Thème : Energie et cellule vivante

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1 Thème : Energie et cellule vivante Chapitre 1 : L ATP, molécule indispensable aux activités cellulaires 1. Structure de l ATP L ATP, adénosine tri-phosphate, est la molécule universelle qui permet les transferts d énergie dans toutes les cellules. L ATP, Adénosine Tri-Phosphate, est une petite molécule constituée d'un glucide (ribose), d'une base azotée (adénine) et de trois groupements phosphate. 2. Hydrolyse et synthèse L hydrolyse de l ATP est la rupture d'une liaison phosphate. Cette réaction libère de l énergie. La synthèse d'atp consiste à ajouter un groupement phosphate à une molécule d'adp et ainsi à ajouter une liaison phosphate, c est une phosphorylation. Cette réaction nécessite de l énergie. Schéma Métabolisme cellulaire et ATP Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans les cellules. Parmi les réactions du métabolisme, les réactions de dégradation produisent de l'énergie servant à synthétiser de l'atp. Les biosynthèses, permettant de synthétiser de nouvelles molécules, nécessitent un transfert d'énergie assuré par la molécule d'atp. Dans la cellule, les réactions libérant ou consommant de l'énergie sont couplées à la synthèse ou l'hydrolyse de l'atp. Schéma 2. Dans une cellule, il existe un équilibre entre les concentrations d ADP et d ATP : l utilisation d ATP implique une synthèse immédiate = régénération de l'atp. Chapitre 2 : La photosynthèse 1. La photosynthèse au niveau cellulaire Les cellules chlorophylliennes sont autotrophes pour le carbone, elles produisent, par photosynthèse, des molécules organiques à partir de molécules minérales dont le CO2 qui constitue la seule source de carbone. Elles sont phototrophes, l'énergie lumineuse constitue la source d'énergie nécessaire à la photosynthèse. La photosynthèse est le phénomène permettant de synthétiser des molécules organiques (Carbone organique) à partir de CO2, de H2O et de lumière. Elle s accompagne d échanges gazeux : absorption de CO2 et rejet d O2. Les cellules chlorophylliennes renferment de nombreux organites spécialisés, les chloroplastes contenant la chlorophylle indispensable à la photosynthèse. La photosynthèse se réalise au niveau cellulaire à l intérieur des chloroplastes. Le chloroplaste est un organite compartimenté très riche en membrane formant des thylakoïdes empilés (granum) baignant dans le stroma riche en enzymes. Les pigments chlorophylliens photosensibles sont contenus à l'intérieur de la membrane des thylakoïdes. La surface des thylakoïdes porte des ATP-synthases. Schéma 3 :

2 2. Rôle des pigments chlorophylliens, spectres d absorption et d action La chlorophylle brute est un mélange de pigments qui peuvent être séparés et caractérisés par chromatographie. Les chlorophylles a et b sont des pigments verts, le plus souvent majoritaires. Les différents pigments de la chlorophylle brute absorbent certaines radiations lumineuses et donc de l'énergie lumineuse. Le spectre d'absorption de la chlorophylle brute correspond au pourcentage d'absorption de chaque radiation lumineuse. Les radiations absorbées sont principalement situées dans le bleu-violet (400 à 480 nm) et dans le rouge (650 à 700 nm). Le vert n'est pratiquement pas absorbé. Le spectre d action correspond aux radiations efficaces, c'est-à-dire pour lesquelles on observe une photosynthèse importante. En général, les spectres d action et d absorption sont superposables, ce qui signifie que les radiations permettant la photosynthèse sont celles qui sont absorbées par les pigments chlorophylliens (principalement les chlorophylles a et b). 3. Déroulement de la photosynthèse La photosynthèse se déroule en 2 phases : La phase photochimique qui se déroule dans les thylakoïdes, permet la conversion de l énergie lumineuse en énergie chimique sous forme d'atp et de transporteurs réduits RH2. La phase chimique qui se déroule dans le stroma, permet la synthèse de glucides grâce à l incorporation du CO2 et aux produits de la phase photochimique. Les deux phases sont donc couplées. L ensemble des réactions se déroulent dans les chloroplastes grâce à l intervention de nombreuses enzymes. Globalement, ces réactions sont des oxydoréductions (oxydation=perte d'électrons, réduction=gain d'électrons) La phase photochimique La phase photochimique qui s'effectue au niveau des thylakoïdes, est une oxydoréduction entre l'eau et des transporteurs R. - L'eau est oxydée, ce qui entraîne la production de protons et d'électrons ainsi qu'un dégagement d'o2. - Les transporteurs R sont réduits en RH2. L'énergie nécessaire à cette oxydoréduction est fournie par la conversion de l'énergie lumineuse absorbée par les pigments chlorophylliens en énergie chimique. La photo-oxydation de l'eau permet la production d'atp (photo-phosphorylation) par les ATP-synthases situées sur la membrane des thylakoïdes. Le bilan de la phase photochimique est donc : Schéma La phase chimique La phase chimique se déroule grâce aux enzymes contenues dans le stroma. Il s'agit globalement d'une oxydoréduction : le CO2 est réduit en molécule organique (glucide) grâce aux RH2 qui sont oxydés en fournissant les H nécessaires à la synthèse des molécules organiques. Cette phase est donc couplée à la phase photochimique car elle nécessite l'atp et les RH2 produits par la phase photochimique. Le bilan de la phase chimique est donc : La phase chimique se déroule en plusieurs étapes formant le cycle de Calvin : - le CO2 se fixe à une molécule de RuDP, c'est l'accepteur de CO2 - le RuDP se scinde en deux molécules d'apg (acide phosphoglycérique = phosphoglycérate) - grâce à l'atp et aux RH2, l'apg est réduit en trioses-phosphates (glucides)

3 - une partie des trioses-phosphates servira à régénérer le RuDP et ainsi à boucler le cycle de Calvin - l'autre partie des trioses-phosphates sera le point de départ de la synthèse d'autres molécules organiques. Schéma 5. Schéma 6. Chapitre 3 : Dégradation des composés organiques et production d ATP La dégradation des molécules organiques dans la cellule s effectue dans le hyaloplasme (= cytosol = solution du cytoplasme) et pour la respiration se termine dans des organites spécialisés, les mitochondries. L ensemble des réactions de dégradation nécessite des enzymes et des transporteurs de protons et d électrons (notés R ). Les réactions de dégradation sont des oxydoréductions qui entraînent la production d'atp. 1. La glycolyse anaérobie, étape initiale de la dégradation des molécules organiques Etape initiale de la dégradation du glucose, elle se déroule en anaérobiose dans le hyaloplasme. La glycolyse est une oxydoréduction : - L'oxydation de la molécule de glucose conduit à la formation de 2 pyruvates (acide pyruvique), de protons et d'électrons. - Les transporteurs R' sont réduits en R'H2. L'oxydoréduction de la glycolyse permet la synthèse de 2 ATP par molécule de glucose. Le bilan est donc : 2. Respiration et dégradation complète des molécules organiques dans les mitochondries La respiration se déroule en aérobiose dans les mitochondries. La mitochondrie est un organite compartimenté très riche en membrane formant des replis appelés crêtes mitochondriales baignant dans la matrice riche en enzymes et en molécules dissoutes. La surface de la membrane interne porte des ATP-synthases Dégradation complète du pyruvate dans la matrice Le pyruvate résultant de la glycolyse subit une dégradation complète dans la matrice, par une suite de réactions appelée cycle de Krebs. La dégradation du pyruvate est une oxydoréduction qui produit 2 ATP : le pyruvate est oxydé en CO2, les transporteurs R' sont réduits en R'H2 :

4 2.2. Réoxydation de R H2 par l O2 dans la membrane interne L'oxydation de tous les R H2 conduit à la libération d'électrons et de protons. Les électrons sont transférés à des corps accepteurs (chaîne respiratoire) situés dans la membrane interne. Le dernier accepteur est l'o2 qui subit une réduction en H2O en récupérant tous les électrons et les protons. Cet ensemble d'oxydoréductions permet la production très importante de 32 ATP. Schéma Fermentation et dégradation incomplète des MO Elle fait suite à la glycolyse et se déroule dans le hyaloplasme. La fermentation est une oxydoréduction : les R'H2 produits par la glycolyse sont réoxydés, le pyruvate est réduit en une autre molécule organique, éthanol dans le cas de la fermentation alcoolique : La formation d'un résidu organique est la conséquence d'une dégradation partielle des molécules organiques. La fermentation ne produit pas directement de l ATP mais, en entraînant la réoxydation des R', elle permet à la glycolyse de ne pas s'arrêter et donc de produire un peu d'atp. En anaérobiose, la glycolyse est en effet la seule façon de produire de l ATP. 4. Comparaison des voies métaboliques de dégradation des molécules organiques Voie respiratoire Etape Dégradation Lieu Voie fermentaire Aérobiose / anaérobiose ATP Etape Glycolyse Glycolyse Respiration Fermentation Total Dégradation Lieu Aérobiose / anaérobiose ATP Total La dégradation partielle des molécules organiques par la voie fermentaire explique le rendement inférieur par rapport à la voie respiratoire pour laquelle la dégradation est totale. Schéma 8. Chapitre 4 : ATP et activité musculaire 1. Structure des cellules musculaires Un muscle strié squelettique est constitué d'un ensemble de fibres musculaires. La fibre musculaire contient des myofibrilles responsables de la contraction ainsi que de nombreuses mitochondries de grande taille. Les myofibrilles sont constituées de deux types de myofilaments de nature protéique : - filaments épais de myosine - filaments fins d actine

5 La disposition intercalée des myofilaments se traduit par une succession de disques clairs et de disques sombres. Le sarcomère est la portion de myofibrille délimitée par deux stries Z. Schéma Contraction et ATP Lorsqu'une fibre se contracte, la longueur de chaque sarcomère diminue par glissement des myofilaments. Ce glissement est la conséquence de la fixation puis de l'hydrolyse de l'atp sur la myosine qui provoquent un pivotement des têtes de myosine. L'énergie chimique de l'atp est donc convertie en énergie mécanique. Le coulissement des myofilaments résulte de la répétition des événements suivants : - fixation de l'atp sur la tête de myosine décrochement actine / myosine - hydrolyse de l'atp pivotement de la tête de myosine et fixation à l'actine - libération de l'adp traction de l'actine 3. Régénération de l'atp Le fonctionnement de la cellule musculaire exige une grande quantité d ATP. Une partie est convertie en énergie mécanique, l autre est dissipée sous forme de chaleur. Globalement les réserves d ATP ne varient pas pendant la contraction, l ATP est donc régénéré en permanence et rapidement. Au début de l exercice musculaire, la respiration ne peut fournir toute l énergie nécessaire à la contraction : d autres phénomènes producteurs d énergie interviennent. La régénération immédiate de l ATP est assurée par une autre molécule phosphatée, la créatine-phosphate ou phosphocréatine qui permet de produire de l'atp. Phosphocréatine + ADP Créatine + ATP La quantité de phosphocréatine est très faible et donc rapidement épuisée (5 secondes). Le complément d'énergie nécessaire est fourni par la fermentation lactique. La respiration est la voie métabolique essentielle qui permet de fournir l énergie nécessaire au maintien de la contraction. A la fin de l'exercice musculaire, la respiration se poursuit (récupération) afin de régénérer la totalité des réserves d'atp et de phosphocréatine. Créatine + ATP Phosphocréatine + ADP Le muscle possède une certaine autonomie énergétique : - d importantes réserves en glycogène permettant de fournir instantanément du glucose - de la myoglobine (équivalent de l'hémoglobine) permettant de stocker de l'o2 directement dans la fibre musculaire. Schéma 10.

6 Exercice 1 : Expérience d'engelmann Une préparation microscopique, réalisée en plaçant une algue verte filamenteuse entre lame et lamelle dans une goutte d'eau, est éclairée par un spectre de la lumière (juxtaposition de bandes de lumières colorées correspondant aux différentes longueurs d'onde). Des bactéries mobiles, recherchant le dioxygène, sont alors ajoutées dans la préparation. Le schéma cidessous présente la répartition des bactéries après quelques minutes. Exploiter le document de façon à montrer que l'intensité de la photosynthèse dépend de la longueur d'onde. Exercice 2 : Spectre d'action de la photosynthèse On place une suspension de cellules chlorophylliennes (Euglènes) dans un bioréacteur et on mesure en continu la concentration en O2 du milieu. La suspension est éclairée en lumière blanche puis verte puis rouge. Les phases d'éclairement sont séparées par des phases d'obscurité. On peut calculer l'intensité photosynthétique (IP) pour chaque phase d'éclairement, cela revient à tracer un segment de droite caractéristique de la période et d'en déterminer le coefficient directeur. 1. Repérer sur le graphe les différentes phases de l'expérience. 2. Calculer pour chaque phase d'éclairement l'intensité photosynthétique. 3. Interpréter les résultats obtenus. Exercice 3 : ATP et photosynthèse Des chloroplastes isolés intacts sont mis en suspension dans un milieu nutritif contenant de l'adp et des phosphates marqués au 32P. On étudie l'incorporation dans l ATP de ce phosphore radioactif par les chloroplastes dans différentes conditions d'éclairement variables dans le temps. La figure 1a traduit le résultat de cette étude, tandis que la figure 1b rappelle le spectre d'absorption des radiations lumineuses par une suspension de ces mêmes chloroplastes. Figure 1 b. Figure 1 a. Spectre d'absorption d'une suspension de chloroplastes. Incorporation dans l'atp de 32P radioactif par une suspension de chloroplastes en fonction de l'éclairement. 1. Expliquer pourquoi la quantité de 32P incorporé permet d'évaluer la quantité d'atp produite. 2. Mettre en relation les deux graphes de façon à définir les conditions de synthèse d'atp dans les chloroplastes. Exercice 4 : Expérience de Ruben et Kamen Des algues chlorophylliennes sont mises en suspension dans de l'eau additionnée de dioxyde de carbone. On prépare deux suspensions A et B qui diffèrent par la proportion des molécules d'eau comportant l'isotope 18O, ainsi que par la proportion des molécules de dioxyde de carbone comportant ce même isotope. Les suspensions A et B sont exposées à la lumière. Le dioxygène produit par les algues est recueilli et la proportion des molécules de dioxygène comportant 18O est déterminée.

7 1. Analyser les résultats de façon à déterminer l'origine du dioxygène dégagé lors de la photosynthèse. 2. Ecrire l'équation-bilan oxydoréduction permettant d'obtenir un dégagement de dioxygène. Préciser s'il s'agit d'une oxydation ou d'une réduction. Proportion en 18O des molécules (en %) eau CO2 O2 Suspension A 0,85 0,20 0,84 Suspension B 0,20 0,68 0,20 Exercice 5 : Rôle des différentes parties du chloroplaste Des expériences sont réalisées à partir de fragments de chloroplastes séparés en deux fractions : - une fraction constituée uniquement de thylakoïdes exposés à la lumière ; - une fraction liquide provenant du stroma, laissée à l'obscurité et additionnée de dioxyde de carbone marqué au 14C. Conditions expérimentales Quantité de 14CO2 fixé dans le stroma, mesurée en coups par minute 1 Stroma laissé à l'obscurité Stroma laissé à l'obscurité + ATP Stroma laissé à l'obscurité et thylakoïdes ayant séjourné à la lumière puis placés à l'obscurité Thylakoïdes ayant séjournés à la lumière puis placés à l'obscurité 5 Stroma laissé à l'obscurité + ATP + RH Que permet de mesurer la quantité de CO2 fixé? 2. Déduire de l'analyse des résultats le rôle des thylakoïdes et celui du stroma. 3. Préciser le rôle de la lumière dans le fonctionnement du chloroplaste. Exercice 6 : Rôles des thylakoïdes On isole des thylakoïdes que l on place dans un milieu contenant de l ADP, du phosphate et des transporteurs (R). Dans la première expérience (A) les thylakoïdes sont intacts : on observe un dégagement d O2, la production de RH2 et l apparition d ATP dans le milieu à l'extérieur du thylakoïde. Dans la deuxième expérience (B) les thylakoïdes sont traités par une enzyme qui dégrade les protéines : on observe un dégagement d O2 et la production de RH2 mais il n y a pas d apparition d ATP. A 1 = sphère pédonculée / 2 = membrane du thylakoïde 3 = cavité du thylakoïde / 4 = milieu extra-thylakoïde Donner le rôle de la membrane du thylakoïde et des sphères pédonculées. B Exercice 7 : Expérience de Calvin et Benson Vers 1950, Melvin Calvin et Andrew Benson mettent au point une technique leur permettant de suivre le devenir du CO2 fixé par les végétaux chlorophylliens. Une suspension d'algues vertes unicellulaires est placée pendant une heure à la lumière dans un milieu alimenté en CO2 non radioactif. On fournit alors à la culture du CO2 marqué au 14C. Les algues sont ensuite tuées dans l'alcool bouillant soit 2 secondes, soit 5 secondes puis à 5 minutes après la fourniture du CO2 marqué, ce qui bloque toutes les réactions chimiques. Des extraits d'algues sont traités par chromatographie bidimensionnelle puis révélés par autoradiographie. Chromatographies en fonction du temps, après culture en présence 14CO2 radioactif

8 On mesure ici l'évolution des concentrations du premier composé formé après incorporation du CO2 (l APG), celle du C5P2 (RuDiP) et celle des Hexoses-Phosphate (C6P) en fonction du temps et des conditions d'éclairement afin de retrouver certaines caractéristiques de la phase non photochimique. Le dispositif expérimental est celui mis au point par Variations des concentrations d APG de C5P2 et d Hexoses-P, Calvin et ses collaborateurs. lors de la transition lumière / obscurité Des chlorelles sont éclairées puis placées à l'obscurité pendant les durées indiquées sur l axe des abscisses. La suspension de chlorelles est exposée au CO2 marqué pendant 5 secondes ; chaque point correspond à une mesure. Les concentrations d APG (C3P), de C5P2 (RuDiP) et d Hexoses-P sont déterminées indirectement à partir du nombre de coups par minute de l'isotope 14C dans les molécules d'apg, de C5P2 et d Hexoses-P. Justifier les affirmations suivantes : - le RuDiP se forme à partir de l'apg - l'apg se forme à partir du RuDiP - la lumière permet la formation des Hexoses-P à partir de l'apg. - les autres MO se forment à partir des Hexoses-P. Exercice 8 : Fermentation, respiration Pour se multiplier, les cellules de levure doivent régénérer leur ATP, qu elles soient placées en aérobiose (présence d'o2) ou en anaérobiose absence d'o2). Des mesures donnent les résultats suivants. 1. Quel paramètre permet d'affirmer qu'il y a eu production d'atp dans les deux cas? Condition de milieu Anaérobiose Aérobiose masse de levures formée (en g) 0,45 3,75 présence de CO2 oui oui présence d éthanol (C2H5OH) oui non masse de glucose consommé (en g) 2. Ecrire les équations-bilan en aérobiose et anaérobiose et en déduire la source d'énergie convertie en ATP. 3. Dans quel cas la dégradation est-elle totale ou partielle? Exercice 9 : Les étapes de la dégradation du glucose On étudie le devenir du glucose chez les levures placées en aérobiose ou en anaérobiose. Pour cela on utilise un milieu de culture contenant du glucose radioactif marqué au 14C. On désigne ce glucose par la lettre G. Des prélèvements effectués aux temps t0 à t4 permettent de noter l apparition de nouvelles substances radioactives : de l acide pyruvique (pyruvate), P ; de l éthanol, E ; du CO2. Localisation de de la radioactivité (notée +) en fonction du temps Temps t0 Aérobiose Milieu externe Hyaloplasme* Anaérobiose Mitochondries G++++ G++ / P++ t2 P+ CO2++ t4 CO2++++ Hyaloplasme Mitochondries G++++ t1 t3 Milieu externe G++ / P++ P+++ CO2+ P++ / E+ P++ CO2++ E++ * Hyaloplasme = solution du cytoplasme (= cytosol) contenant de nombreuses enzymes. Exploiter le document de façon à reconstituer et situer les étapes de la dégradation du glucose dans les deux cas. Exercice 10 : Fermentation et respiration des Levures Les molécules organiques peuvent libérer par dégradation leur énergie potentielle. Une partie de l'énergie libérée est dissipée sous forme de chaleur, le reste est converti en ATP pour servir aux transferts d'énergie dans la cellule.

9 Energie potentielle du glucose = 2840 kj. mol 1 νεργιε υτιλισαβλε ξ 100 Le rendement énergétique (%) = Energie potentielle de l'éthanol = 1360 kj. mol 1 νεργιε ποτεντιελλε 1 Chaleur produite en aérobiose = 1681 kj. mol Chaleur produite en anaérobiose = 59 kj. mol 1 Sachant que la synthèse d'atp nécessite 30,5 kj. mol 1, calculer et comparer les rendements énergétiques de la respiration et de la fermentation à partir de la dégradation d'une mol de glucose. Exercice 11 : Comparaison de deux souches de Levures A. Comparaison d'une souche G et d'une souche P Les levures sont des champignons unicellulaires. On étudie deux souches de levures génétiquement différentes : la souche G normale et la souche P mutante. On mesure l'évolution de la quantité de dioxygène (O2) d'un milieu contenant des levures, avant et après injection de glucose. On obtient les résultats suivants. L'observation au microscope électronique (MET x40.000) permet d'identifier, dans les cellules de levure, des organites appelés mitochondries. Levures G : mitochondries abondantes Levures P : mitochondries rares N = Noyau / M = Mitochondrie B. Comparaison d'une souche D et d'une souche E On mesure l'évolution de la concentration en dioxygène et en dioxyde de carbone dans l'enceinte fermée d'un bioréacteur contenant une des deux souches, D ou E, en présence de glucose. Quelle que soit la souche, D ou E, on note une diminution de la concentration de glucose dans le bioréacteur à la fin des mesures. Expliquer les différences entre les différentes souches de Levures.

10 Exercice 12 : Comparaison de l'état contracté et de l'état relâché des myofibrilles Les figures suivantes sont des électronographies de muscle : A relâché ; B contracté. 1. Identifier l'organite X. 2. Légender précisément les deux figures. 3. Comparer et expliquer les deux états du muscle. Exercice 13 : Myofilaments et ATP Le salyrgan est un poison cellulaire qui bloque l'hydrolyse de l'atp. On étudie l'influence du salyrgan sur la contraction musculaire évaluée par la tension de la fibre. On réalise les expériences suivantes en plaçant, au temps t0, de l ATP en présence de certains constituants des myofilaments. (L ensemble est placé en présence de Ca2+). Au temps t1, on dose la quantité d ADP dans le milieu. Préciser où l'atp est utilisé au niveau des myofilaments. Expériences t0 : Contenu du milieu t1 : Dosage de l ADP dans le milieu 1 myosine + ATP faible quantité 2 actine + ATP nulle 3 actine + myosine + ATP forte quantité 4 têtes de myosine + actine + ATP forte quantité Exercice 14 : Origine de l'énergie nécessaire à la contraction On réalise les expériences suivantes sur 3 muscles en faisant varier la teneur du milieu en O2 et en appliquant ou non un traitement. On dose alors l ATP et l acide lactique (CH3CHOHCOOH) avant et après la contraction dont on évalue la durée. Concentration en O2 1er muscle normale 2e muscle très faible Traitement aucun aucun Dosages avant et après contraction ATP mm / kg Acide lactique Contraction du muscle 3e muscle normale blocage de la glycolyse et des autres voies métaboliques avant après avant après avant après 4à6 4à6 4à6 4à6 4à6 0 absent absent absent présent absent absent prolongée moyenne durée très courte durée

11 Exercice 15 : Voies métaboliques lors de la contraction Expliquer sous forme d'un texte argumenté la différence de métabolisme des coureurs de fond et des sprinters. Les arguments seront tirés de l'exploitation du dossier. Doc 1 : La phosphocréatine, molécule énergétique spécifiquement musculaire La créatine-phosphate ou phosphocréatine est une molécule phosphatée qui permet de régénérer l'atp. Phosphocréatine + ADP Créatine + ATP Doc 2 : Puissance de l exercice et phénomènes producteurs d énergie Ce document montre : - l évolution de la puissance musculaire totale d un muscle squelettique strié en fonction de la durée d un exercice musculaire d intensité maximale ; - corrélativement, l évolution de la teneur des fibres musculaires en phosphocréatine et l évolution de deux phénomènes producteurs d énergie dans les mêmes conditions. Doc 3 : Caractéristiques de la musculature d un coureur de fond et d un sprinter Un muscle est constitué de plusieurs catégories de fibres musculaires - nous en retiendrons deux - qui sont présentes dans des proportions variées selon les types musculaires : fibres «rouges» (type 1) et fibres «pâles» (type 2). Le document indique, chez des sportifs de haut niveau et dans le même muscle, la répartition de ces deux catégories de fibres, d une part chez un sprinter et d autre part chez un fondeur. De nombreuses études anatomiques et fonctionnelles ont permis de mieux comprendre le fonctionnement de ces fibres musculaires. Le document présente, de manière simplifiée, quelques unes des données obtenues. Le nombre de + exprime soit l abondance des substances ou organites, soit l intensité des manifestations étudiées. On précise que chez le sprinter, la durée de l effort n excède pas 2 minutes. Exercice 16 : La mobilité des spermatozoïdes Les spermatozoïdes sont des cellules mobiles qui assurent la fécondation de l'ovule. Leur déplacement s'effectue grâce aux battements du flagelle et nécessite à l'échelle cellulaire la production d'atp. A partir des informations tirées des documents et de vos connaissances, expliquez comment s'effectue la production d'atp dans un spermatozoïde. La réponse sera accompagnée d'un schéma localisant les principales réactions métaboliques.

12 Document 1 : Utilisation du fructose par le spermatozoïde Etape cytoplasmique Le fructose (C6H12O6) est une molécule comparable au glucose, Il est présent dans le liquide séminal* à un taux variant de 1,5 à 6 g.l-1 Dans le cytoplasme, il est dégradé en acide pyruvique par une série de réactions dont les principales étapes sont indiquées ci-dessous. Le rendement énergétique de cette voie métabolique est de 2 ATP par molécule de fructose dégradée. * Le liquide séminal est une sécrétion produite par les glandes séminales (75 %) et la prostate (25 %). Il se mélange aux spermatozoïdes avant leur émission. Document 2 : Etude expérimentale de la mobilité des spermatozoïdes Des spermatozoïdes sont placés dans un milieu contenant du fructose à une concentration comparable à celle du liquide séminal et on évalue leur mobilité dans trois conditions différentes: milieu 1 : apport permanent d'oxygène, pas d'apport d'atp ; milieu 2 : oxygène non renouvelé, pas d'apport d'atp ; milieu 3 : oxygène non renouvelé, addition d'atp. Document 3 : Organisation d'un spermatozoïde A. Organisation générale B. Pièce intermédiaire observée au microscope électronique (coupe longitudinale)