ATP : origine de l’énergie de la contraction

Complète avec le mot ou le symbole exact.

1. L’hydrolyse de l’ATP donne de l’ADP et du phosphate (Pi).
   ATP + H₂O → ADP + P_i : P_i désigne le phosphate inorganique.
2. phosphocréatine + ADP → + ATP
   La phosphocréatine cède son phosphate à l’ADP : il reste de la créatine.
3. Pour le relâchement, les pompes renvoient les ions Ca²⁺ dans le réticulum , ce qui consomme de l’ATP.
   Le réticulum sarcoplasmique stocke les ions Ca²⁺ ; leur repompage contre le gradient consomme de l’ATP.
4. L’ATP fait le lien entre les réactions qui libèrent de l’énergie et celles qui en consomment : c’est un énergétique.
   Un intermédiaire : il est sans cesse formé et hydrolysé, il ne s’accumule pas.

Données simplifiées : un muscle contient 5,0 µmol d’ATP et 20 µmol de phosphocréatine par gramme. Chaque phosphocréatine régénère un ATP. Réponds par un nombre.

1. Au cours d’un effort maximal, le muscle hydrolyse 2,5 µmol d’ATP par gramme et par seconde. Sans régénération, son ATP serait épuisé en s.
   5,0 ÷ 2,5 = 2 s.
2. À la même vitesse, la phosphocréatine seule pourrait reformer l’ATP pendant s.
   20 ÷ 2,5 = 8 s.
3. La phosphocréatine est fois plus abondante que l’ATP dans ce muscle.
   20 ÷ 5,0 = 4.
4. Au repos, le même muscle hydrolyse 0,01 µmol d’ATP par gramme et par seconde. Son ATP seul durerait s.
   5,0 ÷ 0,01 = 500 s, un peu plus de 8 minutes : même au repos, l’ATP doit être régénéré sans arrêt.

Un sprinteur court 6 s. Données simplifiées ; dosages dans un muscle de sa cuisse (µmol par gramme) : avant, ATP 5,0 et phosphocréatine 20 ; après, ATP 4,4 et phosphocréatine 9. La fermentation a régénéré 7 µmol d’ATP par gramme pendant ces 6 s ; on néglige la respiration.

1. Quantité d’ATP reformée grâce à la phosphocréatine : µmol par gramme.
   20 − 9 = 11 µmol de phosphocréatine consommée, donc 11 µmol d’ATP reformées.
2. Quantité totale d’ATP hydrolysée pendant le sprint : µmol par gramme (au dixième).
   ATP hydrolysé = ATP reformé + baisse du stock : 11 + 7 + (5,0 − 4,4) = 11 + 7 + 0,6 = 18,6 µmol. Piège : la baisse de l’ATP (0,6) ne mesure pas sa consommation.
3. Vitesse moyenne d’hydrolyse de l’ATP : µmol par gramme et par seconde.
   18,6 ÷ 6 = 3,1 µmol·g⁻¹·s⁻¹.
4. Part de l’ATP hydrolysé fournie par la phosphocréatine : % (à l’unité).
   11 ÷ 18,6 ≈ 0,591, soit 59 % : dans les premières secondes, la phosphocréatine est la première source.

Écris le compartiment de la cellule musculaire où se déroule chaque réaction : cytosol, matrice ou membrane interne.

1. Glucose → 2 pyruvate :
   La glycolyse se déroule dans le cytosol (hyaloplasme).
2. Libération de CO₂ par le cycle de Krebs :
   Les décarboxylations ont lieu dans la matrice de la mitochondrie.
3. Réduction du dioxygène en eau :
   Le dioxygène, accepteur final de la chaîne respiratoire, est réduit sur la membrane interne.
4. Fonctionnement de l’ATP synthase, qui forme l’essentiel de l’ATP :
   L’ATP synthase utilise le gradient de protons de part et d’autre de la membrane interne.

Compte les molécules. On retient 36 ATP par glucose respiré. Réponds par un nombre.

1. Nombre de CO₂ libérés dans la matrice par l’oxydation complète d’un pyruvate :
   Le pyruvate a 3 atomes de carbone, tous libérés sous forme de CO₂.
2. Les pyruvates formés par la glycolyse de 5 glucose contiennent au total atomes de carbone.
   5 glucose → 10 pyruvates de 3 carbones : 10 × 3 = 30, autant que dans les 5 glucose (5 × 6) : la glycolyse ne libère aucun carbone.
3. Une fibre a rejeté 48 CO₂ par respiration : elle a oxydé glucose.
   6 CO₂ par glucose : 48 ÷ 6 = 8.
4. La glycolyse seule de ces 8 glucose rapporte ATP.
   2 ATP par glucose : 8 × 2 = 16 ATP. Piège : ce n’est pas le bilan de la respiration complète.
5. La respiration complète de ces 8 glucose rapporte environ ATP.
   8 × 36 = 288 ATP, dont l’essentiel est formé sur la membrane interne.

Raisonne sur la mitochondrie.

1. Classe dans l’ordre les étapes de l’oxydation d’un glucose : A chaîne respiratoire ; B glycolyse ; C entrée du pyruvate dans la mitochondrie ; D cycle de Krebs. Ordre :
   B C D A : glycolyse (cytosol), entrée du pyruvate, cycle de Krebs (matrice), puis réoxydation des composés réduits par la chaîne respiratoire.
2. Sur une électronographie agrandie 25 000 fois, une mitochondrie mesure 40 mm de long. Sa longueur réelle est de µm.
   40 mm = 40 000 µm ; 40 000 ÷ 25 000 = 1,6 µm.
3. Si l’on retient 30 ATP par glucose respiré, le nombre d’ATP formés grâce à la chaîne respiratoire et à l’ATP synthase est de .
   30 − 2 − 2 = 26 : on retire les 2 ATP de la glycolyse (cytosol) et les 2 du cycle de Krebs (matrice). L’essentiel reste formé sur la membrane interne.
4. Les atomes d’oxygène du dioxygène consommé par une fibre se retrouvent dans les molécules d’ formées par la chaîne respiratoire.
   Le dioxygène est réduit en eau : O₂ + 4 e⁻ + 4 H⁺ → 2 H₂O. Piège : il ne devient pas du CO₂, dont l’oxygène et le carbone viennent du glucose (et de l’eau).

Complète avec le mot exact.

1. Dans la fermentation lactique, le pyruvate est en lactate par le NADH,H⁺.
   Le pyruvate reçoit les électrons du NADH,H⁺ : il est réduit.
2. Cette réaction régénère le , sans lequel la glycolyse s’arrêterait.
   Le NAD⁺ : son stock est limité et la glycolyse en consomme.
3. Le foie peut reconvertir le lactate du sang en .
   Le foie refait du glucose à partir du lactate ; d’autres cellules, comme celles du cœur, l’oxydent.
4. Le lactate du sang est aussi oxydé par des cellules qui respirent beaucoup, comme celles du muscle .
   Le muscle cardiaque (et les fibres lentes) oxyde le lactate : il est réutilisé, ce n’est pas un simple déchet.

Quelle voie de régénération de l’ATP la mesure met-elle en évidence ? Écris respiration ou fermentation lactique.

1. Des mitochondries isolées de muscle, en milieu oxygéné avec du pyruvate, libèrent du CO₂. →
   CO₂ libéré par des mitochondries, en présence de O₂ : respiration.
2. Pendant un effort très intense, le sang qui sort d’une cuisse contient bien plus de lactate que celui qui y entre. →
   Le lactate est produit par les fibres : fermentation lactique, dans le cytosol, même si les fibres respirent aussi.
3. Un brassard gonflé bloque la circulation d’un avant-bras qui serre une poignée à répétition : le sang veineux prélevé ensuite contient bien plus de lactate qu’au repos. →
   Privées de l’apport de dioxygène, les fibres régénèrent leur ATP par fermentation lactique, dans le cytosol. C’est le principe d’un test médical d’effort de l’avant-bras.
4. Au bout de 2 h de course lente, un coureur consomme beaucoup de dioxygène et son lactate sanguin reste proche du repos. →
   Forte consommation de O₂, peu de lactate : respiration.

Données simplifiées : une fibre contient 0,8 µmol de NAD⁺ par gramme (on néglige le NADH,H⁺ présent au départ) ; la glycolyse réduit 2 NAD⁺ par glucose. On retient 2 ATP par glucose fermenté et 36 par glucose respiré. Réponds par un nombre.

1. Sans régénération du NAD⁺, la glycolyse s’arrêterait après la dégradation de µmol de glucose par gramme.
   0,8 ÷ 2 = 0,4 µmol : le stock de NAD⁺ serait vite épuisé.
2. En 30 s d’effort intense, la fibre fermente 6,0 µmol de glucose par gramme : elle forme µmol de lactate par gramme.
   2 lactates par glucose : 6,0 × 2 = 12 µmol.
3. Pendant ces 30 s, chaque NAD⁺ a donc été réduit puis régénéré en moyenne fois.
   Chaque lactate formé réoxyde un NADH,H⁺ : 12 µmol de réductions pour 0,8 µmol de NAD⁺, soit 12 ÷ 0,8 = 15 cycles. C’est la réduction du pyruvate en lactate qui permet à la glycolyse de durer.
4. La respiration aurait régénéré le même nombre d’ATP en oxydant seulement µmol de glucose par gramme (au centième).
   Fermentation : 6,0 × 2 = 12 µmol d’ATP. Respiration : 12 ÷ 36 ≈ 0,333, soit 0,33 µmol de glucose, 18 fois moins.

On retient 30 kJ par mole d’ATP. Calcule l’énergie récupérée sous forme d’ATP.

1. Fermentation lactique de 1 mole de glucose : kJ
   2 × 30 = 60 kJ.
2. Respiration de 1 mole de glucose (36 ATP) : kJ
   36 × 30 = 1 080 kJ.
3. Respiration de 1 mole de glucose, si l’on retient 32 ATP : kJ
   32 × 30 = 960 kJ.
4. Fermentation lactique de 0,25 mole de glucose : kJ
   0,25 × 2 = 0,5 mole d’ATP ; 0,5 × 30 = 15 kJ.

On retient 30,5 kJ par mole d’ATP et 2 860 kJ par mole de glucose. Donne le rendement en % (à l’unité) ou le nombre demandé.

1. Rendement de la respiration avec 32 ATP par glucose : %
   32 × 30,5 = 976 kJ ; 976 ÷ 2 860 ≈ 0,341, soit 34 %.
2. Rendement de la respiration avec 30 ATP par glucose : %
   30 × 30,5 = 915 kJ ; 915 ÷ 2 860 ≈ 0,320, soit 32 %.
3. Énergie dissipée en chaleur par mole de glucose respiré, avec 32 ATP : kJ
   2 860 − 976 = 1 884 kJ : près des deux tiers de l’énergie du glucose.
4. Une estimation attribue 1 037 kJ récupérés sous forme d’ATP à la respiration d’une mole de glucose : elle retient ATP par glucose.
   1 037 ÷ 30,5 = 34 ATP par glucose.
5. Avec cette estimation, le rendement de la respiration est de %.
   1 037 ÷ 2 860 ≈ 0,363, soit 36 %.

Pendant un effort, une fibre dégrade 20 glucose : 18 par respiration (36 ATP chacun) et 2 par fermentation lactique.

1. ATP régénéré au total :
   18 × 36 + 2 × 2 = 648 + 4 = 652 ATP.
2. Part du glucose dégradé par fermentation : %
   2 ÷ 20 = 0,10, soit 10 %.
3. Part de l’ATP fournie par la fermentation : % (au dixième)
   4 ÷ 652 ≈ 0,0061, soit 0,6 % : 10 % du glucose pour moins de 1 % de l’ATP. Piège : ne pas confondre part du glucose et part de l’ATP.
4. Avec 30,5 kJ par mole d’ATP et 2 860 kJ par mole de glucose, le rendement global de cette fibre est de % (à l’unité).
   Pour 20 moles de glucose : 652 × 30,5 = 19 886 kJ récupérés sur 20 × 2 860 = 57 200 kJ ; 19 886 ÷ 57 200 ≈ 0,348, soit 35 %, moins que les 38 % de la respiration seule.

Nomme la source d’ATP décrite : phosphocréatine, fermentation lactique ou respiration.

1. Une seule réaction, aucune attente, mais une réserve épuisée en quelques secondes :
   La phosphocréatine régénère l’ATP en une étape.
2. Rapide, sans dioxygène, elle épuise vite le glycogène :
   La fermentation lactique : 2 ATP par glucose seulement.
3. Pendant la récupération, elle fournit l’ATP qui reconstitue la phosphocréatine :
   La respiration, d’où une consommation de dioxygène qui reste élevée après l’effort.
4. Lente à atteindre son débit maximal, durable, capable d’oxyder des acides gras :
   La respiration : les acides gras sont oxydés dans les mitochondries.

Fibre lente (type I) ou fibre rapide (type II) ? Écris I ou II.

1. Fibre blanche, pauvre en myoglobine : type
   Peu de myoglobine et de mitochondries : fibre rapide, type II.
2. Fibre riche en mitochondries, entourée de nombreux capillaires : type
   Équipement de la respiration : fibre lente, type I.
3. Fibre qui se fatigue en moins de 2 minutes de stimulations répétées : type
   Vite fatigable : type II, qui repose surtout sur la fermentation.
4. Fibre qui oxyde surtout des acides gras pendant une course de plusieurs heures : type
   Les acides gras ne sont oxydés que dans les mitochondries, abondantes dans les fibres lentes, type I.

Effort maximal : quelle source fournit la plus grande part de l’ATP (sauf autre indication) ? Écris phosphocréatine, fermentation lactique ou respiration.

1. Un saut en hauteur (quelques secondes d’élan et d’impulsion) :
   Dans les premières secondes, l’ATP présent et la phosphocréatine fournissent l’essentiel.
2. Un 800 m couru en 2 min :
   Au-delà d’environ 75 s d’effort maximal, la respiration fournit déjà plus que les deux autres voies réunies. Piège : on pense souvent à la fermentation.
3. Un 800 m couru en 2 min : la source qui fournit la deuxième plus grande part de l’ATP est la .
   La phosphocréatine est en grande partie épuisée au bout de 2 min : derrière la respiration (environ les deux tiers de l’ATP), c’est la fermentation lactique.
4. Un marathon :
   Effort de plusieurs heures : respiration, presque exclusivement.

Complète avec le mot exact.

1. Les stéroïdes anabolisants sont des variantes de synthèse de la , l’hormone sexuelle masculine.
   Ce sont des dérivés de la testostérone.
2. Ils stimulent la synthèse des des fibres musculaires, qui grossissent.
   La synthèse des protéines (dont actine et myosine) augmente : les fibres grossissent.
3. Une substance apportée de l’extérieur de l’organisme est dite .
   Exogène : venue de l’extérieur, par opposition à endogène.
4. Les produits dopants sont interdits par l’Agence mondiale .
   L’Agence mondiale antidopage publie la liste des substances et méthodes interdites.

Nomme l’organe ou le système touché par chaque effet grave des stéroïdes anabolisants.

1. Hypertension, augmentation du volume du cœur, risque d’infarctus : système
   Le système cardiovasculaire, même chez des sportifs jeunes.
2. Atrophie des et baisse de la production de spermatozoïdes chez l’homme.
   Les testicules : apportée de l’extérieur, l’hormone freine la production de l’organisme.
3. Atteintes graves, citées par le NIDA à côté de celles du foie, des organes qui filtrent le sang et forment l’urine : les
   Les reins ; le rapport cite aussi le foie et le cœur.
4. Pilosité du visage et voix plus grave chez la femme : effet du produit.
   Effet androgène : renforcement des caractères sexuels masculins.

Raisonne. Écris le mot ou le nombre demandé.

1. Un produit qui fait grossir les fibres sans augmenter leurs mitochondries améliore surtout les efforts (brefs ou longs).
   Des fibres plus grosses développent plus de force, mais la respiration, qui assure l’endurance, n’est pas renforcée : efforts brefs et intenses (sprint, lancer, haltérophilie).
2. Injectés avec des seringues partagées, ils exposent en plus au VIH et aux .
   Aux hépatites (B et C), transmises par le sang comme le VIH.
3. Un garçon de 14 ans en prend avant sa poussée de croissance : sa taille adulte risque d’être plus que prévu.
   Plus petite : la maturation précoce du squelette arrête la croissance trop tôt.
4. Les mitochondries d’une fibre occupent 6 % de son volume. Sous stéroïdes, la fibre grossit de 20 % sans gagner de mitochondries : elles n’occupent plus que % de son volume.
   6 ÷ 1,2 = 5 % : la fibre gagne en force, pas en capacité de respiration.