Fiche de révision : Réserves et métabolisme cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Production énergétique à partir du glucose
2. Devenir des glucides chez les plantes
3. Structure et fonctions des polysaccharides
4. Réserves et métabolisme du glycogène
5. Stockage des lipides
6. Réserves lipidiques animales et végétales
7. Interconversion des biomolécules
8. Catabolisme oxydatif de la matière organique
9. Étapes et bilan de la glycolyse
10. Régulation de la glycolyse par la PFK

📖 1. Production énergétique à partir du glucose

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : Forme d’énergie utilisable par la cellule, dont la molécule est renouvelée en permanence plutôt que stockée.

★ À maîtriser

📌 La fermentation lactique est un métabolisme anaérobie sans utilisation de dioxygène, tandis que la respiration est un métabolisme aérobie qui utilise le dioxygène ; les deux produisent de l’ATP.

• La première transformation du glucose produit du pyruvate dans le cytosol.

Compléments

• En fermentation lactique, le pyruvate est transformé en acide lactique, tandis qu’en respiration il est dégradé jusqu’au CO₂.

• La respiration produit davantage d’ATP que la fermentation lactique, car elle comprend une voie plus complète dans le cytosol et la mitochondrie.

• La production d’énergie sans dioxygène peut se poursuivre grâce à la glycolyse et à la régénération du NAD⁺.

💡 Astuce mémo

Sans O₂ : fermentation lactique ; avec O₂ : respiration.

📖 2. Devenir des glucides chez les plantes

★ À maîtriser

• La matière organique des cellules peut être exportée, utilisée dans des voies anaboliques ou cataboliques, ou stockée localement.

• Les feuilles éclairées présentent des grains d’amidon dans les chloroplastes, tandis que ces grains sont absents après 12 h d’obscurité.

• Le saccharose, disaccharide constitué de glucose et de fructose, est exporté hors des cellules chlorophylliennes par la sève élaborée.

Compléments

• L’amidon chloroplastique provient du triose-phosphate produit dans le stroma du chloroplaste.

• Dans le saccharose, le carbone 1 du glucose est engagé dans une liaison avec le fructose, ce qui maintient la molécule cyclisée et non réductrice.

• L’amidon s’accumule dans les chloroplastes le jour, puis est utilisé ou dégradé la nuit lorsque la photosynthèse cesse.

💡 Astuce mémo

Le jour, l’amidon se stocke ; le saccharose s’exporte.

📖 3. Structure et fonctions des polysaccharides

🔑 Notions clés & Définitions

• Amidon : Polymère de glucose constitué d’amylose et d’amylopectine, dont les glucoses sont reliés par des liaisons α(1→4) et, dans les ramifications, α(1→6).
• Cellulose : Polymère linéaire de β-glucose dont les monomères sont reliés par des liaisons glycosidiques β(1→4) ; elle constitue majoritairement la paroi des cellules végétales.

★ À maîtriser

• La polymérisation du glucose en amidon rend la réserve osmotiquement inactive et permet de stocker de nombreux glucoses sous forme compacte.

Compléments

• L’amylopectine présente des ramifications α(1→6) environ toutes les 20 unités.

• L’eau iodée, jaune à l’origine, devient bleu-violet foncé au contact d’un polymère glucidique comme l’amidon.

• Les liaisons hydrogène intra-chaîne stabilisent la forme linéaire de la cellulose, tandis que les liaisons inter-chaînes stabilisent les fibres entre elles.

💡 Astuce mémo

α pour l’amidon de réserve ; β pour la cellulose structurale.

📖 4. Réserves et métabolisme du glycogène

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogène : Polymère de glucose ramifié qui constitue une réserve chez les métazoaires et les eumycètes.

★ À maîtriser

• Chez l’être humain, le glycogène est notamment présent dans le foie et les muscles striés squelettiques.

• La glycogénogenèse transforme le glucose en glycogène en passant par le glucose-6-phosphate, le glucose-1-phosphate et l’UDP-glucose.

Compléments

• Le cerveau utilise 120 g de glucose par jour et les globules rouges 40 g, pour un besoin total indiqué de 160 g par jour.

• Les réserves maximales indiquées sont de 150 g de glycogène dans le foie et de 55 g dans le muscle.

• Le glycogène présente des liaisons α(1→4) dans ses chaînes et des ramifications α(1→6) environ toutes les 10 unités.

• La phosphorylase participe à la glycogénolyse en coupant un glucose du glycogène grâce au phosphate.

📌 La glycogène-synthase intervient dans la synthèse du glycogène, tandis que la phosphorylase intervient dans sa dégradation.

💡 Astuce mémo

Glucose → glucose-6-P → glucose-1-P → UDP-glucose → glycogène.

📖 5. Stockage des lipides

🔑 Notions clés & Définitions

• Triglycéride : Constitué d’acides gras liés à un glycérol par des liaisons ester formées lors d’une estérification.

📖 6. Réserves lipidiques animales et végétales

★ À maîtriser

• Les adipocytes du tissu adipeux blanc contiennent une grande quantité de triglycérides dans une vacuole ou un globule lipidique, qui repousse le cytosol vers la périphérie.

• Les réserves de type glycogène se trouvent chez les animaux et les champignons, les réserves lipidiques sous forme de triglycérides chez les animaux et dans les graines, et les réserves protéiques dans le caryopse de maïs.

Compléments

• Les adipocytes du tissu adipeux blanc produisent l’hormone leptine.

• Des graines végétales stockent des lipides, notamment :

  • les noix
  • les noix de cajou
  • les noisettes
  • les amandes

• Le rouge Soudan III met en évidence les lipides.

• Le caryopse de maïs est une graine soudée à la paroi du fruit, et sa couche d’aleurone est riche en protéines.

• Les réserves organiques sont mobilisées lors de la germination.

💡 Astuce mémo

Adipocyte blanc : réserve lipidique ; graine : réserve mobilisée à la germination

📖 7. Interconversion des biomolécules

★ À maîtriser

• Les grandes familles de biomolécules sont :

  • les oses et les polyosides
  • les lipides
  • les acides aminés et les protéines
  • les nucléotides et les acides nucléiques

• Le glucose-6-phosphate, le pyruvate et l’acétyl-CoA sont des carrefours métaboliques reliant différentes voies de transformation des biomolécules.

• L’acétyl-CoA peut servir à la biosynthèse des acides gras dans le cytosol.

Compléments

• La glycolyse transforme le glucose-phosphate en pyruvate dans le cytosol.

• La voie des pentoses phosphates produit du ribose-phosphate, nécessaire à la synthèse des nucléotides, dans le cytosol.

• Le glucose peut être converti en lipides par la glycolyse, qui produit du pyruvate ensuite transformé en acétyl-CoA, précurseur de la biosynthèse lipidique.

💡 Astuce mémo

Glucose-P, pyruvate et acétyl-CoA forment des carrefours entre voies métaboliques

📖 8. Catabolisme oxydatif de la matière organique

★ À maîtriser

• 🔄 Le catabolisme oxydatif du glucose suit cette succession : la glycolyse transforme le glucose en pyruvate dans le cytosol, le pyruvate est transformé dans la matrice mitochondriale, le cycle de Krebs oxyde progressivement le pyruvate, les coenzymes réduits transportent des électrons vers la chaîne respiratoire

Compléments

• Le cycle de Krebs réduit les coenzymes NAD⁺ et FAD en NADH,H⁺ et FADH₂.

• L’ATP produit dans la cellule sert de monnaie énergétique pour les travaux cellulaires.

• Le catabolisme oxydatif peut aussi utiliser les acides gras, dont la dégradation par β-oxydation alimente le cycle de Krebs en acétyl-CoA.

💡 Astuce mémo

Glucose → pyruvate → Krebs → coenzymes réduits → chaîne respiratoire

📖 9. Étapes et bilan de la glycolyse

★ À maîtriser

• La glycolyse est une voie cytosolique en dix réactions qui transforme un glucose en deux pyruvates sans nécessiter de dioxygène.

• 🔄 La glycolyse comprend les étapes suivantes : activation du glucose par phosphorylation, clivage en trioses, oxydation des trioses avec réduction du NAD⁺ en NADH,H⁺, régénération de l’ATP par transphosphorylation sur substrat

• Pour une molécule de glucose, la glycolyse consomme 2 ATP, en produit 4 et donne un gain net de 2 ATP.

Compléments

• La glycolyse produit 2 molécules de NADH,H⁺ par molécule de glucose.

📐 Formule - Le bilan de la glycolyse est $\text{glucose} + 2\,\text{ADP} + 2\,\text{Pi} + 2\,\text{NAD}^+ \rightarrow 2\,\text{pyruvates} + 2\,\text{ATP} + 2\,\text{NADH,H}^+$.

• La glycolyse est une voie catabolique parce qu’elle dégrade le glucose.

💡 Astuce mémo

Activation → clivage et oxydation → régénération de l’ATP

📖 10. Régulation de la glycolyse par la PFK

🔑 Notions clés & Définitions

• Phosphofructokinase : Une enzyme dont l’activité régule un point de contrôle majeur de la glycolyse.

★ À maîtriser

📌 L’ATP est un effecteur négatif de la PFK, tandis que l’AMP est un effecteur positif.

Compléments

• Le fructose-2,6-bisphosphate est un effecteur puissant qui active la PFK.

• Le rapport entre les concentrations d’AMP et d’ATP reflète les besoins énergétiques de la cellule et module l’activité de la PFK.

• Une glycémie élevée est associée à une augmentation du fructose-2,6-bisphosphate dans le schéma de régulation de la glycolyse.

• La glycolyse constitue le point d’engagement du glucose.

💡 Astuce mémo

ATP freine la PFK ; AMP et fructose-2,6-bisphosphate l’activent

📊 Tableaux de synthèse

Polysaccharides : réserve et structure