Respiration cellulaire aérobie: Comment calculer le nombre d'ATP formé par une molécule de glucose oxydée?
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I- Explication détaillée:
I- Formule brute et la structure moléculaire de l’ATP?
L'adénosine triphosphate ou ATP est la molécule qui, dans tous les organismes vivants, fournit lors de son hydrolyse l'énergie nécessaire aux réactions chimiques des cellules. La formule brute de l'ATP est C10H16N5O13P3. L’adénosine triphosphate est une molécule constituée d'un sucre à 5 atomes de carbone appelé ribose, une base azotée appelé adénine, et d'un groupe phosphate. Ce groupe phosphate est une chaîne de trois groupements phosphate. L'adénine liée au ribose constitue l'adénosine. L'adénosine attachée aux trois groupements phosphate forme la molécule d'adénosine triphosphate ou ATP.
II- Étapes de la respiration cellulaire aérobie:
En aérobie c'est à dire en présence de l'oxygène, l'oxydation d'une molécule de glucose en 6 molécules de dioxyde de carbone implique les 4 étapes suivantes:
- La première étape est la glycolyse: Elle se déroule dans le cytoplasme. C'est la transformation d'une molécule de glucose en 2 molécules d'acides pyruviques ou 2 pyruvates.
- La deuxième étape est la transformation du pyruvate en acétyl-CoA. Cette étape se déroule au niveau de la mitochondrie.
- La troisième étape est le cycle de Krebs. Elle se déroule au niveau de la matrice mitochondriale.
- La quatrième étape est la chaîne de transport d'électrons. Elle se déroule au niveau de la membrane interne de la mitochondrie.
III- Bilan de l'oxydation biologique d'une molécule de glucose | Nombre d'ATP formé au cours de l'oxydation d'une molécule de glucose
Pour calculer le nombre d'ATP formé au cours de l'oxydation d'une molécule de glucose, vous devez d'abord déterminer le bilan de chaque étape de la respiration cellulaire. Pour cela on détermine le nombre d'ATP et de coenzymes réduits (NADH et FADH2) formés au cours de chaque étape de la respiration cellulaire.
1- Bilan de la glycolyse:
La transformation d'une molécule de glucose en 2 pyruvates s'accompagne d'un gain de 2 molécules d'ATP, et la production de 2 molécules de coenzymes réduits: 2 NADH. Donc le bilan de la glycolyse est: 2 ATP + 2 NADH
2- Quel est le bilan de la réaction de transition?
Bilan de la transformation de l'acide pyruvique en acétyl-CoA par décarboxylation oxydative.
On vous rappelle la réaction de transition:
2 molécules d'acides pyruviques + 2 NAD+ + 2 CoA fournit 2 acétyl-CoA + 2 NADH + 2 CO2, donc le bilan de la réaction de transition est 2 NADH.
La transformation de l'acide pyruvique en acétyl-CoA par décarboxylation oxydative produit 2 NADH.
3- Quel est le bilan du cycle de Krebs?
Le cycle de Krebs qui est le processus par lequel une molécule d'acétyl-CoA est oxydée en 2 molécules de dioxydes de carbone, produit par tour de cycle: 3 NADH, une molécule de FADH2 et une molécule d'ATP.
Le cycle de Krebs fait 2 tours parce que la dégradation de 2 pyruvates entraîne la formation de 2 acétyl-CoA.
Donc l'oxydation de molécules d'acétyl-CoA en 4 molécules de dioxyde de carbone produit: 6 NADH, 2 FADH2, et 2 molécules d'ATP.
Il faut retenir que les 2 molécules de NADH apparues durant la glycolyse n'entrent pas dans la mitochondrie pour transférer leurs électrons au niveau de la chaîne respiratoire.
La question qui se pose: quel est le devenir des 2 molécules de NADH formées au cours de la glycolyse?
La réponse est la suivante: 2 navettes sont nécessaires à l'oxydation du NADH produit dans le cytoplasme.
a- Premier cas:
Les 2 molécules de NADH cytoplasmiques atteignent la matrice mitochondriale grâce à la navette du malate aspartate
Les électrons riches en énergie sont transférés à l'oxaloacétate pour former le malate qui passera dans la matrice mitochondriale où il retransmettra ses électrons au NAD+ afin de reformer du NADH. Donc les 2 NADH du cytoplasme donnent 2 NADH intramitochondriales. Dans ce cas le nombre de coenzymes réduits NADH et FADH2 produits au cours de l'oxydation complète d'une molécule de glucose est 10 NADH et 2 FADH2.
La réoxydation d'une molécule de NADH fournit 3 ATP, et la réoxydation d'une molécule de FADH2 produit 2 ATP.
Donc le nombre total d'ATP formé au cours de l'oxydation d'une molécule de glucose est 38 ATP.
b- Deuxième cas:
Les 2 molécules de NADH formées au cours de la glycolyse atteignent la matrice de la mitochondrie grâce à la navette glycérophosphate.
Dans ce cas les électrons riches en énergie sont transférés au glycérol-3-phosphate qui retransmettera ses électrons au FAD pour former FADH2, donc 2 NADH cytoplasmiques donnent 2 FADH2 intramitochondriales. Dans ce cas l'oxydation complète d'une molécule de glucose produit 4 FADH2 et 8 NADH. Donc le nombre total d'ATP formé au cours de l'oxydation d'une molécule de glucose est 36 ATP.
IV- Conclusion:
L'oxydation biologique d'une molécule de glucose produit 36 ou 38 ATP. Cette différence est explicable par le type de navette utilisée. 38 ATP pour une cellule de type cœur ou foie car le NADH du cytoplasme donne du NADH intramitochondriale qui fournit 3ATP.
36 ATP pour les autres cellules car le NADH cytoplasmique donne du FADH2 intramitochondriale qui fournit 2 ATP.
La production d'ATP peut varier de 36 à 38 pour une molécule de glucose à cause des transporteurs (NADH et FADH2).
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