TP32 ATP contraction musculaire MP2024

Origine de l'ATP nécessaire à la contraction musculaire

Activité 32

INDEX

L'objectif du TP

Déterminer comment l'ATP est produit

Organite et substrat de la respiration cellulaire

Les étapes de la respiration cellulaire et de la fermentation lactique

L'objectif du TP

L'ATP : une molécule riche en énergie

L’Adénosine TriPhosphate (ATP) fournit aux cellules musculaires l’énergie nécessaire à leur contraction. Plus généralement, l’ATP est un intermédiaire nécessaire à l’ensemble des réactions du métabolisme des cellules : l’organisme consommerait 45 kg d’ATP par jour mais il n’est pas stocké ; il doit donc être renouvelé en permanence.

Énergie utilisée par la cellule (réactions chimiques, mouvement ...)

Renouvellement grâce à l'énergie fournie par la respiration et la fermentation

L'ATP : une molécule riche en énergie

On cherche à connaître les mécanismes cellulaires de la respiration et de la fermentation permettant de régénérer de l'ATP

Respiration, fermentation, deux voies métaboliques de la production d' ATP

Rappels de seconde

milieu aérobie = milieu en présence de dioxygène

milieu anaérobie = milieu sans dioxygène

éthanol

L'énergie produite est sous forme d'ATP

Consommation et régénrération de l'ATP au cours d'une activité musculaire

L'ATP, une molecule à régénérer

Chez les végétaux chlorophylliens, l'ATP est synthétisé au cours de la phase claire de la photosynthèse. Chez les animaux, la consommation de l’ATP est continue malgré sa concentration intercellulaire qui est faible : cela nécessite donc une régénération permanente de l'ATP. C’est l’énergie produite par la dégradation de métabolites organiques qui permet cette synthèse. L’expérimentation étant difficile sur des fibres musculaires humaines, on peut, dans une première approche, utiliser des levures comme modèle pour une étude de métabolisme énergétique à l’échelle cellulaire. Les levures sont des eucaryotes unicellulaires qui se multiplient activement par bourgeonnement, à condition d’être cultivés dans un milieu contenant des substances nutritives (glucose).

Comment les cellules hétérotrophes, comme les cellules musculaires ou les levures, assurent-elles la production d'ATP ?

MISE EN EVIDENCE DES REACTIONS DE PRODUCTION D'ENERGIE CHEZ LES LEVURES

Une levure est un champignon unicellulaire apte à provoquer la fermentation des matières organiques animales ou végétales. Les levures sont employées pour la fabrication du vin, de la bière, des alcools industriels, des pâtes levées, des antibiotiques et d'exhausteurs de goût.

PROTOCOLE EXAO

PREPARATION DE L'EXPERIENCE

1. Faire le paramétrage de l’expérience en plaçant correctement les icônes sur le graphique et en choisissant une durée d’acquisition de 20 minutes en cliquant sur l’icône« Temps » sur l’axe des abscisses. 2. Remplir la cuve du bioréacteur au 3/4 avec la solution de levures affamées de façon à ce que cela déborde une fois le couvercle positionné (pour éviter une interface d’air). 3. Positionner les 3 sondes (O2 ; CO2 et éthanol) sur le couvercle du bioréacteur. Positionner de préférence la sonde éthanol au centre car elle est moins sensible à l’agitation. NB : Les sondes ne doivent pas toucher le fond de la cuve du bioréacteur ! 4. Fermer les trous « non utilisés » grâce aux bouchons prévus à cet effet. 5. Préparer une seringue de 1mL de glucose 6. Brancher le bioréacteur et lancer l'agitation.

PROTOCOLE EXAO (SUITE)

ACQUISITION DES MESURES

1. Lancer la mesure en cliquant sur le feu vert. 2. Après 2 minutes, procéder à une injection de 1 mL de glucose par le petit orifice prévu à cet effet sur le bioréacteur. N.B. : La quantité de glucose à injecter dépend de la qualité et de la quantité de levure présente dans l’enceinte. Après une première injection de 1ml, si le changement de pente n’est pas significatif, il ne faut pas hésiter à ajouter davantage de glucose. 3. Mettre un repère sur l'axe des temps, en appuyant sur la barre d’espace afin de marquer l’injection. 4. Observer les variations de la concentration des gaz dans le bioréacteur où se trouvent les levures et commencer à expliquer ces résultats. 5. Attendre la fin de l’expérience. L’enregistrement des paramètres mesurés s’arrête de lui-même. Appelez votre professeur pour vérifier vos résultats et obtenir si besoin un document de secours 6. Titrer et légender votre graphique en utilisant les fonctionnalités du logiciel. 7. Imprimer vos résultats. 8. Révéler la présence ou non du glucose en fin d’expérience en utilisant les glucotests.

Résultats obtenus sur une culture de levures en présence de glucose

La respiration cellulaire et la fermentation alcoolique sont les voies métaboliques utilisées par les levures.

Glucose et éthanol

Question:donner les équations équilibrées de la respiration cellulaire et de la fermentation. Glucose : C6H1206 Éthanol C2H5OH

molécule de glucose

molécule d'éthanol

Organite etsubstrat de la respiration cellulaire

(A) Levures cultivées en milieu anaérobie (en absence de dioxygène) et (B) en milieu aérobie (avec dioxygène)

Des levures déficientes en mitochondries

Portion de cytoplasme d'une fibre musculaire

Les effets de l'entrainnement

La fermentation lactique

• Les cellules musculaires peuvent utiliser deux voies métaboliques différentes : la respiration en conditions aérobies et la fermentation lactique en conditions anaérobies.
• La fermentation lactique est la transformation de glucose (un sucre) en acide lactique. Une molécule de glucose peut être transformée en deux molécules d’acide lactique. Cette transformation permet de libérer un peu d’énergie, par exemple pour la contraction musculaire, sans que l’on ait besoin d’oxygène. On parle alors de voie métabolique anaérobie.
• Chez l’humain, la transformation de glucose en acide lactique se produit dans les cellules musculaires durant des efforts physiques de type sprint (par exemple un 800 mètres), quand la contraction intense des muscles nécessite beaucoup d’énergie. Cette dépense d’énergie a néanmoins un prix. L’accumulation de l’acide lactique induit en effet une fatigue musculaire qui limite la durée de tels efforts.

Vers les ECE

Expérience ExAO sur des mitochondries isolées

Résultats obtenus

Les étapes de la respiration cellulaire et de la fermentation lactique

Les cellules musculaires peuvent utiliser deux voies métaboliques différentes: la respiration en conditions aérobies et la fermentation lactique en conditions anaérobies. La fermentation lactique est la transformation de glucose (un sucre) en acide lactique. Une molécule de glucose peut être transformée en deux molécules d’acide lactique. Cette transformation permet de libérer un peu d’énergie, par exemple pour la contraction musculaire, sans que l’on ait besoin d’oxygène. On parle alors de voie métabolique anaérobie. Chez l’humain, la transformation de glucose en acide lactique se produit dans les cellules musculaires durant des efforts physiques de type sprint (par exemple un 800 mètres), quand la contraction intense des muscles nécessite beaucoup d’énergie. Cette dépense d’énergie a néanmoins un prix. L’accumulation de l’acide lactique induit en effet une fatigue musculaire qui limite la durée de tels efforts.

Schéma BILAN à compléter

La respiration cellulaire se déroule en plusieurs étapes:la glycolyse dans le hyaloplasme le cycle de Kreps dans la mitochondrie

1ère étape: la glycolyse

2nde étape: le cycle de Krebs

Localisation d'une synthèse d'ATP

À partir des années 1960, il a été possible d’isoler des particules submitochondriales (avec ou sans sphères pédonculées) à partir de la membrane interne des mitochondries. Différentes expériences ont permis de comprendre où se fait la synthèse de l’ATP.

Des réactions d'oxydoréduction associées à la production d'ATP

Lors de la production d’ATP dans les mitochondries, des composés réduits NADH, H+ ainsi que du dioxygène sont nécessaires à cette production.

Une vidéo pour vous autocorriger

L'acide pyruvique, une molécule commune à deux voies métaboliques

Ouf !

Mission accomplie !