Les métabolismes des levures

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie et cellule vivante
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2009 | Académie : Antilles, Guyane
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Les métabolismes des levures
 
 

Énergie et cellule vivante

Corrigé

39

Spécialité

svtT_0906_04_00C

 

Antilles, Guyane • Juin 2009

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

On dispose de deux souches de levure de boulangerie (Saccharomyces cerevisiae) : la souche G et la souche P. Celles-ci se différencient par le fait que la souche G donne, en se multipliant, des colonies de grande taille alors que la souche P donne des colonies de petite taille. Une colonie est le résultat de la multiplication des cellules. Ce sont donc des clones d’une cellule originelle. On cherche à montrer que la différence de taille des colonies de ces deux souches de levure dépend du métabolisme adopté.

> À partir de l’exploitation des trois documents, montrez qu’il existe une diversité de métabolismes chez la levure à l’origine de la taille des colonies. Vous préciserez alors le métabolisme des souches G et des souches P.

Document 1

Culture de deux souches de levures

On cultive les deux souches de levures, dans la même boîte de Pétri, sur un milieu gélosé complet contenant notamment 5 % de glucose et abondamment oxygéné. Les cultures sont placées à température constante. Les schémas ci-après montrent les cultures à l’instant initial (t0) et à l’instant final (tF).


 

D’après Biologie et biotechnologie des levures, CRDP, Académie d’Aix-Marseille.

Document 2

Comparaison en microscopie électronique
à transmission du nombre et de l’aspect
des mitochondries des cellules de levures G et P

 

Cellule G

Cellule P

Mitochondries

environ 15 par cellule

environ 4 à 5 par cellule

 

Aspect des mitochondries des cellules G


 

Aspect des mitochondries des cellules P


 

D’après Biologie et biotechnologie des levures, CRDP, Académie d’Aix-Marseille.

Document 3

Comparaison de l’activité métabolique
pour chaque souche de levure

Le triphényl-tétralozium est utilisé par les levures comme accepteur final des électrons de la chaîne respiratoire des mitochondries à la place du dioxygène. Dans ces conditions, il est réduit en un composé de couleur rouge, le formazan.

Sur chaque colonie de cellules G et de cellules P, on applique le triphényl-tétralozium.

Parallèlement, des expériences sont réalisées pour mesurer la quantité d’ATP produite par les souches G et P. Par calcul, il a été déterminé le rendement énergétique respectif pour chaque souche. Le schéma ci-après montre les résultats obtenus.

Résultats des cultures en présence de triphényl-tétralozium


 

* Rendement = % de l’énergie récupérée à partir des métabolites transformés utilisable par la cellule pour se développer.

D’après Biologie des levures, Didier Pol, Ellipses et Bioénergétique :
l’ATP dans la cellule
, Coll. Synapse, Hachette Éducation

Comprendre le sujet

Pour bien comprendre l’intérêt des documents fournis, il faut avoir en tête que les synthèses cellulaires dont dépend la multiplication des cellules exigent de l’ATP intermédiaire énergétique produit par la dégradation des molécules organiques, par respiration ou fermentation.

Mobiliser ses connaissances

  • Toute cellule vivante régénère son ATP en oxydant des molécules orga­niques par processus respiratoire ou fermentaire.
  • La respiration qui a lieu dans les mitochondries aboutit à une dégradation complète des molécules organiques avec production de CO2 et de H2O ; les réactions de la respiration sont couplées avec la synthèse d’un grand nombre de molécules d’ATP (38 ATP par molécule de glucose dégradée).
  • La première étape de la respiration mitochondriale a lieu dans la matrice des mitochondries ; elle consiste en une série de décarboxylations oxydatives avec production de composés réduits. La deuxième étape se déroule dans les crêtes de la membrane interne des mitochondries. Elle consiste en une oxydation par le dioxygène des composés réduits produits pendant la première étape et elle est couplée à la production d’une importante quantité d’ATP.
  • La fermentation qui se déroule dans le hyaloplasme de la cellule consiste en une dégradation incomplète des molécules organiques et elle est couplée avec une synthèse d’ATP beaucoup plus faible qu’avec la respiration.
  • L’ATP est un intermédiaire métabolique consommé au cours de toutes les activités cellulaires.
Corrigé

Exploitation du document 1 : la multiplication
des deux souches de levures

Au temps tF , les colonies de levures de la souche G ont un diamètre double des colonies de la souche P. Comme les colonies résultent de la multiplication des cellules initialement présentes, cela signifie que les levures G se sont davantage multipliées que les levures P. Comme la multiplication des cellules s’accompagne d’une synthèse de matières organiques, on peut conclure que l’activité de synthèse a été beaucoup plus intense dans les levures G que dans les levures P.

Les deux souches sont cultivées exactement dans les mêmes conditions, en particulier dans un milieu abondamment oxygéné permettant donc la respiration cellulaire. La différence dans l’activité de synthèse des levures des deux souches n’est pas due à des facteurs externes mais à des facteurs internes héréditaires.

Exploitation du document 2 : les différences
dans la structure des levures G et P

Les levures de la souche G ont de nombreuses mitochondries et surtout la membrane interne de ces mitochondries forme de nombreuses crêtes. Les levures de la souche P sont trois fois moins riches en mitochondries et surtout il n’y a pas de crêtes mitochondriales. On peut penser que c’est cette différence entre les mitochondries qui est à l’origine des différences dans l’activité de synthèse de ces deux souches (document 1).

Exploitation du document 3 : la respiration des levures G et P et la synthèse d’ATP

Les colonies de levures de souche G sont colorées en rouge, ce qui indique que le triphényl-tétralozium a été réduit en formazan et donc que les chaînes respiratoires mitochondriales ont fonctionné. Puisque le triphényl-tétralozium joue le même rôle que le dioxygène, on peut en conclure que les levures de souche G respirent dans un milieu oxygéné. En revanche, les colonies de souche P ne sont pas colorées en rouge, donc les levures de cette souche P ne respirent pas, même si le milieu est oxygéné. Cela s’accompagne d’une différence très importante dans la quantité de molécules d’ATP produites par molécule de glucose dégradée. Lorsque la molécule de glucose est complètement dégradée au cours de la respiration mitochondriale (souche G), il y a 19 fois plus (38/2) d’ATP produit que par fermentation (souche P). Le rendement énergétique des levures G est 20 fois celui des levures P.

Bilan

Dans un milieu oxygéné, les levures de la souche G dégradent les molécules organiques par respiration alors que celles de la souche P le font par fermentation. Cette différence de métabolisme est due à une différence de structure entre les mitochondries des deux souches. Contrairement aux levures G, les levures P n’ont pas de crêtes mitochondriales. Comme les chaînes respiratoires où le dioxygène est l’accepteur final d’électrons sont situées dans les crêtes mitochondriales, les levures P ne peuvent pas respirer contrairement aux levures G. Pour une même quantité de molécules de glucose dégradée, les levures P produisent 19 fois moins d’ATP que les levures G. Comme l’ATP est un intermédiaire énergétique indispensable et consommé au cours des réactions de synthèse des cellules, cela explique que les levures P se multiplient moins que les levures G et donc forment des petites colonies.