cellular respiration, Study notes of Biology

Download cellular respiration and more Study notes Biology in PDF only on Docsity! LYCEE QUALIFIANT SIDI AISSA Prof : NOURDDINE ELACHKY Unité I : Consommation de la matière organique Année scolaire : 2020/2021 Cahier de prof 2ème BAC SVT Nom et prénom : …………………………………………………………………......... Classe : ………………………………………………………………………………………… Introduction *Les plantes chlorophylliennes sont des êtres vivants autotrophes. Elles produisent leur matière organique (Les glucides, les lipides, les protides) en utilisant l'eau, les sels minéraux, le CO, atmosphérique et l'énergie lumineuse (phototrophes). C'est la photosynthèse Les êtres vivants hétérotrophes, doivent se nourrir de matière organique pour en extraire leur énergie chimique (ATP), Cette énergie est utilisée par hydrolyse de l'ATP dans les activités cellulaires Problématiques : Quels sont les phénomènes cellulaires permettant la libération de l’énergie chimique emmagasinée dans la matière organique ? Comment intervient l’énergie chimique dans les activités cellulaires qui nécessitent l’énergie ? Bilan Les cellules utilisent le glucose comme métabolite énergétique pour extraire l’énergie nécessaire à leurs activités. Elles peuvent le dégrader de 2 façons : ✓ La respiration cellulaire : Est une dégradation complète du glucose, en présence du dioxygène, permettant une libération de toute l’énergie contenue dans ce métabolite (car les déchets sont le CO2 et H2O, des déchets minéraux sans énergie). C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ---------→ 6CO2 + 12H2O ✓ La fermentation : La fermentation débute dans le cytoplasme par la glycolyse en absence du dioxygène, certains êtres vivants (par exemple les levures) sont capables d’oxyder le glucose d’une manière incomplète en produisant de l’éthanol, c’est la fermentation alcoolique. Selon la réaction suivanteC6H12O6-------- -→ 2CH3-CH2OH + 2CO2 Ou bien l’acide lactique, c’est la fermentation lactique, Selon la réaction suivante C6H12O6---------→ 2CH3-CH2-COOH 2- Observation des levures en aérobiose et anaérobiose. Document 3 On souhaite voir comment évoluent les populations de levures et certains paramètres du milieu en aérobie et anaérobiose. Pour cela, des levures ont été placées dans un milieu de culture contentant le glucose en présence ouen absence d’oxygène .le tableau ci-dessous représente les conditions et les résultats de l’expérience 1. Indiquez les informations que l’on peut tirer de ces résultats. On observe des cellules de levures cultivées dans un milieu nutritif riche en O2 : milieu aérobie, et dans un milieu nutritif dépourvu d’O2 : milieu anaérobie. Les schémas ci-dessous représentent les électronographies de cette observation 2.Comparez les deux cellules et déduisez la relation entre le type de métabolisme et la présence de mitochondries 3. Sous forme d’un tableau réalisez un bilan de l’ensemble des phénomènes qui caractérisent d’une part le métabolisme de la respiration et d’autre part celui de la fermentation 1.-En milieu aérobie, la multiplication cellulaire (poids de levures) ainsi que la consommation du glucose sont beaucoup plus importantes qu’en milieu anaérobie. -Sachant que la multiplication cellulaire nécessite de l’énergie, On pourrait admettre que la production d’énergie (à partir de la dégradation du glucose) est moindre en mode « fermentation » qu’en mode « respiration » -la dégradation du glucose en anaérobiose est incomplète et il se forme de l’alcool éthylique ou éthanol • 2. Fig a :On observe que dans le milieu aérobie (c’est-à-dire en présence du O2), il existe des organites chez les cellules de levure, appelé Mitochondrie, donc la respiration nécessite la présence des ces organites pour la dégradation du glucose. • Fig b : On observe que dans le milieu anaérobie (c’est-à-dire en absence du O2), les Mitochondries sont absent, donc la fermentation ne nécessite pas la présence des ces organites pour la dégradation du glucose. 2. Bilan - Comment le glucose est-il transformé en énergie utilisable par la cellule au cours de la respiration et au cours de la fermentation ? - Pourquoi la respiration permet de produire plus d’énergie que la fermentation ? - Quel est le rôle des mitochondries dans la respiration cellulaire ? IIL Le devenir du glucose absorbé par la cellule 1- Données expérimentaux Document 4 Après avoir isolé des mitochondries à partir de cellules animales ; on les dépose dans un milieu riche en O2,auquel on a ajouté du glucose au moment t1 et de l’acide pyruvique a l’instant t2, avec un équipement adéquat on mesure le taux de O2 dissout en fonction du temps. La fig 1ci-contre donne les résultats des mesures effectuées : 1. Décrivez les résultats obtenues, que pouvez-vous déduire Pour pouvoir suivre les étapes de la décomposition de la molécule du glucose dans la cellule ; on a cultivé des levures dans un milieu riche en O2 et contenant du glucose radioactif(=G) .Par la suite on a prélevé des levures de ce même milieu aux instant T0 , T1 , T2 , T3 et T4 pour analyser leurs contenus ,avec les techniques appropriées on a mis en évidence la présence de nouvelles matières radioactives tel l’acide pyruvique(=P), les acides du cycle de Krebs1 (=K )et du CO2 . Le tableau ci-dessous montre l’emplacement de ces molécules lors des différentes étapes de l’expérience : 2. Commentez le tableau. 3. Que peut-on déduire de l’expérience ? 1. - Après l’ajout du glucose la concentration en O2 n’a pas variée, mais dès qu’on ajoute de l’acide pyruvique il y a une baisse de la concentration en O2 - On déduit que les mitochondries utilisent l’acide pyruvique comme métabolite énergétique et non pas le glucose. 2. – à l’instant T0: le glucose est uniquement présent dans le milieu extérieur de la cellule. – à l’instantT1 : le glucose entre dans le cytoplasme (cytosol) de la cellule. – à l’instantT2 : le glucose se transforme en acide pyruvique qui commence à pénétrer les mitochondries. – a l’instant T3:pénétration totale des mitochondries par l’acide pyruvique qui progressivement se transforme en acides du cycle de Krebs. – a l’instant T4 : transformation totale de l’acide pyruvique en acides du cycle de Krebs avec émission du CO2. Conclusion : la dégradation du glucose dans les cellules se fait en deux étapes : 1Er étape : transformation du glucose en acide pyruvique dans le cytosol. c’est la glycolyse 2Eme étape : pénétration du de l’acide pyruvique dans les mitochondries ou il est transformé en acides du cycle de Krebs et en CO2 qui est expulser hors de la cellule, c’est l’oxydation respiratoire 3.2- Oxydation du pyruvate au niveau de la matrice mitochondriale : Document 7 Les 2 pyruvates obtenus par glycolyse, poursuivent leur catabolisme selon la nature du milieu : en présence d’O2, l’acide pyruvique pénètre dans la matrice mitochondriale ou il subit une dégradation totale grâce au cycle de Krebs, la figure ci-dessous illustre les étapes de la dégradation d glucose au niveau du mitochondrie . 1.Décrivez l’ensemble deréactions chimiques quesubit l’acide pyruviquedans la matricemitochondriale. 2.Donnez l’équation bilan decycle de Krebs 3.Quel est le bilan chimiquede l’oxydation totale d’unemolécule de pyruvate dans la matrice 1. L’oxydation de l'acide pyruvique s'effectue selon une série cyclique de réactions biochimiques : La première étape : l’acide pyruvique subit une décarboxylation (enlèvement de CO2) et une déshydrogénation (enlèvement de H+ ) et donne l’acétyl-CoA selon la réaction suivante : CH3-CO-COOH + H-COA + NAD+ ----→CH3-CO-COA + NADH,H + + CO2 La deuxième étape : les réactions du cycle de Krebs : - L’acétylcoenzyme A ( C2) entre dans le cycle et se fixe sur l’oxaloacétate (C4) pour former du citrate ( C6) , puis le groupement coenzyme A se libère. - Le citrate subit une série de réactions : 2 décarboxylations et 2 déshydrogénations grâce à des enzymes spécifiques, pour régénérer à la fin l’oxaloacetate (C4) de nouveau et le cycle de Krebs va reprendre le tour. - Les déshydrogénations permettent de réduire les transporteurs d’hydrogènes NAD+ et FAD+ selon les réactions : - NAD+ + 2e + 2H+ ----→ NADH,H+ - FAD+ + 2e + 2H+ ----→FADH2+ 3. Equation bilan de cycle de Krebs : CH3-CO-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 3H2O → 2CO2 + 3NADH,H+ + FADH2 + ATP + CoA-H3. Pour une molécule d’acide pyruvique consommée, il y a eu production de ▪ 4NADH,H+▪ 1FADH2▪ 1ATP▪ 3CO2 CH3-CO-COOH + 4NAD+ + FAD + ADP + Pi → 3CO2 + 4NADH,H+ + FADH2 + ATP 3.3- Réoxydation des transporteurs réduits et la production d’ATP dans la chaîne respiratoire de la membrane interne mitochondriale a- Notion de la chaine respiratoire Document 8 pour mettre en évidence le rôle de la chaine respiratoire dans la respiration cellulaire, on propose les données suivantes: ➢ Première donnée: On réalise l’expérience illustrée par la figure 1. On place une suspension de mitochondries dans un milieu dépourvu d’O2 et contenant des R’H2 (donneurs d’e- et de H+). On suit l’évolution de la concentration de H+ dans le milieu avant et après l’injection d’une solution riche en O2, les résultats sont présentés par le graphe de la figure 2. 1. Décrivez l’évolution de la concentration de H+ dans le milieu avant et après l’injection d’O2. ➢ Deuxième donnée: Les figure 3 et 4 montrent le devenir des e- et des H+ cédés par les transporteurs réduits R’H2 (NADH+H+ et FADH2) au niveau de la chaine respiratoire constituée des transporteurs T1, T2, T3, T4, T5 et T6. 2. Déterminez le ou les rôles des protéines de la chaine respiratoire à partir de l’analyse des données des figures 3 et 4. 3. Expliquez l’augmentation rapide de la concentration de H+ après l’injection d’O2 (figure 2) 1.Avant l’injection d’O2, la concentration de H+ est nulle. Après l’injection d’O2, H+ apparait dans le milieu, sa concentration augmente rapidement jusqu’à la valeur de 58.10-9 mol/l puis elle diminue progressivement et s’annule après 32 s. 2. Analyse des données de la figure 3 ➢ Au niveau de la membrane interne des mitochondries, on remarque ce qui suit: ✓ Le NADH+H+ est oxydé par le CI alors que le FADH2 est oxydé par le CII ; ✓ Les e- libérés à la suite de cette oxydation sont transportés par les enzymes de la chaine respiratoire jusqu’à O2, ce dernier fixe aussi les H+ et se transforme en H2O. ✓ Certaines enzymes de la chaine respiratoire transportent les H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire. Analyse des données de la figure 4 ➢ Le flux de e- dans la chaine respiratoire s’effectue spontanément dans le sens croissant des potentiels Redox, depuis le premier donneur (le couple NADH+H+/NAD+), jusqu’au dernier accepteur (le couple O2/H2O). ➢ Au cours de leur transport, les e- libèrent de l’énergie (qui permet aux CI, CIII et CIV de réaliser un transport actif des H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire). 3. Injection d’O2 → oxydation des R’H2→ libération d’e- et de H+→ transport des e- par les transporteurs de la chaine respiratoire avec libération d’énergie par les e-→ passage des H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire puis à l’extérieur des mitochondries augmentation de la concentration de H+ Conclusion ❖ La chaine respiratoire est constituée de plusieurs transporteurs, ce sont des complexes enzymatiques qui participent à des réactions d’oxydo-réduction, ils réoxydent les composés réduits R’H2 et transportent les e- et les H+ cédés par ces composés jusqu’à O2, ce dernier accepteur subit une donc une réduction et se transforme en H2O. ❖ Le flux des e- et H+ au niveau de la chaine respiratoire depuis le couple R’H2 vers le couple O2/H2O s’appelle l’oxydation respiratoire. b . Mise en évidence du rôle des sphères pédonculées Document 9 Pour mettre en évidence le rôle des sphères pédonculées dans la respiration, on réalise l’expérience présentée par la figure 1: des mitochondries isolées sont soumises à l’action d’ultrasons, elles se découpent et des fragments de leur membrane interne se retournent et forment des particules submitochondriales, il s’agit de vésicules dont les sphères pédonculées sont orientées vers l’extérieur. On place ces particules submitochondriales dans des milieux variés ; la figure 2 présente les conditions de cette expérience et les résultats obtenus. 1. À partir de l’analyse des données de la figure 2, déterminez le rôle des particules submitochondriales mis en évidence par cette expérience. ➢ pHi : pH à l’intérieur des particules submitochondriales (représente le pH dans l’espace intermembranaire). ➢ pHe : pH à l’extérieur des particules submitochondriales (représente le pH dans la matrice). ❖ La membrane interne des mitochondries est imperméable aux H+, ces derniers ne peuvent passer de l’espace intermembranaire à la matrice qu’à travers des canaux situés dans les sphères pédonculées. ❖ le FCCP est substance qui rend la membrane interne des mitochondries perméable aux H+ 2.Equation bilan de la respiration cellulaire Remarque : Théoriquement le métabolisme de chaque molécule de glucose produit 38 ATP mais pratiquement à part les cellules du foie et du cœur on atteint à peine les 36 molécules d’ATP pour plusieurs raisons dont la principale c’est que lors de la glycolyse le NADH2 est remplacé dans le cytosol par du FADH2 car NADH2 ne peut traverser la membrane mitochondriale ; ce qui fait que la glycolyse ne produit que 6 ATP au lieu de 8 4- Le devenir de l’acide pyruvique en milieu anaérobiose : Document 12 En l’absence ou en l’insuffisance d’oxygène, le pyruvate résultant de la glycolyse ne pénètre pas dans la mitochondrie, il se transforme dans l’hyaloplasme en acide lactique figure 1 (la fermentation lactique.) ou en éthanol figure 2( la fermentation alcoolique). 1. En exploitant les résultats de l’expérience, déterminez les caractéristiques de la fermentation alcoolique et lactique . 2. Sachant que la fermentation débute dans le l’hyaloplasme par la glycolyse. Ecrivez l'équations équilibrées de la formation alcoolique et lactique 3.Quel est le bilan énergétique de la fermentation. 1. La fermentation alcoolique : - Réaction anaérobie - Production du CO2, - Produit un alcool, l’éthanol La fermentation lactique : - Réaction anaérobie - Pas de Production du CO2 - Production de l’acide lactique 2. L’équations équilibrées de la formation alcoolique et lactique Fermentation lactique Fermentation alcoolique 3. Le nombre de molécules d’ATP produite à partir d’une molécule de glucose lors de la fermentation : 2 ATP IV- Le rendement énergétique de la respiration et de la fermentation Document 12 Des mesures calorimétriques variées ont permis de calculer l’énergie globale que l’on peut extraire d’une mole de glucose à 37°C : - l’oxydation complète d’une mole de glucose en présence d’O2 dans une chambre calorimétrique libère 2840 kJ ; - l’oxydation d’une mole de glucose en absence d’O2 dans une chambre calorimétrique libère 140 kJ ; - l’énergie contenue dans les déchets minéraux (CO2 et H2O) est 0 kJ ; - l’énergie emmagasinée dans une mole de l’éthanol est 1360 kJ ; - l’hydrolyse d’une mole d’ATP libère 30,5 kJ. 1. Calculez le rendement énergétique de la respiration et de la fermentation alcoolique. Le rendement énergétique est le % que représente l’énergie produite sous forme d’ATP par rapport avec la quantité globale de l’énergie emmagasinée dans le glucose ; on calcule le rendement énergétique en utilisant la formule suivante : 2. Comparez le rendement de la respiration avec celui de la fermentation, puis expliquez la différence constatée. Au des réactions métaboliques de la respiration et de la fermentation, une partie de l’énergie contenue dans les métabolites organiques est dissipée (perdue) sous forme de chaleur 3. Calculez la quantité d’énergie perdue sous forme de chaleur au cours de la respiration et la fermentation, puis complétez la figure ci-dessous 1. Pour la respiration, on a deux cas : ✓ Cas de 38 ATP comme bilan énergétique : r = 40,81 % ✓ Cas de 36 ATP comme bilan énergétique : r = 38,66 % ✓ Pour la fermentation alcoolique, r = 2,15 % 2. Le rendement énergétique de la respiration est très supérieur à celui de la fermentation (alcoolique et lactique). On peut expliquer la différence constatée comme suit : Pour la respiration : Consommation d’O2 → dégradation complète du glucose → bilan énergétique élevé (36 ou 38 ATP) →rendement énergétique élevé (40 %). - Pour la fermentation : Pas de consommation d’O2 → dégradation incomplète du glucose → production d’un déchet organique riche en énergie (éthanol, acide lactique …) → bilan énergétique très faible (2 ATP) → rendement énergétique très faible (2 %). 1.Pour la respiration : ✓ - cas de 38 ATP : 2840 - 1159 = 1681 kJ ✓ - cas de 36 ATP : 2840 - 1098 = 1742 kJ Pour la fermentation alcoolique : 2840 - ((2 x 1360) + 61) = 59 Kj contraction du muscle, on observe une fusion complète (totale) des deux secousses qui apparaissent comme s’il n’y a qu’une seule secousse d’une amplitude plus grande. c. Réponse musculaire à une série d’excitations efficaces successives et de même intensité. Document 4 À l'aide d'électrodes excitatrices on envoie au muscle, par l'intermédiaire du nerf, une série d'excitations dont on peut faire varier la fréquence. ✓ Avec une fréquence de 12 excitations par seconde, on obtient l'enregistrement de le figure 1 ✓ Avec une fréquence de 32 excitations par seconde, on obtient l'enregistrement de le figure 2 1.comparez les deux myogramme et expliquez les phénomènes observés Figure A : quand la fréquence des excitations est faible de telle sorte que chaque excitation se produit pendant la phase de relâchement de la secousse relative à l’excitation précédente, le myogramme obtenu donne des secousses avec fusion incomplète. Ce myogramme est appelé tétanos imparfait. Figure B : quand la fréquence des excitations est forte de telle sorte que chaque excitation se produit pendant la phase de contraction de la secousse relative à l’excitation précédente, le myogramme obtenu donne des secousses avec fusion complète. Ce myogramme est appelé tétanos parfait. d- fatigue musculaire Document 5 C1 = la secousse musculaire d'amplitude a1, obtenue à la suite de la première excitation. C2= la secousse musculaire d'amplitude an obtenue à la suite de la dernière excitation. On porte une série de stimulation de même intensité sur le muscle gastrocnérnien pendant une durée très longue. A fin d'obtenir une superposition des enregistrements on règle la vitesse de rotation du cylindre de tel sorte qu'une excitation unique se produit à chaque tour les résultats sont présentés par la figure 1: Pour l'enregistrement de la figure 2 , le cylindre tourne à une vitesse plus lente et l'on porte une stimulation par seconde 1. En exploitant les données de ce document, déterminez comment se traduit la fatigue musculaire au niveau de la secousse musculaire. La figure 1 montre une diminution progressive de l’amplitude des secousses musculaire avec une augmentation de la durée de relâchement La figure 2 montre une diminution progressive de l’amplitude des secousses jusqu’à l’immobilité complète du muscle. Il s’est produit donc une fatigue progressive du muscle. II. Les phénomènes thermiques et métaboliques accompagnant la contraction 1. Les phénomènes thermiques accompagnant la contraction musculaire Document 6 Pour mesurer la chaleur dégagée lors de la contraction musculaire, et Haltrée ont utilisés un apparell appelé thermopile (Figure 1). Ce dernier comprend deux aiguilles thermoélectriques formées de deux métaux différents (Cuivre- Nickel), l'une est Introduite dans le muscle, l'autre est maintenue à une température constante. La différence de température entre les deux aiguilles se traduit par une différence de potentiel (ddp) dont la valeur est proportionnelle à la température du muscle contracté. Cette ddp se traduit au niveau de l'oscilloscope sous forme de courbes (Figure 2). 1. En exploitant, en parallèle, le myogramme et la courbe de variation de la chaleur dégagée, déterminer les différents types de chaleur libérée par le muscle lors d'une activité musculaire Suite à une contraction musculaire il y a un dégagement de chaleur qui se fait en deux temps : • Une chaleur initiale : qui se dégage rapidement au cours de la secousse musculaire. Elle comporte une chaleur de contraction et une chaleur de relâchement. • Une chaleur retardée qui se dégage lentement après la secousse. L’absence de dégagement de chaleur retardée en milieu anaérobie prouve que la respiration cellulaire en constitue la source, alors que l’origine de la chaleur initiale est la fermentation lactique. 2. Phénomènes chimiques accompagnant la contraction musculaire Document 7 artère→ sang entrant veine→ sang sortant On analyse le sang à l'entrée et a la sortie d'un muscle au repos et après une activité musculaire. On obtient les résultats présentés dans le tableau ci-dessous: 1.Comparez les besoins d’un muscle en activité et au repos. Que peut-on déduire L’expérience montre que le muscle :  Bénéficie d’une augmentation du débit sanguin qui permet l’intensification des échanges lorsqu’il est en activité - Utilise beaucoup plus de glucose et d’O2 et produit d’avantage de CO2 lorsqu’il est en activité. - Ne consomme pas les protides et les lipides mais utilise uniquement le glucose que ce soit en activité ou au repos. Ces phénomènes chimiques traduisent l’oxydation du glucose qui produit l’énergie nécessaire à la contraction musculaire. III. Structure et ultra-structure du muscle strié squelettique Afin de comprendre comment la contraction du muscle squelettique produit du mouvement par conversion de l'énergie, il est au préalable nécessaire de connaitre l'organisation particulière de ces cellules très spécialisées. Quelles sont les structures musculaires qui interviennent dans la contraction musculaire ? 1. Quelques observations du tissu musculaire Document 8 1 – annotez la figure 2-décrire la structure du muscle squelettique strié (figure 1) 1 – tendon 2- muscle 3- tissu conjonctif 4- faisceau musculaire 5- fibre musculaire 6- noyau 7- sarcolemme 8- myofibrille 9- myofilaments 2-- Le muscle squelettique est un muscle relié au squelette par son tendon - Le muscle squelettique est composé d'un ensemble de faisceaux musculaires séparés par un tissu conjonctif - Chaque faisceau musculaire est constitué de plusieurs fibres musculaires - chaque fibre musculaire contient des organites cylindriques, les myofibrilles qui contiennent à leurs tours des myofilaments - chaque sarcomère est comprise entre deux lignes sombres (lignes Z) qui divisent deux bandes claires successives 2- 1- strie Z 2-bande claire 3- bande sombre 4 – zone H 3-sarcomère : est l’unité fonctionnelle du muscle alterne des stries claires (bandes clairs) et de stries sombres (bandes sombres). Les bandes clairs correspondent à des zones contenants des filaments fins constitués par de l’actine, et les bandes sombres correspondent à des filaments épais de myosine. 4 - 5- Les filaments d'actine sont formés par des molécules d'actines globulaires assemblées en hélice, associées à deux autres protéines la tropomyosine et la troponine - Le filament épais de myosine est constitué de plusieurs molécules de myosine. Chaque molécule de myosine est constituée d'un bâtonnet queue) et deux têtes possédant une activité ATPase IV. Mécanisme de la contraction musculaire Un mouvement, par exemple une flexion du bras, est dû au raccourcissement qui résulte de la contraction d'un muscle. Les interactions entre les myofilaments sont responsables de ce raccourcissement et nécessitent l'intervention de l'ATP - Quel est le mécanisme de la contraction musculaire ? - Comment se fait la conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique dans une cellule musculaire? 1. Observation au microscope électronique de contraction des myofibrilles. Document 11 Des fibres musculaires au repos et des fibres musculaires en état de contraction ont été congelées brutalement L'observation en microscopie électronique de la structure fine des myofibrilles montre des différences importantes d’aspects entre les deux types de préparations 1. Indiquez les modifications observable lors de la contraction Au cours de la contraction musculaire on observe : - Rapprochement des 2 stries Z - Raccourcissement du sarcomère. - Raccourcissement des bandes claires - Les bandes sombres ne changent pas de taille. - Raccourcissement de la bande H et sa disparition parfois Explications et conclusion : Puisque les bandes sombres ne changent pas de taille Ceci prouve qu’il y a, au cours de la contraction, un glissement des myofilaments d’actine par rapport aux myofilaments de myosine. Le sarcomère est donc l’unité fonctionnelle de la fibre musculaire 2. Conditions nécessaires à la contraction musculaire Document 12 Pour préciser les conditions de la contraction musculaire, on réalise l'expérience sufvante : Des myofilaments isolées et placées dans un liquide riche en ATP et en Ca2+. On additionne au milieu, le salyrgan (Un poison qui bloque l'hydrolyse de l'ATP) puis un chélateur (Une substance qui fixe les ions Ca2+ Inhibant ainsi leur action) et on mesure la tension de la myofibrille. Les figures cl dessous montrent les résultats obtenus. 1.Analysez ces résultats et déduisez les conditions nécessaires à la contraction musculaire Figure 1: - Au repos, on constate que la concentration du calcium dans le sarcoplasme est très basse. - Immédiatement après l'excitation de la fibre musculaire, on constate une augmentation de la concentration de calcium dans le sarcoplasme, suivie d'une augmentation de la tension de la myofibrille (Contraction) Figure 2 et 3 : - En présence d’ATP et d’ions Ca2+, on observe une augmentation de la tension de myofibrille (il y a une contraction), - après l’addition du salyrgan ou du chélateur, la tension de la myofibrille diminue rapidement (arrêt de contraction) - Explications et conclusion : + On explique l’arrêt de contraction après l’addition du salyrgan par l’absence d’hydrolyse d’ATP + On explique l’arrêt de contraction après l’addition du chélateur par l’inhibition de l’action des ions Ca2+ On déduit que la contraction musculaire ne peut être réalisée qu’en présence de deux éléments essentiels, l’ATP et le calcium (Ca2+) Quel est le rôle des ions Ca2+ et d’ATP dans la contraction musculaire ? 3. Mécanisme moléculaire de la contraction musculaire a- Rôle des ions Ca2+ dans la contraction musculaire Document 13 1 .analysez le document et déterminez le rôle de ca2+ dans la contraction musculaire En absence des ions Ca2+ (au repos), la tropomyosine cache le site de fixation de la tête de myosine sur l’actine. La fixation des ions Ca2+ sur la troponine entraine le déplacement de la tropomyosine ce qui permet la fixation de myosine sur l’actine et la formation des complexes actomyosine b- Mécanisme moléculaire de la contraction musculaire Document 14 1. En se basant sur ce document et le document précédent ( rôle de ca2+), Décrivez le mécanisme de la contraction musculaire Arrivée de l’influx nerveux → libération du Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique → déplacement de tropomyosine par la troponine → formation des ponts actomyosine → pivotement des têtes de myosine grâce à l’énergie issue de l’hydrolyse de l’ATP → glissement des filaments d’actine vers le centre du sarcomère → contraction musculaire