Fiche de révision : Respiration et métabolisme énergétique

📋 Plan du Cours

1. Réactions et bilan de la glycolyse
2. Fermentation lactique anaérobie
3. Dystrophine et myopathie de Duchenne
4. Respiration des mitochondries isolées
5. Renouvellement musculaire de l’ATP
6. Bilan de la respiration cellulaire
7. Cycle de Krebs
8. Chaîne respiratoire mitochondriale
9. Bilan respiration et fermentation
10. Effort et fibres musculaires
11. Substances et performance sportive
12. Stockage du glucose

📖 1. Réactions et bilan de la glycolyse

★ À maîtriser

• La glycolyse comprend 10 réactions chimiques qui transforment une molécule de glucose à 6 carbones en 2 molécules de pyruvate à 3 carbones chacune.

• La glycolyse produit 4 ATP, mais en consomme 2 au début, pour un bilan net de 2 ATP.

• La glycolyse produit 2 NADH, H⁺ à partir de 2 NAD⁺, qui acceptent des électrons et des ions H⁺.

Compléments

📐 Formule - La réduction du NAD⁺ s’écrit $\mathrm{NAD}^{+}+2e^{-}+2H^{+}\rightarrow\mathrm{NADH}+H^{+}$.

• Le bilan global de la glycolyse est $\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_{6}+2\,\mathrm{NAD}^{+}+2\,\mathrm{ADP}+2\,\mathrm{P}_{i}\rightarrow2\,\mathrm{C}_{3}\mathrm{H}_{4}\mathrm{O}_{3}+2\,\mathrm{NADH}+2\,H^{+}+2\,\mathrm{ATP}+2\,\mathrm{H_2O}$.

📖 2. Fermentation lactique anaérobie

★ À maîtriser

• En absence d’O₂, l’accumulation de pyruvate et de NADH, H⁺ risque de bloquer la glycolyse ; la fermentation lactique régénère le NAD⁺ en réduisant le pyruvate en acide lactique et en oxydant le NADH.

• La fermentation lactique ne produit pas d’ATP et permet à la glycolyse de se poursuivre.

Compléments

• La fermentation lactique a lieu dans le cytoplasme des cellules musculaires, des levures et de certaines bactéries.

📖 3. Dystrophine et myopathie de Duchenne

🔑 Notions clés & Définitions

• Dystrophine : Protéine qui relie la matrice extracellulaire aux myofibrilles et contribue ainsi au bon fonctionnement des cellules musculaires.

★ À maîtriser

• Dans la myopathie de Duchenne, une délétion du nucléotide cytosine n° 332 du gène de la dystrophine, situé sur le chromosome X, est indiquée.

• La mutation du gène de la dystrophine entraîne l’absence de synthèse de la protéine dystrophine.

Compléments

• Sans dystrophine, les fibres musculaires perdent leur soutien et leur stabilisation, leurs membranes plasmiques se déchirent et les fibres meurent.

• La dégénérescence des muscles constitue le phénotype macroscopique de la myopathie de Duchenne.

💡 Astuce mémo

Délétion du gène → absence de dystrophine → fragilité des fibres → dégénérescence musculaire

📖 4. Respiration des mitochondries isolées

★ À maîtriser

• Une diminution de la concentration en O₂ après l’injection de pyruvate indique une consommation de dioxygène liée à la respiration cellulaire.

• Les mitochondries isolées ne peuvent pas utiliser directement le glucose et consomment le produit de la glycolyse pour la respiration.

Compléments

• Dans l’expérience sur des mitochondries isolées, le glucose est injecté avant le pyruvate et la consommation d’O₂ est mesurée par une sonde à O₂.

• Dans l’expérience proposée, on s’attend à observer une baisse du taux d’O₂ uniquement après l’injection du succinate, présenté comme équivalent du pyruvate.

💡 Astuce mémo

Glucose : non consommé directement par les mitochondries ; pyruvate : substrat de leur respiration

📖 5. Renouvellement musculaire de l’ATP

🔑 Notions clés & Définitions

• Myoglobine : Protéine musculaire qui stocke le dioxygène.

★ À maîtriser

• Les réserves intracellulaires d’ATP ne permettent une contraction musculaire que pendant environ 1 seconde.

• Les fibres musculaires de type I sont rouges, riches en myoglobine, mitochondries, irrigation sanguine et lipides, résistantes à la fatigue, lentes à se contracter et utilisent surtout la dégradation aérobie du glucose.

• Les fibres musculaires de type II sont blanches, rapides et fatigables, pauvres en myoglobine, mitochondries, irrigation sanguine et lipides, mais riches en glycogène et utilisent surtout la dégradation anaérobie du glucose.

Compléments

• Le glycogène est une molécule de réserve de glucose, tandis que les lipides fournissent des acides gras.

📖 6. Bilan de la respiration cellulaire

★ À maîtriser

• La respiration cellulaire dégrade une molécule de glucose et forme 36 molécules d’ATP.

Compléments

• Le schéma situe la glycolyse dans le hyaloplasme, puis le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire dans la mitochondrie.

• Le schéma-bilan associe la respiration cellulaire à la formation de 6 CO₂ et de 12 H₂O par molécule de glucose dégradée.

📖 7. Cycle de Krebs

★ À maîtriser

• Dans la matrice mitochondriale, le pyruvate subit des décarboxylations oxydatives qui libèrent du CO₂ et produisent des composés réduits NADH, H⁺.

• Le cycle de Krebs produit 10 NADH, H⁺ et 2 ATP.

Compléments

• Le bilan du cycle de Krebs est $2\,\mathrm{CH_3COCOOH}+10\,\mathrm{NAD^+}+6\,\mathrm{H_2O}+2\,\mathrm{ADP}+2\,\mathrm{P_i}\rightarrow6\,\mathrm{CO_2}+10\,\mathrm{NADH}+10\,\mathrm{H^+}+2\,\mathrm{ATP}$.

📖 8. Chaîne respiratoire mitochondriale

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaîne respiratoire : Ensemble de nombreuses protéines de la membrane interne des mitochondries qui transportent des ions H⁺ et des électrons.

★ À maîtriser

• Dans la chaîne respiratoire, l’O₂ est l’accepteur final des ions H⁺ et des électrons et est réduit en H₂O.

• La chaîne respiratoire accumule des ions H⁺ dans l’espace intermembranaire, puis leur passage par l’ATP-synthase permet de produire de l’ATP à partir d’ADP et de phosphate inorganique.

Compléments

• Les 12 NADH, H⁺ issus des étapes précédentes, dont 2 produits lors de la glycolyse et 10 lors du cycle de Krebs, cèdent leurs H⁺ et leurs électrons à la chaîne respiratoire.

• La chaîne respiratoire produit 32 ATP.

• Le bilan de la chaîne respiratoire est $12\,\mathrm{NADH}+12\,\mathrm{H^+}+6\,\mathrm{O_2}+32\,\mathrm{ADP}+32\,\mathrm{P_i}\rightarrow12\,\mathrm{NAD^+}+12\,\mathrm{H_2O}+32\,\mathrm{ATP}$.

💡 Astuce mémo

Accumulation de H⁺ → passage par l’ATP-synthase → production d’ATP

📖 9. Bilan respiration et fermentation

★ À maîtriser

📌 La respiration utilise du glucose et de l’O₂, réalise une oxydation totale, rejette du CO₂ et produit 36 ATP, tandis que la fermentation lactique utilise du glucose sans O₂, réalise une oxydation partielle, ne rejette pas de CO₂ et produit 2 ATP.

Compléments

• Le tableau comparatif doit indiquer, par glucose, 10 NADH, H⁺ et 2 FADH₂ utilisés pour la respiration, contre 2 NADH, H⁺ pour la fermentation lactique.

• Le CO₂ est indiqué comme déchet de la respiration, tandis que le lactate est indiqué comme déchet de la fermentation lactique.

💡 Astuce mémo

Respiration : oxydation totale avec O₂ ; fermentation lactique : oxydation partielle sans O₂

📖 10. Effort et fibres musculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogène : Polymère du glucose qui constitue une forme de stockage du glucose dans le cytoplasme des cellules musculaires.

★ À maîtriser

📌 L’effort mobilise principalement trois phases métaboliques : une phase anaérobie alactique de quelques secondes, une phase anaérobie lactique active entre 10 et 20 secondes et pouvant durer jusqu’à 1 minute, puis une phase aérobie reposant sur la respiration cellulaire.

📌 Les fibres musculaires de type 1 sont rouges, à métabolisme aérobie, lentes et endurantes, tandis que les fibres de type 2 ont un métabolisme anaérobie, sont rapides et peu endurantes.

Compléments

• La phase anaérobie alactique fournit de l’énergie par la réaction phosphate ou phosphocréatine, sans dégagement de déchets énergétiques.

💡 Astuce mémo

Anaérobie alactique → anaérobie lactique → aérobie

📖 11. Substances et performance sportive

🔑 Notions clés & Définitions

• Produits dopants : Produits chimiques qui améliorent artificiellement et rapidement les performances sportives, présentent de graves dangers pour la santé et sont interdits.

📝 Points essentiels

• La créatine phosphate est utilisée pour améliorer notamment les efforts de courte durée, mais le cours précise qu’elle n’est pas considérée comme un dopage en raison de ses effets très limités et de sa dégradation rapide.

📌 La créatine phosphate ne fournit pas d’acides aminés ; la créatine peut se transformer en créatinine, déchet éliminé par les reins. NH₄⁺ désigne l’ion ammonium, et non l’ammoniaque.

• Les stéroïdes anabolisants augmentent la masse musculaire en augmentant la masse protéique d’actine et de myosine.

• L’EPO et ses dérivés augmentent l’oxygénation du sang afin de favoriser l’effort aérobie, notamment les courses longues et le cyclisme.

📖 12. Stockage du glucose

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogénogenèse : Mise en réserve du glucose sous forme de glycogène dans les cellules, notamment celles du foie et des muscles.

★ À maîtriser

• Après un repas, une partie du glucose entre dans les cellules et est utilisée comme source d’énergie, tandis que le reste est mis en réserve.

📌 Le glucose est stocké sous forme de glycogène dans le foie et les muscles, et sous forme de triglycérides par le tissu adipeux et le foie.

Compléments

• La glycogénogenèse peut aussi synthétiser du glucose à partir d’autres molécules, comme certains acides gras.

📊 Tableaux de synthèse

Fibres musculaires de types I et II

Respiration et fermentation lactique