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Vidéo de la leçon : La respiration aérobie Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre quels sont les réactifs et les produits de la respiration aérobie et expliquer l’importance de la respiration pour les organismes.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir le processus de la respiration cellulaire et comment il fournit de l’énergie aux cellules et aux organismes. Ensuite, nous essayerons de répondre à quelques questions d’entraînement. Et enfin, nous résumerons ce que nous avons appris.

Vous êtes probablement conscient que notre corps utilise les aliments que nous mangeons pour produire de l’énergie. Rappelez-vous que votre corps est constitué de nombreux appareils, chacun constitué de plusieurs organes. Chaque organe est composé de plusieurs tissus, et les tissus sont constitués de nombreuses cellules. Les cellules de votre corps ressemblent à ceci. Et elles contiennent plusieurs organites, des structures subcellulaires spécialisées afin de remplir une fonction spécifique. Savez-vous quel organite est responsable de la production d’énergie cellulaire? Tout à fait, les mitochondries produisent l’énergie cellulaire.

Nos cellules ont besoin d’énergie pour faire leur travail, et ce travail est différent selon les cellules. Les cellules musculaires ont besoin d’énergie pour se contracter et occasionner le mouvement. Les cellules nerveuses ont besoin d’énergie pour propager des impulsions partout dans votre corps. Et vos globules blancs ont besoin d’énergie pour combattre les infections et vous maintenir en bonne santé. Les cellules ont besoin d’énergie pour remplir toutes les fonctions essentielles qui nous maintiennent en vie. Et les mitochondries fournissent l’énergie dont les cellules ont besoin pour remplir leurs fonctions.

Tous les organismes vivants utilisent une forme de respiration cellulaire pour dégrader les nutriments afin de produire de l’énergie. Habituellement, cette énergie se présente sous la forme d’une molécule appelée ATP dont nous allons parler un peu plus loin. Si la respiration cellulaire utilise l’oxygène, nous l’appelons la respiration aérobie. Et si la respiration cellulaire n’utilise pas d’oxygène, nous la qualifions de respiration anaérobie. « An » est un préfixe qui signifie non. Pour l’instant, nous allons approfondir la respiration aérobie, et nous allons commencer avec cette molécule, l’ATP. ATP signifie adénosine triphosphate. C’est la molécule qui fournit l’énergie pour presque tous les processus cellulaires dans presque tous les êtres vivants.

Il est intéressant de savoir que l’adénosine triphosphate, ou ATP, est constituée d’adénine, une base azotée, et d’un sucre, le ribose, ce qui, espérons-le, vous rappelle la structure d’un nucléotide. Cependant, au lieu d’un groupe phosphate comme pour un nucléotide, l’ATP en a trois, d’où le « tri » de triphosphate. L’ATP est une molécule riche en énergie, ce qui signifie qu’elle a beaucoup d’énergie stockée dans ses liaisons chimiques, en particulier entre les deuxième et troisième groupes phosphate. Ainsi, lorsque nos cellules ont besoin d’énergie pour faire leur travail, elles prennent une molécule d’ATP et rompent le dernier groupe phosphate, libérant ainsi l’énergie stockée dans cette liaison chimique de haute énergie. La molécule restante est appelée ADP ou adénosine diphosphate, le préfixe « di » signifiant deux.

Nos cellules ont besoin de beaucoup d'énergie, et il faudrait tellement de temps et de ressources pour fabriquer tout l'ATP dont nos cellules ont besoin à partir de zéro. Au lieu de ça, une molécule d’ATP peut être recyclée en ADP et vice-versa des milliers de fois. Pour alimenter les processus cellulaires, l’énergie est libérée à partir de l’ATP par la rupture d’un groupe phosphate, créant ainsi l’ADP. Cette même molécule d’ADP peut être reconvertie en ATP en rattachant un groupe phosphate. Cela se produit via un ensemble complexe de réactions métaboliques connues sous le nom de respiration cellulaire. La respiration cellulaire est une réaction chimique, nous allons donc la représenter avec une équation chimique. Vous avez peut-être appris en chimie que les molécules situées à gauche de la flèche dans une réaction chimique sont les réactifs et les molécules situées à droite de la flèche sont les produits.

Eh bien, puisque nous parlons de la respiration cellulaire aérobie, nous savons qu’un des réactifs est l’oxygène. Nous avons également appris un peu plus tôt que la respiration cellulaire est le processus de dégradation de nutriments pour produire de l’énergie. Le nutriment que nos cellules utilisent généralement pour la respiration cellulaire est le glucose, un type de sucre simple. L’oxygène et le glucose sont dégradés et transformés en dioxyde de carbone et en eau, un processus libérant de l’énergie qui est utilisée pour produire l’ATP. Une réaction chimique qui libère de l’énergie sous forme de chaleur est appelée une réaction exothermique. En fait, une partie de l’énergie créée lors de la respiration cellulaire est dégagée sous forme de chaleur. Il est également important de savoir que l’énergie dans cette équation chimique est représentée entre parenthèses ou entre crochets. C'est parce que si l'énergie est libérée, elle n'est pas techniquement un produit de la réaction chimique.

Maintenant que nous avons vu l’équation chimique de la respiration cellulaire à l’aide de mots, nous allons la regarder en utilisant les symboles chimiques appropriés. Le symbole chimique de l’oxygène est O2 car il y a deux atomes d’oxygène dans chaque molécule d’oxygène. Le symbole chimique du glucose est C6H12O6 et une molécule de glucose ressemble à ceci. Si vous comptiez les atomes de cette molécule, vous verriez qu’il y a six atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène et six atomes d’oxygène. Pour simplifier, nous allons représenter les composants de la molécule de glucose comme ceci. Le symbole chimique du dioxyde de carbone est CO2 car le dioxyde de carbone contient un atome de carbone et deux atomes d’oxygène. Le symbole chimique de l’eau est H2O. L’eau contient deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène.

Alors, nous avons maintenant représenté notre équation de la respiration cellulaire en utilisant des symboles chimiques. Mais le nombre d’atomes que nous avons dans nos réactifs est plus élevé que le nombre que nous trouvons dans nos produits. Pour que l'équation chimique soit équilibrée, nous devons avoir le même nombre d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène dans nos réactifs que dans nos produits. Afin d’équilibrer cette équation chimique, nous devons ajouter des coefficients. Notre équation chimique équilibrée ressemble donc à ceci. Il faut six molécules d’oxygène et une molécule de glucose pour générer six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d’eau et libérer l’énergie que nos cellules utilisent pour produire l’ATP. Essayez de compter les atomes de chaque côté de cette équation pour vous assurer que nous l’avons correctement équilibrée.

Avant de passer à nos questions d’entraînement, prenons un moment pour faire le lien entre le processus de la respiration physiologique et le processus de la respiration cellulaire. La respiration cellulaire a lieu principalement dans les mitochondries. Les mitochondries sont des organites en forme de haricots qui possèdent une membrane interne pliée et de nombreux types d’enzymes facilitant l’ensemble complexe de réactions chimiques qui convertissent le glucose et l’oxygène en dioxyde de carbone, en eau et en énergie, qui est ensuite utilisée pour produire l’ATP qui alimente presque tous nos processus cellulaires. Le glucose est un sucre fabriqué à partir des nutriments que nous tirons de notre alimentation ou, pour les cellules végétales, c’est un produit de la photosynthèse. Et l’eau de notre corps est recyclée et utilisée à de nombreuses fins différentes. Mais qu’en est-il de l’oxygène et du dioxyde de carbone?

Eh bien, vous l’avez peut-être déjà deviné. Lorsque nous inspirons, l’oxygène de l’air pénètre dans nos poumons. De là, il est pompé dans le sang vers chacune de nos cellules, où les mitochondries l'utilisent pour effectuer la respiration cellulaire, produisant du dioxyde de carbone en tant que déchet. Celui-ci entre dans le sang et est renvoyé vers les poumons, où il est éliminé de notre corps lorsque nous expirons. Et c’est pourquoi la respiration qui se produit dans nos cellules et la respiration qui se produit dans nos poumons ont le même nom.

Cela permet également d’expliquer pourquoi les cellules les plus actives contiendront plus de mitochondries. Par exemple, il y a plus de mitochondries dans une cellule musculaire que dans une cellule de la peau. Cela permet aussi d’expliquer pourquoi à mesure que vous faites plus d’activité physique, votre fréquence ou rythme respiratoire augmente. Lorsque vous êtes plus actif, vous devez inspirer plus d’oxygène afin que vos cellules puissent produire davantage d’ATP afin de maintenir votre corps en mouvement.

Maintenant que nous avons étudié un peu la respiration aérobie, pourquoi ne pas essayer quelques questions d’entraînement ensemble?

Sans inclure l’énergie ou l’ATP, écrivez, à l’aide de mots, l’équation de la respiration aérobie.

Cette question nous demande de nous souvenir de l’équation de la respiration aérobie. Notre réponse finale sera une équation de mots. Bien qu’utiles, nous n’inclurons pas les symboles chimiques dans notre réponse finale. Une autre chose que nous ne sommes pas censés intégrer dans notre réponse sous forme de mots est l’énergie ou ATP. Nous n’allons donc pas mentionner l’énergie dans notre équation finale, même si nous savons que sa production est le but de la respiration aérobie. Dans notre équation écrite avec des mots, les réactifs de la réaction devront tout de même être à gauche de la flèche, et les produits devront être à droite.

Afin de répondre à cette question, passons en revue ce que nous savons de la respiration aérobie. Ici, nous voyons notre étudiant en biologie très occupé. Il respire, il mange un en-cas sain, une pomme, et son cœur bat, pompant du sang dans tout son corps. Toutes ces actions sont essentielles au processus de respiration aérobie. La respiration cellulaire est le processus de dégradation des nutriments en énergie. Chaque organisme vivant effectue une forme de respiration cellulaire. Et le mot aérobie signifie que c’est spécifiquement un type de respiration cellulaire qui utilise de l’oxygène. Nous savons donc que dans nos réactifs, il doit y avoir une forme de nutriments et de l’oxygène.

Regardons de plus près notre étudiant et ses cellules. Notre étudiant reçoit ses nutriments de la nourriture qu’il mange. Ils sont dégradés dans l’intestin grêle et absorbés dans le sang, où ils sont transportés vers ses cellules principalement sous forme de glucose. Notre étudiant inspire également l’oxygène de l’air, qui pénètre dans ses poumons et est absorbé dans le sang, qui le distribue aux cellules de son corps. Rappelons que chaque cellule contient des mitochondries, des organites en forme de haricots, dans lesquelles a lieu la respiration cellulaire. Elles possèdent une membrane interne pliée et différents types d’enzymes qui facilitent les réactions métaboliques complexes permettant de transformer l’oxygène et le glucose en dioxyde de carbone et en eau et de libérer l’énergie utilisée pour former l’ATP, la molécule qui alimente presque toutes les fonctions essentielles de nos cellules.

L’eau est en grande partie recyclée, mais le dioxyde de carbone diffuse hors des cellules et retourne dans le sang, qui le ramène aux poumons où il est éliminé de notre corps lorsque nous expirons. Respirer permet de capter de l’oxygène et d’éliminer du dioxyde de carbone, manger fournit des nutriments et en particulier du glucose, et votre système cardiovasculaire, piloté par votre cœur, transporte tous ces éléments d’un endroit à l’autre, permettant à vos cellules de fabriquer l’ATP qui fournit l’énergie utilisée par les cellules pour faire leur travail. Donc, pour répondre à notre question, la respiration aérobie est le processus de transformation de l’oxygène et du glucose en dioxyde de carbone et en eau, qui libère de l’énergie pour alimenter nos cellules.

Essayons une autre question.

Laquelle des propositions suivantes est correcte concernant l’activité cellulaire et le nombre de mitochondries? (A) Plus la cellule est active, moins il y a de mitochondries. (B) Il n’y a pas de corrélation entre l’activité de la cellule et le nombre de mitochondries qu’elle contient. Ou (C) plus la cellule est active, plus le nombre de mitochondries est élevé.

Cette question nous demande de lire chacun des énoncés et de choisir celui qui est correct à propos de la relation entre l’activité cellulaire et le nombre de mitochondries. Afin de visualiser les informations concernant ces relations, il nous serait utile de tracer un petit graphique. L’axe des 𝑥 représente l’activité cellulaire et l’axe des 𝑦 le nombre de mitochondries. Le choix (A) affirme que plus la cellule est active, moins il y a de mitochondries. Le graphique devrait donc ressembler à ceci. Le choix (B) affirme qu’il n’y a pas de corrélation entre l’activité cellulaire et le nombre de mitochondries. Selon cette proposition, le graphique devrait donc ressembler à ceci. Le choix (C) affirme que plus la cellule est active, plus il y a de mitochondries. Selon cette information, le graphique devrait donc ressembler à ceci.

Eh bien, que savons-nous des mitochondries? Rappelons que les mitochondries sont des organites en forme de haricots présents dans presque toutes les cellules eucaryotes. Rappelons également que les mitochondries sont le lieu de la respiration cellulaire, un processus qui convertit l’oxygène et le glucose en dioxyde de carbone et en eau, et qui libère de l’énergie. Cette énergie est utilisée pour produire une molécule appelée l’ATP, qui est utilisée pour alimenter presque toutes les activités ou fonctions cellulaires. Ainsi, si une cellule est plus active, elle a besoin de plus d’énergie, qui est générée dans les mitochondries.

Ainsi, à mesure que l’activité cellulaire augmente, le besoin en énergie de la cellule devrait également augmenter. Et comme les mitochondries produisent de l’énergie grâce à la respiration cellulaire, il est également raisonnable de penser que leur nombre augmente. Pour en revenir à nos choix de réponses, l'affirmation qui est correcte concernant la relation entre l'activité cellulaire et le nombre de mitochondries est la suivante : plus la cellule est active, plus le nombre de mitochondries est élevé.

Prenons un moment pour passer en revue ce que nous avons appris dans cette vidéo. Nous avons appris que la respiration cellulaire est le processus de dégradation des nutriments pour libérer de l’énergie et que le mot aérobie signifie «utilisant de l’oxygène». La respiration aérobie est donc la respiration cellulaire qui utilise de l’oxygène. Nous avons également vu l’équation chimique permettant de représenter les processus métaboliques complexes qui ont lieu dans la respiration cellulaire. Et nous avons vu comment vos poumons et vos mitochondries travaillent ensemble dans ce processus pour produire une molécule appelée l’ATP, utilisée pour alimenter presque toutes les activités de nos cellules.

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