Dans un paragraphe argumenté, expliquer les mécanismes de l'oxydation partielle du glucose lors de la fermentation lactique.
Quelle est la bonne équation bilan de l'hydrolyse de l'ATP ?
L'hydrolyse de l'ATP (adénosine triphosphate) est la coupure (-lyse) par une molécule d'eau (hydro-) de la liaison entre les deux derniers groupements phosphates de la molécule. Elle produit un ADP (adénosine diphosphate) et un phosphate inorganique (Pi), et libère une énergie de 31 kJ/mol. Son équation bilan est donc : \text{ATP} + \ce{H2O} \ce{->} \text{ADP} + \text{Pi}.
Quel est le rôle du couple de molécules \ce{R+/RH,H+} ?
Le couple \ce{R+/RH,H+} est un couple oxydant/réducteur, il permet de transporter les électrons de molécules réduites vers des molécules oxydées.
\ce{R+} est un oxydant, il est capable de récupérer les électrons cédés par des molécules réduites (réaction d'oxydation) : \ce{R+} + \text{Molécule réduite A} \ce{->} \ce{RH,H+} + \text{Molécule oxydée A}
\ce{RH,H+} est un réducteur, il est capable de céder des électrons à des molécules oxydées (réaction de réduction) : \ce{RH,H+} + \text{Molécule oxydée B} \ce{->} \ce{R+} + \text{Molécule réduite B}
Ainsi, la réaction molécule oxydée \text{B} + \text{Molécule réduite A} \ce{->} \text{Molécule réduite B} + \text{Molécule oxydée A} peut avoir lieu.
Qu'est-ce que la glycolyse ?
La glycolyse est une voie métabolique (= ensemble de réactions enzymatiques) du hyaloplasme/cytosol, qui consiste en l'oxydation (= perte d'électrons) partielle du glucose en 2 pyruvates, et produit 2 ATP et 2 \ce{RH,H+}.
C'est le cycle de Krebs (oxydation complète du pyruvate) qui a lieu dans les mitochondries, et c'est la fermentation lactique dans son ensemble qui produit 2 lactates et 2 ATP par oxydation partielle du glucose.
Que produit la fermentation lactique à partir d'une molécule de glucose ?
La fermentation lactique produit 2 lactates et 2 ATP à partir d'une molécule de glucose.
Suite à la glycolyse, 2 pyruvates, 2 ATP et 2 \ce{RH,H+} sont formés. Une réaction d'oxydoréduction entre les 2 \ce{RH,H+} et les 2 pyruvates permet alors la régénération de 2 \ce{R+} et la formation de 2 lactates, sans production d'ATP supplémentaire.
Parmi les affirmations suivantes, laquelle est fausse ?
La fermentation lactique ne produit que 2 ATP/glucose, contre environ 38 ATP/glucose pour la respiration cellulaire, son rendement énergétique est donc plus faible.
En revanche, la fermentation peut se dérouler à la fois en présence et en l'absence de \ce{O2} et sans mitochondries (les hématies sont remplies de dioxygène mais sont dépourvues de mitochondries, leur ATP est donc générée par fermentation lactique).
Enfin, la vitesse de formation d'ATP est plus rapide par fermentation lactique que par la respiration cellulaire, puisque le nombre de réactions enzymatiques réalisées est plus faible, et que les enzymes glycolytiques et fermentaires dans le cytosol sont très nombreuses.
La vie cellulaire repose sur un ensemble de réactions chimiques qui lui permettent de réaliser diverses fonctions (déplacements, communication, division, etc.) et de renouveler ses constituants (lipides membranaires, ADN-ARN-protéines, etc.). Ces réactions ont cependant un coût énergétique, qui est contrebalancé par une autre réaction : l'hydrolyse de l'ATP (adénosine triphosphate). Cette hydrolyse forme de l'ADP (adénosine diphosphate) et un phosphate inorganique (Pi), et libère de l'énergie utilisable de manière universelle dans les cellules. On dit donc parfois que l'ATP est la « monnaie énergétique » des cellules.
La quantité d'ATP dans les cellules étant limitée, cette molécule est régénérée à partir de l'ADP et du Pi et avec un apport énergétique élevé. Dans les cellules animales, cette énergie est issue de l'oxydation (= perte d'électrons) de molécules organiques, dont le glucose. La respiration cellulaire est une voie métabolique qui consiste en l'oxydation complète du glucose avec un fort rendement énergétique (38 ATP/glucose). Cependant, la respiration cellulaire nécessite la présence de dioxygène (\ce{O2}) qui accepte les électrons en fin de réaction, ainsi que de mitochondries où se déroulent le cycle de Krebs et la majeure partie de la synthèse d'ATP. Une autre voie métabolique permet de générer de l'ATP en conditions anaérobies (sans \text{O2}) et sans mitochondries, mais avec un rendement énergétique moindre : c'est la fermentation lactique, par laquelle le glucose est oxydé de manière incomplète.
La première étape de la fermentation lactique est la glycolyse, qui se déroule dans le cytosol/hyaloplasme. C'est une voie métabolique (= succession de réactions enzymatiques) qui convertit le glucose en deux molécules de pyruvates (\ce{CH3-CO-CO2-}). L'investissement de 2 ATP en début de glycolyse permet la scission du glucose (6 carbones) en 2 molécules à 3 carbones, qui sont ensuite oxydées en pyruvate et permettent chacune la synthèse de 2 ATP. Au total, 2 électrons sont perdus durant l'oxydation en pyruvates et sont transmis à des transporteurs \ce{R+}, qui se retrouvent alors réduits en \ce{RH,H+}. La glycolyse produit donc 2 pyruvates, 2 ATP et 2 \ce{RH,H+} par molécule de glucose. Le pyruvate est une molécule qui peut encore être oxydée, et qui contient donc encore de l'énergie.
La seconde étape a lieu dans l'hyaloplasme (= cytosol) et consiste en la régénération de la forme oxydée \ce{R+} des 2 transporteurs d'électrons \ce{RH,H+}. Les 2 pyruvates formés par la glycolyse jouent alors le rôle d'accepteurs finaux d'électrons et sont réduits en 2 lactates \ce{CH3-CH(OH)-CO2-}. Cette étape ne permet pas la formation d'ATP, et l'acide lactique produit est encore susceptible d'être oxydé.
En conclusion, la fermentation lactique est une voie métabolique d'équation bilan simple \ce{C6H12O6} \ce{->} 2 \ce{C3H6O3}, qui se déroule uniquement dans l'hyaloplasme (= cytosol) des cellules, et qui fournit 2 ATP/glucose. Celui-ci est partiellement oxydé au cours de cette voie, l'acide lactique pouvant encore céder des électrons (et donc de l'énergie). Malgré son faible rendement énergétique, la fermentation lactique permet de produire de l'ATP plus rapidement que la respiration cellulaire, sans \ce{O2} et sans mitochondries, notamment en début d'effort musculaire.