Les Sciences de la Vie et de la Terre
par Jacques Florimont

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Spécialité TS

Thème 1: LA TERRE DANS L'UNIVERS, LA VIE ET L'EVOLUTION DU VIVANT

Chapitre 2: La production d'ATP dans les cellules

TP n°12: Les réactions au sein de la mitochondrie.

La mitochondrie est l'organite clé de la respiration. Elle est responsable de l'oxydation complète de la matière organique, grâce au dioxygène et produit des composés minéraux. dioxyde de carbone et CO2.
On estime à environ 1000 le nombre de mitochonfdrie dans un hépatocyte ( cellule de foie.
Au cours de l'évolution, les mitochondries ont conservé leur propre génome (ADN. Le génome mitochondrial est particulièrement utilisé en génétique des populations humaines.

A partir de l'ensemble des documents, présente les réactions chimiques qui se déroulent dans les différents compartiments de la mitochondrie.

Document 1: Organisation de la mitochondrie.
  • Mitochondrie au MET.

  • Organisation schématique d'une mitochondrie.

  • Composition biochimique des différentes structures mitochondriales.
    Des analyses biochimiques ont été réalisées dans les différentes parties de la mitochondrie.
    Structure étudiée. Composition chimique remarquable. Protéines catalysant des réactions particulières.
    Membrane externe Protéines (62%)
    Lipides (38%)    		 Protéines similaires à celles de la membrane plasmique.
    membrane interne Protéines (80%)
    Lipides (20%)    		 ATP synthase (production d'ATP).
    Complexes d'oxydoréduction.
    matrice Présence de pyruvate, d'ATP, d'ADP et de Pi.
    Des composés oxydés (R') ou réduits (R'H2)    		 Enzymes d'oxydation de molécules carbonées (production de CO2).
    Complexes d'oxydoréduction. (déshydrogénases).
Document 2: Les réactions chimiques dans la matrice.
  • Certains traitements (ultracentrifugation) permettent d'isoler les différentes fractions de la mitochondrie. Ces dernières sont placées en présence de pyruvate et/ou d'O2 et la présence de CO2 est recherchée.
  • Certains composés absorbent différemment les longuers d'ondes selon qu'ils sont à l'état oxydé ou réduit.
  • Ainsi R'H2 absorbe les longueurs d'onde à 350 nm alors que R' ne les absorbe pas.
  • La réduction des composés R' en R'H2 est recherchée en incubant différentes substances impliquées dans la respiration et en suivant l'absorbance à 350 nm.
  • L'oxydation du pyruvate en CO2 est due à un ensemble de réactions d'oxydoréductions formant une suite cyclique de réactions appelées cycle de Krebs.
    • Etude du dégagement de CO2 par les différentes fractions mitochondriales.

      • Structrure étudiée. Ajout de Pyruvate. Ajout de pyruvate et de dioxygène.
      Membrane externe Pas de CO2 produit. Pas de CO2 produit.
      Membrane Interne Pas de CO2 produit. Pas de CO2 produit.
      Matrice Dégagement de CO2. Dégagement de CO2.
    • Mesure de l'absorbance à 350 nm de différentes solutions.
      • Solutions testées. Absorbance à 350 nm.
      Composé oxydé R' 0
      Composé réduit R'H2 0,35
      Protéines de la matrice + R' 0
      Protéines de la matrice + glucose + R' 0
      Protéines de la matrice + pyruvate + R' 0,25

Document 3: Le rôle de la membrane interne mitochondriale.
  • la membrane interne des mitochondries contient des complexes d'oxydoréduction formant une chaîne respiratoire.
  • Des suspensions de mitochondries sont placées avec des compsés réduits R'H2 et en présence ou non de roténone, un inhibiteur des complexes d'oxydoréduction. La production d'ATP et la consommation d'O2 sont suivies au cours de l'expérience.
  • Le dioxygène est un composé qui peut être réduit en H20.
  • Une observation au microscopique électronique de la membrane interne des motochondries permet de localiser les enzymes de synthèse de l'ATP, les ATP synthases.
    • Variation des concentrations d'O2 et d'ATP avant et après ajout de roténone.

      On ajoute, de l’ADP + phosphate au temps t3 et de la roténone (molécule extraite de plantes tropicales et utilisée comme insecticide) au temps t4. Le cyanure bloque le métabolisme respiratoire (blocage des activités enzymatiques). Les résultats des mesures sont présentés ci-contre.
      Rappel : au temps t1, du glucose a été ajouté et au temps t2, du pyruvate.
    • Les réactions d'oxydoréduction au sein de la chaîne respoiratoire.


      Un ensemble complexe de protéines, enchâssées dans la membrane interne de la mitochondrie, constitue la chaîne respiratoire. Ces molécules assurent une réoxydation des composés R'H2.Chaque transporteur de la chaîne accepte les électrons du transporteur précédent, et les transmet au suivant. Chaque transfert est exergonique, et permet la synthèse de molécules d’ATP. L’accepteur final d’électrons (et de H+) est le O2.
    • Localisation des ATP synthases (MET)

Document 4: Schéma bilan à compléter.
Dernière modification le Dimanche 26 Janvier 2014 à 14:35.