Exercices corrigés : ATP et contraction Musculaire
Exercice 2
Pour déterminer la relation entre les réactions qui aboutissent à la consommation du dioxygène et à la production de l’ATP au niveau de la mitochondrie, on propose les données expérimentales suivantes :
ŸExpérience 1 : après l’isolement des mitochondries de cellules vivantes, on les place dans un milieu convenable riche en dioxygène (O2), puis on suit l’évolution de la concentration du dioxygène consommé et de l’ATP produit dans ce milieu. Le document 1 montre les conditions expérimentales et les résultats obtenus.
- Expérience 2 : après l’élimination des membranes externes de mitochondries isolées de cellules vivantes, on les place dans une solution dépourvue du dioxygène et enrichie de donneurs d’électrons (NADH,H+). On suit la variation de la concentration des protons H+ avant et après l’addition du dioxygène (O2). Le document 2 donne les conditions et les résultats de cette expérience.
- On trouve au niveau de la membrane interne de la mitochondrie, plusieurs complexes transporteurs d’électrons (complexe I, II, III, IV, Q et C). Le document 3 montre l’emplacement de ces complexes au niveau de la membrane interne de la mitochondrie.
- Expérience 3 : réalisée selon les étapes suivantes :
3. En 3. En utilisant les données des documents 3 et 4 :
a- Décrivez les réactions qui ont eu lieu au niveau des solutions
1, 2 et 3. (0.75 pt)
b- Déduisez le rôle des complexes
protéiques I, III et IV dans les
réactions qui aboutissent à la consommation
du dioxygène au niveau de la mitochondrie.(0.5 pt)
- Expérience 4 : on soumet des mitochondries isolées à l’action des ultra-sons pour fragmenter leurs membranes internes et former des vésicules fermées portant des sphères pédonculées dirigées vers l’extérieur (voir figure a du document 5). On place ensuite ces vésicules dans des solutions contenant une quantité convenable d’ADP et de Pi, et qui diffèrent par leur pH. Le tableau de la figure b du document 5 résume les conditions expérimentales ainsi que les résultats obtenus.
4. En exploitant le document 5, déterminez
la condition principale nécessaire à la synthèse d’ATP au niveau de la
mitochondrie. Justifiez votre réponse. (1 pt)
5. En se basant sur vos réponses
précédentes, montrez la relation entre les réactions de consommation du
dioxygène et la synthèse d’ATP au niveau de la mitochondrie. (0.75 pt)
Exercice 2 :correction
1
- Avant l’injection du pyruvate, on constate une
stabilité de la concentration d’O2 à une valeur maximale et la
concentration de l’ATP à une valeur minimale
- Après l’addition
du pyruvate, la concentration d’O2 diminue légèrement, en même temps
on enregistre une légère augmentation de la concentration de l’ATP. - Après
l’addition du pyruvate et d’ADP et de Pi, on observe une diminution progressive
de la concentration d’O2 et une augmentation progressive de la
concentration de l’ATP.
- Déduction : la production de l’ATP au niveau de la mitochondrie est liée à une consommation d’O2.
2
- Description des résultats :
- avant l’addition
d’O2, la concentration des H+ au milieu extérieur a été
nulle.
- Après l’addition
d’O2, on constate une augmentation rapide de la concentration des H+
dans la solution jusqu’à atteindre une valeur d’environ 45.10-9
mol/L.
- Après environ 20s,
on observe une diminution progressive de la concentration de H+
jusqu’à rétablissement de la valeur initiale après 4 min
- Explication
des résultats :
- L’augmentation de la concentration des H+ dans la solution, observée directement après l’addition d’O2, est due à la sortie des H+ résultant de l’oxydation des donneurs des électrons à travers la membrane interne des mitochondries.
3
a-
Description des réactions :
- la solution 1 : oxydation des NADH,H+ au niveau du
complexe I ce qui induit la réduction du complexe Q.
- la solution 2 : oxydation du complexe Q réduit par le complexe
III, ce qui permet la réduction du complexe C.
- la solution 3 : oxydation du
complexe C réduit par le complexe IV, ce qui permet la réduction d’O2
en H2O.
b- Les complexes de la membrane interne de la mitochondrie interviennent dans une série de réactions d’oxydo-réduction → transfert des électrons du donneur NADH,H+ vers l’accepteur final O2 → réduction de O2 en H2O
4
- En cas où pHi ˂ pHe
, c’est à dire [H+]i ˃ [H+]e , on
observe une production d’ATP
- En cas
où pHi ˃ pHe , c’est-à-dire [H+]i
˂ [H+]e, on observe une absence de production d’ATP.
-
En cas où pHi = pHe , c’est-à-dire [H+]i
= [H+]e, on observe une absence de production d’ATP.
On déduit que la production de l’ATP au niveau de la mitochondrie nécessite un gradient d’H+ entre l’espace intermembranaire et la matrice
5
- L’oxydation du donneur d’électrons aboutit à la libération des électrons et des protons H+. Le transfert des électrons, qui se fait à travers les transporteurs de la chaîne respiratoire, s’accompagne par le passage des H+ vers l’espace intermembranaire.
- Le reflux des
protons de l’espace intermembranaire vers la matrice engendre une énergie
électrochimique utilisée pour la synthèse de l’ATP.
- L’O2, en tant qu’accepteur final des électrons, est réduit en H2O
Ÿ
2
P
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