Correction exercice I L’énergétique biologique
Correction exercice I
A. Repérons les affirmations correctes
1. a
2. a, c, d
3. d
4. c
5. a
6. a
7. b
8. c
9. c
B. Correction des affirmations
1. La dépense énergétique d’un organisme est directement proportionnelle à la quantité de dioxygène qu’il consomme
2. Les méthodes de Calorimétrie respiratoire permettent d’évaluer l'ensemble de la dépense énergétique de l’organisme.
3. Plus un animal est petit, plus sa dépense énergétique est forte par rapport à sa masse.
4. Le métabolisme de base d’un animal ne prend pas en compte les activités physiques.
5. Un petit mammifère dépense par unité de masse, davantage d’énergie pour la régulation de sa température qu'un mammifère de grande taille.
6. Un animal dépense en permanence de l'énergie.
C. Répondre par vrai ou faux
1- Faux ; puisque tous les produits sont de nature minérale
2- Vrai.
3- Faux car cette équation est celle de la photosynthèse
4- Faux ; car le métabolisme est oxyde et l’oxygène réduit.
5- Vrai.
6- Vrai;
7- Vrai;
8-a) Vrai;
b) Vrai ;
c) Vrai ;
d) faux, car elle dépend de la température ambiante;
e) Vrai;
f) Vrai;
9- Faux, c’est un milieu pourvu d’oxygène.
10- Vrai.
D. Réponses aux questions
1- Les facteurs qui font varier la dépense énergétique d’un mammifère sont :
a. l’activité physique,
b. la croissance,
c. l'état physiologique.
2- Les fonctions de l'organisme sont responsables des dépenses énergétiques incompatibles sont :
a. Les mouvements respiratoires,
b. la circulation sanguine,
c. Les contractions musculaires toniques,
d. les battements cardiaques,
e. le fonctionnement du système nerveux,
f. les sécrétions continue (hormones, urines).
g. la biosynthèse cellulaire (protéines, etc.).
3- Les facteurs qui font varier le métabolisme de base sont :
a. Le sexe,
b. l’âge
c. l’espèce.
4- Plus de 50% de la dépense énergétique globale des individus.
Correction exercice II L’énergétique biologique
Correction exercice II
A.1- La respiration et les fermentations sont deux processus de libération d’énergie dans les cellules.
A.2- L’énergie chimique d'un métabolite est conservée sous forme d’ATP dans les cellules.
A.3- Les déshydrogénases, les décarboxylases et les ATP synthétases sont des enzymes qui permettent la conversion d’énergie des métabolites en ATP
A.4-La glycolyse et la chaîne respiratoire sont deux étapes de la respiration, se déroulant respectivement à l’extérieur et à l’intérieur de la mitochondrie.
A.5- Le rendement énergétique de la respiration est très supérieur à celui d’une fermentation.
B.1- La respiration cellulaire est une oxydation directe des nutriments organiques en présence du dioxygène consommé lors des échanges gazeux respiratoires.
B.2- La glycolyse est un ensemble de réactions commines aux fermentations et à la respiration lorsque le métabolite est l’oxygène.
B.3- La respiration et les fermentations sont deux processus de libération d’énergie, le premier ayant un rendement énergétique beaucoup plus élevé que le second.
C. Questions à réponses ouvertes (QRO)
C.1 - Parce que la respiration produit au cours de la dégradation d'une molécule de glucose 36 ATP, tandis que la fermentation n’en produit que 2. (Dans la respiration, la dégradation est totale alors qu’est partielle dans la fermentation).
C.2- Le rendement de la fermentation (2 ATP) est plus faible que celui de la respiration (38 ATP). Ce explique qu'une cellule qui fermente consomme plus de combustibles que lors de la respiration.
C.3- La fermentation et la vie sans air est une affirmation vraie pour la majorité des fermentations mais faux pour la fermentation acétique qui se déroule en anaérobiose.
Correction exercice III L’énergétique biologique
Correction exercice III
1. Le minimum de la courbe est le point de cordonnées : \(A\left( \begin{array}{l}N = {19^o}\\M = 14l/h\end{array} \right)\).
2. Calcule de l’intensité respiratoire, par définition
\(I.R = \frac{V}{{m.t}}\)
Soit \(I.R = \frac{{14}}{{70}} = 0,2\) l d’O2/kg/h
3.a) N est la neutralité thermique : c'est la température pour laquelle l'individu ne lutte ni contre le froid ni contre le chaud (pas de dépense énergétique pour la thermorégulation).
b) Calcule du métabolisme basal
\(M = \frac{{V.Ct}}{S.t}\) \( = \frac{{14 \times 20}}{{1,8}}\) \( = 155,55\) Kj/m2/h
M est le métabolisme basal.
RQ : Le métabolisme basal est l’énergie dépensée par un organise pour assurer uniquement les fonctions essentielles à la vie (respiration, activité cardiaque, maintien du tonus musculaire activité nerveuse, activité des glandes)
4.a) Il doit être à jeun pour annuler le travail digestif.
4.b) Il est à l'état de repos complet pour annuler le travail musculaire.
5.a) Pour les températures inférieures à la neutralité thermique, l'individu lutte contre le froid.
5.b) Pour les températures supérieures à N, l'individu lutte contre le chaud.
c) Pour N, l'individu est en équilibre thermique. Pas de lutte contre le chaud ou contre le froid.
6. N est la température optimale pour M, parce que M correspond à la plus petite dépense énergétique.
Correction exercice IV L’énergétique biologique
Correction exercice IV
1. a) Calcule de l’intensité respiratoire
Volume de O2 dans l'enceinte au début de l'expérience est de : \({V_{{O_2}}} = \frac{{12 \times 21}}{{100}}\) \( = 2,5\) litres de O2
Volume V d’O2 absorbé est : \({V_{a{O_2}}} = \frac{{2,25 \times 1,25}}{{100}}\) \( = 0,031\) l d'O2
Enfin, calcule de l’IR : \(I.R = \frac{{{V_{a{O_2}}}}}{{m.i}}\)
Soit \(I.R = 0,0315 \times \) \(\frac{{1000}}{{300}} \times \frac{{60}}{5} = \) \(1,26\) l de O2/ kg /h
b) IR= 1260mL d’O2/ kg /h.
c) Calcule de la dépense énergétique du rat : \(D.E = \) \({V_{a{O_2}}} \times Ct\)
\(D.E = \) \(0,315 \times 20 = \) \(0,63\) KJ
Dépense énergétique du Rat: 0,0315 x 20 = 0,63 kj.
2. Calcule du quotient respiratoire :
QR=volume CO2 rejeté / volume O2 absorbé.
Volume de CO2 produit = 0,2 x 12/100 = 0,024 l de CO2
QR = 0,024/0,0315 d'où QR = 0,76.
3. a) Nouvelle IR = 1260 x 1,5/ 1,25 = 1512 ml d’O2/kg/h.
b) On note une augmentation de l'I.R quand on fait passer l'animal de 20° C à 5° C, cela est dû au fait que l'animal consomme davantage de réserves pour lutter contre le froid.
4. Si l'expérience dure, l'animal s’agitera et finira par mourir asphyxié.
Correction exercice V L’énergétique biologique
Correction exercice V
1. Seule la 4ème étape, régénération du transporteur, est aérobie.
Les molécules de transporteurs réduits TH2 (en réalité, il s'agit essentiellement d'une molécule appelée NADH2) sont oxydées.
\(T{H_2} + \frac{1}{2}{O_2}\) \( \to {H_2}O + T\) Énergie
Ou
\(NAD{H_2} + \) \(\frac{1}{2}{O_2} \to \) \(NAD + {H_2}O\) \( + 90KJ\)
2. La première étape, la dégradation anaérobie du glucose, est commune aux deux voies.
L'acide pyruvique est un carrefour important du métabolisme. Le devenir de l'acide pyruvique dépend des conditions du milieu. En présence d'oxygène, les mitochondries fonctionnent, l'acide pyruvique est dégradé suivant la voie respiratoire. En l'absence d'oxygène, il y a fermentation.
3. Une molécule de glucose libère deux molécules d'acide pyruvique. Deux tours de cycle de Krebs sont donc nécessaires à la dégradation d'une molécule de glucose.
4. Le passage de l'acide succinique à l'acide fumarique est une oxydation: l'acide succinique est oxydé, le transporteur réduit. Il s'agit donc d'une oxydoréduction.
L’enzyme catalysant la déshydrogénation est une déshydrogénase: la succinodéshydrogénase.
Le transporteur réduit est régénéré par oxydation aérobie :
\(T{H_2} + \frac{1}{2}{O_2}\) \( \to {H_2}O + T\) Énergie
5. Identification des différentes structures :
a) 1 : Membranes externe et interne de la mitochondrie;
2 : Crête;
3 : Matrice.
b) Les étapes 2 et 3 ont lieu dans la matrice. L'étape 4 a lieu grâce à des enzymes et des transporteurs intégrés dans la membrane interne de la mitochondrie.
Correction exercice VI L’énergétique biologique
Correction exercice VI
1. a Équilibrons l’équation de l’oxydation du glucose
\(C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}\) \(\rightarrow 6CO_{2}+ \) \(6H_{2}O + 2543 KJ\)
\(C_{57}H_{104}O_{6}+80O_{2}\) \(\rightarrow 57CO_{2}+\) \(52H_{2}O + 35242 KJ\)
\(2CH_{3}-CH(NH_2)-COOH\) \(+6O_2 \rightarrow CO(NH_2)_2\) \(+5CO_2+H_2O+\) \(2633KJ\)
b. Définition coefficient respiratoire: Le quotient respiratoire est le rapport du volume de CO2 rejeté au volume de O2 absorbé; mesuré dans les mêmes conditions de température et de pression.
c) \(QR_1=\frac{n_{CO_2}.V_0}{n_{O_2}.V_0}= \) \(\frac{2842}{6\times 22,4}=21,14\)
\(QR_2 =\frac{57}{80}=0,71\)
\(QR_3 =\frac{5}{6}=0,83\)
2. Le coefficient thermique ou énergétique du dioxygène représente la quantité d’énergie libérée par 1L d’oxygène utilisé pour l’oxydation d’un substrat donné.
b. C’est l’énergie libérée sur le volume O2 absorbé
\(CT_1=\frac{E_l}{V_T}\) \(=\frac{2842}{6\times 22,4}= \) \(21,14KJ\)
\(CT_2=\frac{E_l}{V_T}\) \(=\frac{35242}{80\times 22,4}= \) \(19,66KJ\)
\(CT_3=\frac{E_l}{V_T}\) \(=\frac{2633}{6\times 22,4}= \) \(19,59KJ\)
Les glucides sont des aliments énergétiques par excellence car ils ont le CT le plus élève
Correction exercice VII L’énergétique biologique
Correction exercice VII
1-a) À cause de l’absence d'oxygène
b) À cause de la présence du CO2 qui réagit avec l’’eau de chaux
\(C_6H_{12}O_6+6O_2\) \(\rightarrow 6CO_2+6H_2O\) \(+2860kj\)
c) L’oxygène est absorbé et le CO2 est dégage.
d) Oui si ces organes sont éclairés et non si ces organes ne sont pas éclairés.
Justification: En présence de la lumière, il y a échange gazeux chlorophyllien avec dégagement d’oxygène qui aidera à la respiration. En l’absence de la lumière, il y a fermentation.
2-a) Courbe
b) Il y a une baisse de pression au début suite à la consommation de l’oxygène par les carottes qui respirent, créant une dépression. Le CO2 rejeté est dissout dans les tissus. Par la suite, l’oxygène disparaît, d'où la fermentation avec augmentation du dégagement de CO2 entraînant une augmentation de pression dans le bocal.
c) Respiration : \(C_6H_{12}O_6+6O_2\) \(\rightarrow 6CO_2+6H_2O\)
Fermentation : \(C_6H_{12}O_6\rightarrow\) \(2C_2H_5-OH+2CO_2\)
3.a Comparaison des rendements
\(r=\frac{m_{Levure... de... bière}}{m_{glucose...consommée}}\)
\(r_1 =\frac{0,025}{0,098}=0,24\)
\(r_2 =\frac{0,225}{45}=0,0056\)
\(\frac{r_1}{r_2}=42,8\)
b) Le milieu aérobie est le plus favorable
c) C’est la fermentation acétique :
\(C_2H_5-OH+O_2\overset{F}{\rightarrow}\) \(CH_3-COOH+H_2O+E\)
F = Acétobacter
Correction exercice VIII L’énergétique biologique
Correction exercice VIII
A.
1. C'est le glucose.
2. NAD+ et FAD+.
3. 1iere étape : la glycolyse, le composé organique obtenu à la fin est l'acide pyruvique.
2ieme étape : la décarboxylation de l’acide pyruvique, le composé organique obtenu à la fin est l’acétyl coenzyme A.
3ème étape : le cycle de Krebs : pas de composé organique obtenu à la fin.
4. C’est le cycle de Krebs.
5. C'est la glycolyse.
B. Une souris pesant 33g absorbe 141ml d’O2 et rejette 112 ml de CO2 pendant 45 mn.
1. Calcule du QR
\(QR=\frac{V_{CO_2}}{V_{O_2}}= \) \(\frac{112}{141} = 0,79\)
2. Calcule de l’IR
a) \(IR=\frac{V_{O_2}}{M\times t}=5,69\) d’O2/Kg/h
b) \(IR=\frac{V_{O_2}}{M\times t}= \) \(9,4\times10^{-2}\)
3. \(IR=\frac{V_{O_2}}{M\times t} \) \(\times\frac{T}{T_0}\times\frac{P_0}{P}\)
Avec T et To les températures expérimentales et initiales respectivement
P et Po les pressions expérimentales et initiales respectivement
IR = 6,01 L d’O2/kg/h
Correction exercice IX L’énergétique biologique
Correction exercice IX
1 - Série de réaction d’oxydoréduction du glucose, réactions de la respiration cellulaire avec le glucose, phosphorylation oxydative ou cycle de dégradation de l'acide pyruvique.
2 - a) Cc cycle se déroule dans la mitochondrie.
b) schéma mitochondrie
3 Le métabolite important est le glucose
4 - a) ATP = Adénosine Triphosphate.
b) Le rôle de NAD et de FAD est de transporter l'hydrogène provenant des différentes molécules du cycle de Krebs.
5 Nombre de NADH2 = 3, soit 3 x 3 = 9 ATP
Nombre de FADH2 = 1, soit 1 x 2 = 2» ATP
Nombre d’ATP = 1, soit 1 x 1 = 1 ATP
Nombre total d’ATP = 12
Quantité d’énergie = 12 x 30 KJ = 360 KJ
Correction exercice X L’énergétique biologique
Correction exercice X
1. Le refroidissement corporel a pour conséquence une consommation accrue de dioxygène. La consommation revient lentement à la valeur initiale lorsqu’on rentre à la température de départ
2. À 36°C, température approximative de la peau, la dépense énergétique est minimale (tracé A).
Le refroidissement de la surface corporelle est compensé par une production d’énergie supplémentaire d‘où l'augmentation de la consommation de dioxygène (tracé B).
Le retour aux conditions initiales ramène la consommation du dioxygène au minimum, mais ce retour est lent (tracé CD) : tout se passe comme s’il y avait une dette en oxygène à rembourser.
3. La consommation de dioxygène a été de 0,8 l/min, soit 0,4 l pour 30 secondes.
Cela représente une libération d'énergie de 20 x 0,4 = 8 kJ.
4. Il faudrait tout d'abord connaître la température de neutralité thermique dans les conditions de l'expérience. D’autre part, il faudrait les données permettant d'évaluer la surface corporelle.
Correction exercice XI L’énergétique biologique
Correction exercice XI
1) Analyse du graphe B.
Entre 0 et 8 heures l’éthanol se forme au détriment du glucose
Entre 8 et 20 heures, il n'y a plus de glucose. L’éthanol formé pendant la première phase disparaît progressivement dans le milieu jusqu’à s'annuler à 20 heures.
2) Le graphe A a deux parties :
1ère partie entre 0 et 8 heures,
2ème partie entre 8 h et 20 heures.
3) 1ère partie : L'énergie provient de la fermentation du glucose.
2ème partie : L’énergie provient de l'oxydation de l’éthanol par la respiration.
4) cette énergie proviendrait de la respiration.
5) Équation
\(C_6H_{12}O_6+6O_2\) \(\rightarrow 6H_2O+6CO_2\) \(+375Kcal\)
6) La respiration produit des éléments essentiellement minéraux, alors que la fermentation produit des éléments minéraux et un résidu organique.