Exercice 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Suède 2024 (jour 2)

Montrer que le glucose peut être utilisé dans le métabolisme énergétique des cellules ou stocké dans différents organes chez les Mammifères et les Angiospermes.

Réponse : Introduction Le glucose est une molécule organique clé produite lors de la photosynthèse chez les végétaux chlorophylliens (Angiospermes) ou apportée par l'alimentation chez les Mammifères. Il circule dans l'organisme (sève élaborée ou sang) jusqu'aux cellules. Nous verrons comment le glucose est soit utilisé pour produire l'énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire, soit mis en réserve dans des organes spécialisés. --- I. L'utilisation du glucose dans le métabolisme énergétique cellulaire 1. La respiration cellulaire (commune aux deux groupes) - Glycolyse (cytosol, sans besoin d'$O_2$) : le glucose est oxydé en 2 pyruvates, avec réduction de 2 $NAD^+$ en 2 $NADH,H^+$ et un gain net de 2 ATP. - Cycle de Krebs (matrice mitochondriale, en présence d'$O_2$) : le pyruvate est totalement décarboxylé et oxydé en $CO_2$, avec production de $NADH,H^+$, de $FADH_2$ et d'ATP. - Chaîne respiratoire (membrane interne mitochondriale) : les coenzymes réduits sont réoxydés et l'$O_2$, accepteur final, est réduit en $H_2O$. Le gradient de protons créé alimente l'ATP synthase (environ 30 à 32 ATP par glucose). - *Exemples :* fibres musculaires lors d'un effort prolongé ; cellules des racines et des méristèmes. L'expérience d'une suspension de cellules ou de mitochondries en ExAO montre une baisse de l'$O_2$ après ajout de glucose ou de pyruvate. 2. Les fermentations (en anaérobiose) - Le $NAD^+$ est régénéré dans le cytosol ; le rendement est faible (2 ATP par glucose). - Chez les Mammifères : fermentation lactique dans les muscles lors d'un effort intense (pyruvate → lactate). - Chez les Angiospermes : fermentation alcoolique (pyruvate → éthanol + $CO_2$), par exemple dans des racines asphyxiées par inondation. --- II. Le stockage du glucose dans différents organes 1. Chez les Mammifères - Foie : après un repas, sous l'action de l'insuline, les hépatocytes réalisent la glycogénogenèse. Le foie libère ensuite du glucose dans le sang (glycogénolyse, grâce à la glucose-6-phosphatase) pour réguler la glycémie. *Expérience du foie lavé de Claude Bernard.* - Muscles : ils stockent du glycogène, mais ne peuvent l'utiliser que pour leurs propres besoins (ils n'ont pas de glucose-6-phosphatase). - Tissu adipeux : le glucose excédentaire est converti en triglycérides (lipogenèse), stockés dans les adipocytes. 2. Chez les Angiospermes - Le glucose produit par photosynthèse est mis en réserve temporaire sous forme d'amidon dans les chloroplastes (*test à l'eau iodée sur une feuille éclairée ou maintenue à l'obscurité*). - Il est transporté sous forme de saccharose par la sève élaborée (phloème) vers les organes de réserve. - Il y est stocké sous forme d'amidon dans les amyloplastes : tubercules (pomme de terre), graines (céréales, haricot), racines. - Il peut aussi être stocké sous forme de saccharose (racine de betterave, tige de canne à sucre) ou de lipides (graines oléagineuses comme le colza ou le tournesol). - Ces réserves sont remobilisées lors de la germination ou de la reprise de croissance. --- Conclusion Chez les Mammifères comme chez les Angiospermes, le glucose est le carburant de la respiration et des fermentations, qui produisent l'ATP nécessaire aux cellules. L'excédent est stocké sous forme de polymères ou de lipides : glycogène et triglycérides chez les Mammifères, amidon, saccharose et lipides chez les Angiospermes. Ces réserves sont mobilisables selon les besoins de l'organisme.