Respiration cellulaire

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Le succinate et le NADH+H⁺ issus du cycle de Krebs sont oxydés par la chaîne respiratoire, localisée, chez les eucaryotes, dans la membrane interne des mitochondries, générant le gradient de pH utilisé par l'ATP synthase pour produire de l'ATP.

La respiration cellulaire est une réaction d'oxydoréduction qui fournit l'énergie nécessaire à une cellule pour fonctionner en produisant de l'ATP, source d'énergie directement utilisable par la cellule. Il y a deux sortes de respiration cellulaire (aérobie et anaérobie); le milieu propice à la respiration aérobie est de l'eau courante, oxygénée, et le milieu pour la respiration anaérobie est de l'eau stagnante, non-oxygénée^{[réf. souhaitée]}.

Caractéristiques

La respiration cellulaire nécessite :

• du glucose :
  • dans le cas des animaux et êtres vivants incapables de réaliser la photosynthèse, il provient de la digestion ou des réserves (ex. : glycogène) et est apporté par la circulation sanguine,
  • dans le cas des plantes réalisant la photosynthèse, le glucose est produit par la photosynthèse ou provient de la dégradation de l'amidon ou de saccharose (réserves) ;
• du dioxygène (O₂) :
  • dans le cas des vertébrés terrestres, il est extrait de l'air par la ventilation pulmonaire et est apporté à la cellule par la circulation sanguine, fixé sur l'hémoglobine des hématies (globules rouges),
  • pour les organismes unicellulaires, il est directement prélevé dans l'environnement.

Elle produit :

• du dioxyde de carbone (CO₂) : il est évacué par la circulation sanguine, dissous dans le plasma ;
• de l'eau (H₂O) ;
• parfois de l'urée, si le carburant contient de l'azote (ex. : acides aminés). En effet, il existe d'autres sources d'énergie cellulaire : acides aminés, acides gras, corps cétoniques.

La réaction globale pour le glucose est :

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + ~36 ADP + ~36 Pi → 6CO₂ + 6H₂O + ~30 à 32^[1] ATP (énergie) + énergie thermique.

L'ATP ainsi produite pourra être dégradée sous forme d'ADP ; cette dégradation libère l'énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule.

Pour les acides gras, c'est la bêta-oxydation, dans les mitochondries des eucaryotes, qui produit de l’acétyl-CoA (coenzyme), du NADH et du CoQH₂.

Ces réactions chimiques enzymatiques ont lieu dans le cytoplasme (glycolyse) et dans les mitochondries des cellules chez les êtres pluricellulaires (plantes et animaux) et les cellules eucaryotes, et uniquement dans le cytoplasme chez les bactéries et archées (procaryotes). Le transport d'électrons et la synthèse d'ATP sont liés à la membrane interne des mitochondries ou à la membrane cytoplasmique des procaryotes.

C'est une réaction aérobie, c'est-à-dire nécessitant un environnement oxygéné. Il existe d'autres réactions anaérobies, pouvant fournir de l'énergie sans dioxygène : la fermentation lactique, la fermentation alcoolique et la respiration anaérobie utilisant d'autres oxydants que le dioxygène (par exemple le sulfate ou le nitrate). Certaines cellules, essentiellement des bactéries, ont même la faculté de pouvoir "respirer" des surfaces solides comme des électrodes en transférant leurs électrons depuis des substrats en solution jusqu'à une électrode. Ce principe est utilisé dans la technologie des piles microbiennes.

La production de CO₂ est indépendante de la consommation de dioxygène. En effet, les atomes d'oxygène du CO₂ sont soit issus du substrat oxydé, soit de l'eau. Dans la respiration aérobie, le dioxygène gazeux est transformé en eau au bout de la chaîne de transport d'électrons.

Étapes

Cette réaction globale se fait en cinq étapes :

1. glycolyse : dégradation du glucose en pyruvate. L'énergie libérée est stockée sous forme d'ATP (adénosine triphosphate) et de NADH (nicotinamide adénine dinucléotide réduite) ;
2. réaction de transition où l'oxydation du pyruvate produit de l’acétyl-CoA et du CO₂. L'énergie libérée est stockée sous forme de NADH ;
3. cycle de Krebs : l’acétyl-CoA est dégradé en CO₂ au cours de nombreuses réactions successives. L'énergie libérée est stockée sous forme d'ATP, de NADH et de FADH₂ (flavine adénine dinucléotide réduite) ;
4. chaîne de transport d’électrons (ou chaîne respiratoire) : les molécules de NADH et de FADH₂ cèdent leurs électrons (oxydation) à une série de complexes membranaires. Le flux d'électrons à travers ces complexes permet de pomper des protons à travers la membrane, produisant un potentiel électrochimique (une force proton-motrice). Les électrons aboutissent sur le dioxygène (O₂) qui est ainsi réduit et s'associe à des protons pour produire de l’eau ;
5. synthèse d'ATP par l'ATP synthétase, généré par le flux de protons retraversant la membrane sous l'effet de la force proton-motrice.

La majeure partie de l'énergie produite par la respiration cellulaire résulte du cycle de Krebs, le but de la glycolyse étant la production de pyruvate.

Exemple

Exemple de respiration cellulaire avec une cellule de levure : dans une des 50 mitochondries de la cellule de levure, le dioxygène absorbé permet à la cellule d'effectuer la phosphorylation oxydative. De cette destruction résulte un rejet d'eau (à l'intérieur de la cellule), d'énergie, et de dioxyde de carbone à l'extérieur.

Notes et références

Articles connexes

• Respiration humaine
• Respiration aérobie
• Respiration anaérobie
• Chaîne respiratoire
• Phosphorylation oxydative

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