Métabolisme et voies métaboliques en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de métabolisme et voies métaboliques pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Glycolyse et cycle de Krebs
- Chaîne respiratoire et phosphorylation oxydative
- Fermentations (alcoolique, lactique)
- Régulation du métabolisme énergétique
Glycolyse : la première étape du métabolisme
La glycolyse est la dégradation du glucose en deux molécules de pyruvate dans le cytoplasme. Cette réaction libère de l'énergie capturée sous forme d'ATP et de NADH, sans avoir besoin d'oxygène.
Exemple
Quand tu sprintes au foot, tes muscles utilisent la glycolyse pour produire rapidement de l'énergie, même avant que l'oxygène arrive en quantité suffisante.
À retenir : La glycolyse produit 2 ATP et 2 NADH par glucose, et fonctionne avec ou sans oxygène.
Cycle de Krebs : la centrale énergétique cellulaire
Le cycle de Krebs (ou cycle de l'acide citrique) est une série de réactions qui, avec la transformation préalable du pyruvate en acétyl-coenzyme A, oxyde complètement le pyruvate en dioxyde de carbone. Il se déroule dans la mitochondrie et produit de l'énergie sous forme d'ATP, NADH et FADH2.
Exemple
C'est comme un moteur qui brûle complètement le carburant : le pyruvate entre, et on récupère le maximum d'énergie possible avant d'expulser le CO2 que tu respires.
À retenir : Pour un pyruvate : sa transformation en acétyl-CoA fournit 1 NADH et 1 CO₂ ; le tour de cycle de Krebs fournit 3 NADH, 1 FADH₂, 1 ATP (ou GTP) et 2 CO₂. Le dioxygène n'y intervient pas directement, mais il est indispensable pour réoxyder les coenzymes dans la chaîne respiratoire.
Chaîne respiratoire et phosphorylation oxydative
La chaîne respiratoire est une série de protéines dans la membrane mitochondriale qui transfère les électrons du NADH et FADH2 jusqu'à l'oxygène. Cette énergie pompe des protons pour créer un gradient qui produit l'ATP.
Exemple
C'est comme une cascade : les électrons dégringolent d'étage en étage, et à chaque étage, on récupère de l'énergie pour pomper de l'eau vers le haut. L'eau qui redescend fait tourner une turbine qui produit l'électricité (ATP).
À retenir : La phosphorylation oxydative produit environ 26 à 28 ATP par glucose (soit environ 30 à 32 ATP au total pour la respiration) : c'est là qu'est produite la plus grande partie de l'ATP. Les manuels anciens donnent 36 à 38 ATP au total.
Fermentation lactique : l'énergie sans oxygène
La fermentation lactique est la transformation du pyruvate en acide lactique quand l'oxygène manque. Elle réoxyde le NADH en NAD⁺ pour que la glycolyse continue, mais produit peu d'ATP.
Exemple
Pendant un effort intense (sprint, musculation), l'apport de dioxygène ne suffit plus à couvrir les besoins de tes muscles, qui produisent beaucoup de lactate ; l'acidification qui accompagne ce type d'effort contribue à la sensation de brûlure et à la fatigue.
À retenir : La fermentation lactique permet seulement 2 ATP par glucose, mais fonctionne sans oxygène.
Fermentation alcoolique : le processus de la levure
La fermentation alcoolique est la transformation du pyruvate en éthanol et dioxyde de carbone quand l'oxygène manque. Elle réoxyde aussi le NADH en NAD⁺, ce qui permet à la glycolyse de continuer.
Exemple
C'est le processus utilisé pour faire le vin, la bière ou le pain : les levures transforment le sucre en alcool et CO2 (qui fait lever la pâte).
À retenir : La fermentation alcoolique produit 2 ATP par glucose et génère de l'alcool comme déchet.
Régulation du métabolisme énergétique
La régulation du métabolisme énergétique contrôle les vitesses de glycolyse, du cycle de Krebs et de la chaîne respiratoire selon les besoins énergétiques de la cellule. Elle se fait par des molécules comme l'ATP, l'ADP et l'AMP.
Exemple
Quand tu es au repos, ton corps ralentit la glycolyse car il y a beaucoup d'ATP disponible. Quand tu fais du sport, l'ATP diminue et la glycolyse s'accélère automatiquement.
À retenir : L'ATP en excès ralentit la glycolyse et le cycle de Krebs, tandis que l'ADP et l'AMP les accélèrent.
Les points clés
- Le glucose est dégradé progressivement en trois étapes : glycolyse, cycle de Krebs, chaîne respiratoire.
- La glycolyse produit peu d'ATP (2) mais fonctionne partout ; la chaîne respiratoire produit beaucoup d'ATP (environ 26 à 28) mais nécessite du dioxygène.
- Les fermentations permettent à la cellule de continuer sans oxygène, mais produisent très peu d'énergie.
- Le métabolisme s'autorégule : quand l'énergie manque, les voies métaboliques s'accélèrent; quand l'énergie abonde, elles ralentissent.
- Le NADH et le FADH2 sont les transporteurs d'électrons essentiels qui alimentent la chaîne respiratoire.
L'essentiel
Le métabolisme énergétique transforme le glucose en ATP selon les besoins et la disponibilité d'oxygène : avec oxygène on produit beaucoup d'énergie (glycolyse + Krebs + chaîne respiratoire), sans oxygène on produit peu d'énergie (glycolyse + fermentation).
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Un athlète sprinte à 100 % pendant 30 secondes. Explique quelles voies métaboliques il utilise et pourquoi il ressent une brûlure musculaire à la fin.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Calcule le rendement énergétique (ATP produit par glucose) pour : (a) la glycolyse seule, (b) la glycolyse + le cycle de Krebs, (c) la respiration complète (glycolyse + cycle de Krebs + chaîne respiratoire). On admet qu'un NADH permet de former environ 2,5 ATP et un FADH₂ environ 1,5 ATP dans la chaîne respiratoire.
Corrige cet exercice avec le tuteur →