Dans le cas d’un exercice physique modéré et long, la respiration cellulaire est la voie principale de production d’ATP dans les cellules musculaires en présence de dioxygène.
I) Les étapes de la respiration cellulaire
La glycolyse se déroule dans le hyaloplasme. Elle aboutit à une dégradation du glucose en deux molécules d’acide pyruvique ou pyruvate (C3H4O3).
Mots-clés
NAD+et FAD : formes oxydées de transporteurs d’hydrogène et d’électrons, qui deviennent NADH,H+ et FADH2 quand elles sont réduites.
Phosphorylation de l’ADP : fixation d’un phosphate inorganique (Pi) sur une molécule d’ADP conduisant à une molécule d’ATP.
Le cycle de Krebs se déroule dans la matrice des mitochondries. Cette série de réactions complexes permet la dégradation de chaque molécule (décarboxylation) de pyruvate en dioxyde de carbone.
La phosphorylation oxydative se déroule dans les crêtes mitochondriales en présence de dioxygène. La régénération des transporteurs oxydés par la chaîne respiratoire entraîne la réduction du dioxygène (O2) en eau (H2O).
Cette série de réactions génère un gradient de protons qui active des ATPsynthases catalysant la synthèse d’une grande quantité d’ATP.
II) Bilan de la voie métabolique aérobie
La dégradation complète d’une molécule de glucose en CO2 et H2O permet la synthèse de 36 molécules d’ATP.
Les cellules musculaires dégradent prioritairement le glycogène en réserve dans le hyaloplasme par glycogénolyse, ce qui produit une molécule d’ATP supplémentaire :
Glycogène → Glucose-1-phosphate → Glucose-6-phosphate → Glucose + 1 ATP
Méthode
Révéler une étape préalable à la phase mitochondriale
On étudie la respiration cellulaire en mesurant la concentration en dioxygène de deux milieux riches en dioxygène, ADP et Pi.
À partir des résultats obtenus, montrer qu’une partie des réactions de la respiration cellulaire se déroule dans le hyaloplasme.
Doc Variations de concentration de dioxygène dans le milieu
Conseils
Étape 1 Comparer la concentration en dioxygène dans les deux milieux après injection de glucose, puis après injection de pyruvate.
Étape 2 En déduire quelle molécule est utilisée par les mitochondries.
Étape 3 Conclure en indiquant la réaction se déroulant dans le hyaloplasme.
Solution
Étape 1 Après l’injection de glucose, seule la concentration en dioxygène du milieu contenant les cellules entières diminue ; la concentration en dioxygène du milieu contenant les mitochondries reste stable. Après l’injection de pyruvate, la concentration en dioxygène diminue dans les deux milieux.
Étape 2 Les mitochondries ne sont pas capables de métaboliser le glucose, mais elles peuvent utiliser le pyruvate.
Étape 3 Une réaction préalable est donc nécessaire : il s’agit de la dégradation du glucose en pyruvate (glycolyse), qui se déroule dans le hyaloplasme.