musculaire peut-elle utiliser la graisse comme source
d’énergie chimique concentrée ? Pourquoi ?
(Revoyez les figures 9.18 et 9.19.)
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
Révision du chapitRe 9
résUMé Des concepts cLés
ConCept
9.1
les voies cataboliques génèrent de l’énergie
en oxydant des molécules organiques (p. 184 à 188)
• Les cellules dégradent le glucose et les autres combustibles organiques
pour récupérer de l’énergie chimique sous forme d’ATP. La fermentation est une dégradation partielle du glucose sans utilisation d’oxygène.
La respiration cellulaire est une dégradation plus complète du
glucose ; dans la respiration cellulaire aérobie, l’oxygène sert
de réactif. La cellule extrait l’énergie emmagasinée dans les molécules
des nutriments par des réactions d’oxydoréduction au cours
desquelles une substance cède à une autre substance quelques-uns ou
la totalité de ses électrons. La substance qui reçoit les électrons subit
une réduction et celle qui les perd, une oxydation.
• Durant la respiration cellulaire aérobie, le glucose (C 6 H 12 O 6 ) est oxydé
en CO 2 et le dioxygène (O 2 ) est réduit en H 2 O. Au cours de leur transfert du glucose ou des autres composés organiques au dioxygène, les
électrons perdent leur énergie potentielle. Habituellement, les électrons
sont d’abord captés par le NAD
1
, qui est ensuite réduit en NADH 1 H
1
.
Après quoi, ces électrons parcourent la chaîne de transport d’électrons jusqu’au dioxygène en une série d’étapes qui libèrent chacune
une petite quantité d’énergie. Cette énergie sert à produire de l’ATP.
• La respiration aérobie se fait en trois étapes : (1) la glycolyse ;
(2) l’oxydation du pyruvate et le cycle de l’acide citrique ;
et (3) la phosphorylation oxydative (transport des électrons
et chimiosmose).
Qu’est-ce qui permet de différencier les deux processus de
respiration cellulaire qui produisent de l’ATP, la phospho rylation
oxydative et la phosphorylation au niveau du substrat ?
ConCept
9.2
la glycolyse libère de l’énergie chimique
en oxydant le glucose en pyruvate
(p. 189)
Glycolyse
Glucose
Intrants
Extrants
ATP
2 Pyruvate + 2
2 NADH + H
+
+
Dans la glycolyse, quelle est la source d’énergie qui permet
la formation d’ATP et de NADH 1 H
1 ?
?
?