Exercice 1 - Choix 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Amérique du Sud 2021 (jour 2)

Présenter les mécanismes qui permettent à la cellule chlorophyllienne à la fois de synthétiser du glucose et de l’utiliser pour produire de l’énergie.

Réponse : Introduction - Les cellules chlorophylliennes foliaires sont des cellules autotrophes capables de convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique sous forme de molécules organiques comme le glucose. - Le document montre que ces cellules contiennent à la fois des chloroplastes (siège de la photosynthèse) et des mitochondries (siège de la respiration cellulaire). - Problématique : Par quels mécanismes cellulaires et biochimiques la cellule chlorophyllienne synthétise-t-elle le glucose, et comment ce glucose est-il dégradé pour produire de l'ATP nécessaire aux activités cellulaires ? I. La synthèse du glucose par la photosynthèse dans les chloroplastes 1. *La phase photochimique (dans les thylakoïdes)* : - Les pigments chlorophylliens captent l'énergie lumineuse, provoquant une oxydation de l'eau (photolyse) : $2\ \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{O_2} + 4\ \mathrm{H^+} + 4\ \mathrm{e^-}$. - Le transfert des électrons permet la réduction de transporteurs ($\mathrm{NADP^+} \rightarrow \mathrm{NADPH,H^+}$) et la phosphorylation d'ADP en ATP grâce à l'ATP synthase. 2. *La phase non photochimique / chimique (dans le stroma, cycle de Calvin)* : - Le $\mathrm{CO_2}$ atmosphérique est fixé sur le ribulose 1,5-bisphosphate grâce à la RuBisCO. - L'utilisation de l'ATP et du NADPH,H$^+$ formés lors de la phase claire permet la réduction du carbone minéral et la synthèse de trioses phosphates, précurseurs du glucose ($6\ \mathrm{CO_2} + 6\ \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\ \mathrm{O_2}$). - Le glucose peut être temporairement stocké sous forme d'amidon dans le chloroplaste ou exporté sous forme de saccharose. II. L'utilisation du glucose pour produire de l'énergie : la respiration cellulaire 1. *La glycolyse (dans le hyaloplasme)* : - Oxydation incomplète d'une molécule de glucose en 2 molécules de pyruvate : $\mathrm{C_6H_{12}O_6} + 2\ \mathrm{ADP} + 2\ \mathrm{Pi} + 2\ \mathrm{NAD^+} \rightarrow 2\ \text{pyruvate} + 2\ \mathrm{ATP} + 2\ \mathrm{NADH,H^+}$. 2. *L'oxydation complète dans les mitochondries* : - Entrée du pyruvate dans la matrice mitochondriale où se déroule le cycle de Krebs : le pyruvate est complètement décarboxylé en $\mathrm{CO_2}$, avec production de transporteurs réduits ($\mathrm{NADH,H^+}$, $\mathrm{FADH_2}$) et d'ATP. - Au niveau de la membrane interne mitochondriale : la chaîne respiratoire réoxyde les coenzymes en réduisant le dioxygène en $\mathrm{H_2O}$. Le gradient de protons généré active l'ATP synthase, produisant une quantité importante d'ATP (environ 36 à 38 ATP par molécule de glucose dégradée). Conclusion - Le glucose est une molécule carrefour : produit par anabolisme photosynthétique dans le chloroplaste, il est le substrat du catabolisme respiratoire fournissant l'énergie (ATP) indispensable à la vie cellulaire (la nuit ou dans les tissus non chlorophylliens). - Un schéma bilan fonctionnel reliant chloroplaste, hyaloplasme et mitochondrie synthétise les flux de matière et d'énergie.