Fiche de révision : Physiologie cellulaire et métabolisme

📋 Plan du Cours

1. Fonctionnement cellulaire et homéostasie
2. Besoins matériels des organismes
3. ATP et métabolisme cellulaire
4. Photosynthèse et structures foliaires
5. Respiration cellulaire
6. Fermentation alcoolique

📖 1. Fonctionnement cellulaire et homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Physiologie : Étude du fonctionnement des structures biologiques au niveau de la cellule, d’un organe ou d’un organisme.
• Homéostasie : Aptitude de la cellule à maintenir sa structure et sa composition face aux variations extérieures.

📝 Points essentiels

• La reconnaissance des signaux et la communication cellulaire informent la cellule des conditions extérieures.

• La mort cellulaire apparaît lorsque l’équilibre dynamique n’est plus conservé.

💡 Astuce mémo

Perte de l’équilibre dynamique → mort cellulaire

📖 2. Besoins matériels des organismes

🔑 Notions clés & Définitions

• Organisme autotrophe : Organisme qui élabore les molécules organiques nécessaires à sa biosynthèse à partir de substances minérales simples comme l’eau, les sels minéraux et le dioxyde de carbone.
• Organisme hétérotrophe : Organisme qui prélève dans son milieu des molécules organiques, de l’eau et des sels minéraux.

📝 Points essentiels

• Les végétaux, certaines algues eucaryotes et certaines bactéries chlorophylliennes, dont les cyanobactéries, sont autotrophes.

• Chez les hétérotrophes, la digestion hydrolyse les macromolécules en sous-unités, puis l’assimilation permet leur absorption par la cellule.

• Les animaux, les champignons comme les levures et les moisissures, certains protistes et certaines bactéries sont hétérotrophes.

💡 Astuce mémo

Autotrophe : minéral vers organique ; hétérotrophe : prélève l’organique

📖 3. ATP et métabolisme cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : Forme chimique d’énergie disponible utilisée par la cellule pour les réactions endergoniques.
• Métabolisme : Ensemble des activités chimiques de la cellule ou de l’organisme.

★ À maîtriser

📌 L’anabolisme regroupe les activités de synthèse qui nécessitent de l’énergie, tandis que le catabolisme regroupe les activités de décomposition qui renouvellent les ressources énergétiques et éliminent les déchets.

Compléments

• L’ATP est constituée d’adénosine, elle-même composée d’adénine et de ribose, et de trois groupes phosphate.

• La séparation d’un groupe phosphate de l’ATP forme de l’ADP, tandis que la séparation de deux groupes forme de l’AMP, et l’énergie libérée alimente une réaction endergonique.

• La respiration cellulaire et la fermentation régénèrent continuellement l’ATP consommée par la cellule.

• Chez les hétérotrophes, les composés simples utilisés pour l’anabolisme proviennent de la digestion ou de la réutilisation de déchets métaboliques.

• Le catabolisme produit des substances réutilisables comme les acides gras, l’eau et les substances minérales, ainsi que des déchets toxiques comme le CO₂ issu du glucose, l’urée issue des protéines et les pigments biliaires issus de l’hémoglobine.

💡 Astuce mémo

Anabolisme construit en consommant ; catabolisme décompose et libère

📖 4. Photosynthèse et structures foliaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Photosynthèse : Synthèse d’amidon par les plantes vertes à partir de CO₂, avec rejet d’O₂.

★ À maîtriser

📐 Formule - La photosynthèse simplifiée s’écrit $6\,\mathrm{CO_2}+6\,\mathrm{H_2O}+\text{énergie lumineuse}\rightarrow\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\,\mathrm{O_2}$.

• Les conditions de la photosynthèse sont : la lumière, la présence de CO₂, la présence de chlorophylle, une température élevée dont l’optimum dépend de l’espèce

📌 Le xylème transporte la sève brute composée d’eau et de sels minéraux, tandis que le phloème transporte la sève élaborée contenant les produits de la photosynthèse.

• Le cycle de Calvin se déroule dans le stroma et utilise l’ATP et le NADPH produits par les réactions claires pour réduire le CO₂ et fabriquer du glucose.

Compléments

• Les feuilles captent la lumière grâce à leur largeur, leur nombre et leur orientation, notamment l’héliotropisme.

• La feuille comporte un épiderme supérieur avec cuticule, un parenchyme palissadique riche en chloroplastes et un épiderme inférieur avec stomates assurant les échanges de O₂, CO₂ et H₂O.

• Les pigments foliaires comprennent les chlorophylles a et b ainsi que les caroténoïdes, dont le carotène et la xanthophylle.

• La couleur verte des plantes est visible parce que la lumière verte n’est pas absorbée par les pigments mais réfléchie.

• Les réactions claires se déroulent au niveau des membranes des thylakoïdes, où les pigments absorbent la lumière, contribuent à recharger l’ATP du chloroplaste et permettent la production de NADPH.

• L’oxygène rejeté par la plante lors de la photosynthèse provient de l’eau et non du CO₂.

💡 Astuce mémo

Lumière → ATP et NADPH → cycle de Calvin → glucose

📖 5. Respiration cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Respiration cellulaire : Oxydation du glucose qui libère de l’énergie chimique et nécessite un apport constant en oxygène.

★ À maîtriser

• La respiration recharge 38 ATP par molécule de glucose et présente un rendement de 40 %, avec 60 % de perte sous forme de chaleur.

Compléments

• La respiration complète du glucose s’écrit $\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\,\mathrm{O_2}\rightarrow6\,\mathrm{CO_2}+6\,\mathrm{H_2O}+\text{énergie chimique}$.

• La glycolyse se déroule dans le cytoplasme et dégrade le glucose en deux acides pyruviques tout en rechargeant 2 ATP.

• Le cycle de Krebs se déroule dans la matrice mitochondriale et recharge 2 ATP.

• La synthèse d’eau sur la membrane interne mitochondriale s’écrit $6\,\mathrm{O_2}+24\,\mathrm{H}\rightarrow12\,\mathrm{H_2O}+32\,\mathrm{ATP}$.

• Chez les végétaux, la respiration a lieu le jour et la nuit et les échanges gazeux se font par diffusion, notamment par les stomates chez les végétaux supérieurs.

• Chez les animaux, les échanges respiratoires se font par diffusion chez les petits animaux ou grâce à un appareil respiratoire et circulatoire chez d’autres animaux.

• Chez les ectothermes, une hausse de la température externe augmente l’activité métabolique, tandis que chez les endothermes l’énergie de la respiration contribue au maintien d’une température constante.

💡 Astuce mémo

Glycolyse → Krebs → synthèse d’eau

📖 6. Fermentation alcoolique

🔑 Notions clés & Définitions

• Fermentation alcoolique : Réduction du glucose en éthanol et en CO₂ en absence d’oxygène, avec production de 2 ATP.

★ À maîtriser

• La fermentation alcoolique commence par la glycolyse anaérobie du glucose en deux acides pyruviques, avec recharge de 2 ATP, puis la décarboxylation et la réduction transforment les deux composés C₃ en éthanol et en CO₂.

Compléments

• La fermentation alcoolique est réalisée par les levures et certaines bactéries et sert notamment à fabriquer du vin, de la bière et du pain.

• En présence d’oxygène, les levures réalisent la respiration cellulaire plutôt que la fermentation alcoolique.

💡 Astuce mémo

Glycolyse → décarboxylation et réduction → éthanol et CO₂