Mathématiques corrigés Terminale S1S3 Sciences Physiques Oscillations électriques Corrigé 2008 : circuit RLC
Le muscle en activité consomme de l’ATP qui est renouvelé par des voies rapides et par des voies lentes. Ces dernières utilisent le glucose en présence ou en absence .
Quels sont les processus de régénérations de l’ATP à partir du glucose. Quels sont les différentes formes de chaleurs produites par l’activité musculaire ?
Pour répondre à cette interrogation, nous rappellerons les voies de l’utilisation du glucose puis présenterons les différentes formes de chaleurs musculaires.
A. Les voies lentes de régénération de l’ATP musculaire.
La 1ère étape dans l’utilisation du glucose par la fibre musculaire est la glycolyse. Suivront
ensuite la fermentation ou la respiration en fonction de l’état d’oxygénation du muscle.
1- La glycolyse
Elle se déroule dans le sarcoplasme. Le glucose est oxydé en acide pyruvique. Cette réaction exergonique (libérant de l’énergie) est couplée avec la synthèse d’ATP et la formation de transporteur réduit :
2- La fermentation
La fermentation est une oxydation partielle du substrat qui se produit généralement en absence . Elle se déroule dans le sarcoplasme de la fibre musculaire ou l’acide pyruvique issu de la glycolyse est transformé en acide lactique. Au total la fermentation ne produit que les 2ATP générées par la glycolyse.
3- La respiration
En présence d’une quantité suffisante, l’acide pyruvique provenant de la glycolyse subit des oxydations respiratoires dans les mitochondries. La dégradation (décarboxylation et déshydrogénation) du glucose étant complète, on peut schématiser globalement la respiration par :
.
L’énergie récupérée va fournir 34 ATP :
- 2 au cours du cycle de Krebs dans la matrice mitochondrial
- 32 par la chaîne respiratoire au niveau des crêtes de la membrane interne.
A partir du glucose, la respiration produit 36 ATP (2 issues de la glycolyse + 2 issues du cycle de Krebs + 32 issues de la chaîne respiratoire).
B. Les différentes formes de chaleurs musculaires et leurs origines.
1- Les différentes formes de chaleurs.
L’activité musculaire s’accompagne d’une production de chaleur qui se répartit en plusieurs phases :
- Une chaleur initiale libérée pendant la contraction et que l’on peut subdiviser en chaleur de contraction et chaleur de relâchement.
- Une chaleur retardée d’intensité faible mais de longue durée qui est libérée après la secousse musculaire.
Les manifestations thermiques de la contraction musculaire.
2- Origines des chaleurs musculaires
La chaleur initiale de contraction provient de l’hydrolyse de l’ATP au moment de la contraction.
La chaleur de relâchement est issue de la réaction de resynthèse de l’ATP à partir de la créatine-phosphate : Enzyme ADP + créatine-phosphate ATP + créatine + chaleur initiale de relâchement.
La chaleur retardée a pour origine, les réactions de resynthèse d’ATP lors de la respiration.
Conclusion :
Le glucose est utilisé pour la production d’ATP musculaire dans la glycolyse, dans la respiration et dans la fermentation. Différentes formes de chaleurs sont produites lors de l’activité musculaire à partir de réactions exergoniques.
1. La stimulation a provoqué une augmentation du potentiel membranaire (dépolarisation du sarcolemme puis une émission lumineuse (arrivée des dans le cytoplasme) et enfin une augmentation de la tension développée par la fibre (contraction).
2. Au repos, les se trouvent dans les cavités du réticulum endoplasmique lisse.
Après la stimulation, ils sont libérés dans le cytoplasme de la fibre musculaire.
3. Seule la variation du potentiel de membrane sera enregistrée.
ILLUSTRATION :
4. Lorsque le milieu est dépourvu de calcium, il n'y a pas de contact entre les têtes de myosine et l'actine. Lorsque le milieu renferme du calcium, les têtes de myosine s'accrochent à l'actine. Donc le calcium permet la formation des ponts actine-myosine.
5. La contraction musculaire nécessite la formation des ponts actine-myosine. Pour que l'ATP soit utilisée lors de la contraction, il faut la présence simultanée d'ions , de l'ATP, de l'actine et surtout des têtes de myosine.
1- Le document 1 représente un neurone moteur et les différentes fibres musculaires avec lesquelles il est en contact. La stimulation de ce motoneurone entraîne la contraction de ces fibres musculaires. L’ensemble formé par le motoneurone et les différentes fibres musculaires qu’il contrôle est appelé unité motrice.
2- Analyse des enregistrements a et b
3- Le document 2C représente la réponse d’unités motrices de type A soumises à une série d’excitations de même intensité. Le tracé présente une phase croissante correspondant à une augmentation de l’amplitude de la réponse due au recrutement progressif des unités motrices et donc des fibres musculaires. Les excitations tombent au début de la phase de relâchement, il y a fusion incomplète des secousses (tétanos imparfait). L’amplitude maximale de la réponse est d’environ 80g et sa durée, 400 ms.
Le document 2-d représente la réponse d’unités motrices de type B à une série d’excitations de même intensité. Le phénomène de recrutement explique la phase de croissance du tracé. La phase de contraction de ce type d’unités motrices étant longue, les stimulations interviennent pendant cette phase, d’où la fusion complète des secousses (tétanos parfait). L’amplitude est plus faible (5g) que pour les unités de type A et la durée est plus longue (800 ms)
4- Les contractions soutenues sont de longue durée et d’amplitude faible. Les unités motrices de type B qui présentent ces caractéristiques sont donc impliquées dans les mouvements tels ceux de la posture.
1- C’est une coupe longitudinale de fibre musculaire ( au MET ) qui met en évidence le sarcomère . 
2-a)
Le réticulum endoplasmique intervient dans la contraction .
b) Les ions interviennent dans la contraction
c) La localisation des ions à l’intérieur ou à l’extérieur du hyaloplasme est fonction de l’état de contraction des fibres .
d) La stimulation de l’axone est suivie d’un potentiel d’action , puis d’une augmentation du taux de dans le sarcoplasme. Ces phénomènes se dérouleront pendant le temps de latence qui précéde la secousse musculaire (tension de la fibre musculaire ).
L’expérience b indique que la diminution importante de la concentration ATP se fait dans les conditions A+M+ATP+ ;
2.b) Ces analyses permettent de dégager la succession d’événements qui permettent la contraction musculaire .
Potentiels d’action ( nerveux et musculaires , ou musculaires) modification de la perméabilité membranaire du réticulum sortie des ions qui permettent le glissement des myofilaments d’actine par rapport aux myofilaments de myosine fixation d’un complexe ATP-myosine sur une molécule d’actine hydrolyse de l’ATP . Ce phénomène s’accompagne d’une perte de chaleur .
Introduction
La contraction musculaire nécessite l’hydrolyse de molécules d’ATP, dont le stock doit être renouvelé par diverses réactions métaboliques. (0,25 point)
Nous exposerons brièvement ces différentes réactions, en évoquant d’abord les voies directes puis les voies indirectes de régénération de l’ATP musculaire. (0,25 point)
1. Les voies directes de régénération de l'ATP musculaires :
Les voies directes de régénération de l’ATP musculaire : Le renouvellement des molécules d’ATP dégradées au cours de l’activité musculaire se fait directement par deux voies métaboliques.
1.1) La voie de la créatine-phosphate (CrP)
La première implique la créatine-phosphate (CrP) présente dans le sarcoplasme, et se déroule ainsi qu’il suit :
CrP + ADP → Cr + ATP (1) (0,25 point)
La réaction (1) entre la créatine-phophate et une molécule d’adénosine di-phosphate (ADP) forme ainsi une molécule d’ATP et de la créatine. (0,25 point)
1.2) La voie des molécules d’ADP (adénosine di-phosphate) La deuxième consiste à la réaction de deux molécules d’ADP, et se déroule comme suit :
ADP + ADP → AMP + ATP (2) (0,25 point)
Cette réaction (2) permet de former une molécule d’ATP et une molécule d’adénosine mono-phosphate (AMP). (0,25 point)
Synthèse : Les molécules d’ATP hydrolysées au cours de l’activité musculaire sont ainsi régénérées directement par la réaction entre la CrP et l’ADP, ou alors par celle entre deux molécules d’ADP.
2. Les voies indirectes de régénération de l’ATP musculaire :
Les voies directes ci-dessus décrites sont des réactions anaboliques (de synthèse), c’est-à-dire endothermiques ou consommatrices d’énergie.
Cette dernière provient des diverses réactions qui se déroulent au cours de la dégradation du glucose. Il s’agit successivement de :
2.1) La glycolyse ou la voie anaérobie alactique :
Elle consiste à la dégradation d’une molécule de glucose dans le sarcoplasme et en absence de dioxygène. On obtient la formation de deux molécules d’acide pyruvique et la libération d’une énergie potentielle chimique que nous notons EPC1. (0,5 point)
On a alors :
C6H12O6 → 2 C3H6O3 + EPC1 (1’) (0,25 point)
(glucose)=C6H12O6
(acide pyruvique)=C3H6O3
Cette EPC1 va ainsi permettre la régénération de deux molécules d’ATP, à travers la créatine-phophate (CrP). (0,25 point)
2.2) La fermentation lactique on la voie anaérobie lactique :
Elle a lieu au cours de l’activité musculaire, à la faveur de la baisse de l’approvisionnement du muscle en dioxygène O2. Elle consiste à la dégradation des différentes molécules d’acide pyruvique, en absence de O2, dans le sarcoplasme.
On obtient la formation d’acide lactique et la libération d’une énergie potentielle chimique que nous notons EPC2. (0,5 point)
On a ainsi : 2 Acides pyruviques →2 Acides lactiques + EPC2 (2’) (0,25 point)
Cette EPC2 va ainsi servir à la régénération de quatre molécules d’ATP, à travers la CrP, (à partir d’une molécule de glucose) (0,25 point)
2.3) La respiration ou la voie aérobie :
Elle consiste à la dégradation totale des acides pyruviques dans la mitochondrie, en présence de dioxygène. On obtient la formation du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau, ainsi que la libération d’une énergie potentielle chimique que nous notons EPC3. (0,5 point)
On a ainsi : 2 C3H6O3 + 6 O2 → 6 CO2 + 6H2O + EPC3 (3’) (0,25 point)
Cette EPC3 va ainsi servir à la régénération de trente quatre (34) molécules d’ATP, à travers la CrP. (0,25 point)
Conclusion
La molécule d’ATP dégradée au cours d’une activité de la fibre musculaire est donc régénérée directement à partir de la créatine-phosphate. (0,25 point)
Cette réaction anabolique nécessite une consommation d’énergie provenant à la fois de la glycolyse et des réactions qui en découlent, notamment la fermentation lactique et la respiration. (0,25 point)
N.B. : Le plan et la répartition des points de la maîtrise des connaissances peuvent être modifiés, au cours de la concertation, par les correcteurs du jury.
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