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ATP : origine de l’énergie de la contraction
Hydrolyse de l’ATP et régénération par la phosphocréatine ; glycolyse, cycle de Krebs et chaîne respiratoire localisés dans la cellule ; fermentation lactique ; rendement des deux voies ; part de chaque voie selon l’effort, fibres, entraînement, oxygénation et récupération ; un produit dopant, les stéroïdes anabolisants.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – ATP : origine de l’énergie de la contraction
Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spe-svt Terminale
Les réponses doivent être rédigées et justifiées. Soigne l'orthographe et la présentation.
Exercice 1 – Mobiliser ses connaissances : le sprint final d’une étape ★★
(6 pts)Après quatre heures de course, une cycliste lance un sprint de 15 secondes pour gagner l’étape. Répondre en phrases rédigées ; le schéma est attendu à la question 2.
- a)Expliquer pourquoi les fibres de ses muscles doivent régénérer l’ATP en permanence, et comment elles le régénèrent dans les toutes premières secondes du sprint.
- b)Réaliser un schéma d’une cellule musculaire qui localise la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire, en indiquant pour chaque étape ce qui entre et ce qui sort (glucose, pyruvate, CO2, O2, H2O, composés réduits, ATP).
- c)Pendant le sprint, des fibres pourtant bien oxygénées produisent du lactate. Expliquer pourquoi, puis expliquer pourquoi cette voie ne peut pas être maintenue longtemps.
- d)Une coéquipière envisage de prendre des stéroïdes anabolisants. Expliquer leur effet sur le muscle et citer trois risques pour sa santé.
Exercice 2 – Des cellules musculaires privées de dioxygène ★★★
(6 pts)Des cellules musculaires en culture sont placées en normoxie (21 % de O2) ou en hypoxie (1 % de O2). On mesure leurs échanges, en nmol·min−1 pour un million de cellules. On retient 36 ATP par glucose respiré et 2 par glucose fermenté.
| Condition | Glucose consommé | O2 consommé | Lactate produit |
|---|---|---|---|
| Normoxie | 7,5 | 42,0 | 1,0 |
| Hypoxie | 28,9 | 2,4 | 57,0 |
- a)Identifier, en justifiant, la voie de régénération de l’ATP dominante dans chaque condition, et écrire l’équation-bilan de chacune des deux voies.
- b)Montrer que la totalité du glucose consommé en normoxie est expliquée par les deux voies.
- c)Calculer la quantité d’ATP régénérée par minute dans chaque condition, puis comparer les deux conditions.
- d)Expliquer pourquoi les cellules en hypoxie produisent du lactate et consomment davantage de glucose.
Exercice 3 – Fibres lentes, fibres rapides et entraînement ★★★
(8 pts)Document 1 — Deux types de fibres du muscle vaste externe de la cuisse (données simplifiées).
| Caractéristique | Type I | Type II |
|---|---|---|
| Activité de la citrate synthase, enzyme du cycle de Krebs (u.a.) | 46 | 13 |
| Activité de la lactate déshydrogénase, qui réduit le pyruvate en lactate (u.a.) | 110 | 370 |
| Durée avant fatigue lors de stimulations répétées | plus de 1 h | environ 90 s |
Document 2 — Dix semaines d’entraînement en endurance (données simplifiées). Le volume occupé par les mitochondries dans les fibres augmente de 35 %. À 15 km/h, la lactatémie d’un coureur passe de 4,8 mmol·L−1 avant l’entraînement à 2,4 mmol·L−1 après.
- a)Identifier, en justifiant à l’aide de calculs simples, la voie de régénération de l’ATP dominante dans chaque type de fibre.
- b)Expliquer la différence de résistance à la fatigue entre les deux types de fibres.
- c)Calculer la variation de la lactatémie à 15 km/h, puis expliquer cette variation à l’aide du document 2.
- d)Un coureur affirme : « mes fibres rapides ne respirent pas, elles ne font que fermenter ». Corriger cette affirmation.
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – ATP : origine de l’énergie de la contraction
Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spe-svt Terminale
Exercice 1 – Mobiliser ses connaissances : le sprint final d’une étape ★★
(6 pts)- a)L’hydrolyse de l’ATP (ATP + H2O → ADP + Pi) fournit l’énergie des cycles des têtes de myosine et du repompage du Ca2+. Il n’y a pas de stockage de l’ATP : la petite quantité présente ne couvre que quelques secondes, il doit être régénéré en permanence. Dans les premières secondes, la phosphocréatine le reforme en une seule réaction : phosphocréatine + ADP → créatine + ATP. (1,5)
- b)Attendu : une cellule dont le cytosol porte la glycolyse (glucose → 2 pyruvate, + 2 ATP, + 2 NADH,H+) ; une mitochondrie dessinée avec deux membranes ; dans la matrice, le cycle de Krebs (entrée : pyruvate ; sorties : CO2, NADH,H+, ATP) ; sur la membrane interne (crêtes), la chaîne respiratoire (entrées : NADH,H+, O2 ; sorties : NAD+, H2O, l’essentiel de l’ATP). Titre et légendes ; on accepte FADH2 en plus de NADH,H+. (1,5)
- c)Pendant un effort intense, la glycolyse produit plus de pyruvate que les mitochondries ne peuvent en oxyder : le pyruvate en excès est réduit en lactate, ce qui régénère le NAD+ et permet à la glycolyse de continuer (fermentation lactique, dans le cytosol, même en présence de O2). Elle ne rapporte que 2 ATP par glucose contre environ 36 : pour le même débit d’ATP, elle consomme 18 fois plus de glucose et épuise vite le glycogène ; l’acidification qui l’accompagne contribue aussi à la fatigue. (1,5)
- d)Dérivés de la testostérone, les stéroïdes anabolisants stimulent la synthèse des protéines des fibres, qui grossissent (hypertrophie) : la masse et la force augmentent. Risques (trois parmi) : atteintes du cœur et des vaisseaux (hypertension, infarctus, AVC), du foie et des reins, acné sévère, chez la femme pilosité du visage, voix plus grave et cycle perturbé, troubles de l’humeur et dépendance, transmission du VIH ou des hépatites par les injections. Ce sont des produits dopants interdits. (1,5)
Attention — Un schéma de localisation se juge sur les compartiments : glycolyse dans le cytosol, CO2 dans la matrice, O2 consommé sur la membrane interne.
Exercice 2 – Des cellules musculaires privées de dioxygène ★★★
(6 pts)- a)Normoxie : forte consommation de O2, très peu de lactate → respiration dominante. Hypoxie : presque pas de O2 consommé, production massive de lactate → fermentation lactique dominante. Respiration : C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O. Fermentation lactique : C6H12O6 → 2 C3H6O3. (1,5)
- b)Glucose respiré : 6 O2 par glucose, donc 42,0 ÷ 6 = 7,0 nmol·min−1. Glucose fermenté : 2 lactates par glucose, donc 1,0 ÷ 2 = 0,5 nmol·min−1. Total : 7,0 + 0,5 = 7,5 nmol·min−1, égal au glucose consommé. (1,5)
- c)Normoxie : 7,0 × 36 + 0,5 × 2 = 252 + 1 = 253 nmol d’ATP par minute. Hypoxie : glucose respiré 2,4 ÷ 6 = 0,4 et fermenté 57,0 ÷ 2 = 28,5 (total 28,9) ; 0,4 × 36 + 28,5 × 2 = 14,4 + 57 = 71,4 nmol par minute. L’hypoxie consomme près de 4 fois plus de glucose (28,9 contre 7,5) mais régénère environ 3,5 fois moins d’ATP (253 contre 71,4). (1,5)
- d)Sans dioxygène, la chaîne respiratoire ne réoxyde plus les NADH,H+ et le cycle de Krebs s’arrête faute de NAD+. La réduction du pyruvate en lactate régénère le NAD+, ce qui permet à la glycolyse de continuer. Chaque glucose ne rapportant alors que 2 ATP, les cellules accélèrent la glycolyse pour compenser en partie : elles consomment plus de glucose. (1,5)
Méthode — Pour passer des échanges aux voies, on divise par les coefficients des bilans : 6 O2 par glucose respiré, 2 lactates par glucose fermenté.
Exercice 3 – Fibres lentes, fibres rapides et entraînement ★★★
(8 pts)- a)Type I : citrate synthase environ 3,5 fois plus active (46 ÷ 13 ≈ 3,5) → respiration dominante. Type II : lactate déshydrogénase environ 3,4 fois plus active (370 ÷ 110 ≈ 3,4) → fermentation lactique dominante. (2)
- b)Les fibres I respirent : environ 36 ATP par glucose, oxydation possible des acides gras, peu de lactate, d’où plus d’une heure sans fatigue. Les fibres II fermentent beaucoup : 2 ATP par glucose, glycogène vite épuisé et acidification, d’où une fatigue en 90 s environ. (2)
- c)La lactatémie est divisée par 2 (4,8 ÷ 2,4 = 2), soit une baisse de 50 %. Avec 35 % de mitochondries en plus, la capacité de respiration augmente : à la même vitesse, davantage de pyruvate est oxydé et les NADH,H+ sont réoxydés par la chaîne respiratoire, donc moins de pyruvate est réduit en lactate. La fatigue est retardée. (2)
- d)Faux : les fibres rapides possèdent des mitochondries, en moins grand nombre, et respirent aussi ; elles réalisent seulement une plus grande part de fermentation lactique. Les voies fonctionnent simultanément ; la glycolyse leur est commune. (2)
Le point clé — Une enzyme caractéristique d’une voie très active signale la voie dominante, pas la seule voie : toutes les fibres respirent et fermentent, dans des proportions différentes.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de spe-svt Terminale en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « ATP : origine de l’énergie de la contraction » : 3 exercices, 120 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Mobiliser ses connaissances : le sprint final d’une étape ★★/ 6 pts
- Exercice 2 — Des cellules musculaires privées de dioxygène ★★★/ 6 pts
- Exercice 3 — Fibres lentes, fibres rapides et entraînement ★★★/ 8 pts
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 120 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « ATP : origine de l’énergie de la contraction » ?
- 120 minutes pour 3 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 120 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de spe-svt de terminale ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « ATP : origine de l’énergie de la contraction » du programme officiel de spe-svt en terminale.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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