Respiration cellulaire

La respiration cellulaire est une réaction chimique d'oxydo-réduction qui fournit l'énergie nécessaire à une cellule pour fonctionner.

La respiration cellulaire nécessite :

• un carburant : il s'agit du glucose, d'acides gras ou d'autres molécules organiques (acides aminés, corps cétoniques);
  • 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, il provient souvent de la dégradation du saccharose (produit de la photosynthèse) ou de la dégradation de l'amidon (réserves)
• un comburant, le dioxygène : 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).

Cette réaction 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)

La réaction globale pour le glucose est : C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + ~36 ADP + ~36 Pi → 6CO₂ + 6H₂O + ~36 ATP (énergie) + énergie thermique

Cette réaction globale se fait en cinq étapes :

1. la 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. la réaction de transition où l'oxydation du pyruvate produisant de l’acétyl-CoA et du CO₂; l'énergie libérée est stockée sous forme de NADH ;
3. le cycle de Krebs : l’acétyl-CoA est dégradé en CO₂ ; l'énergie libérée est stockée sous forme d'ATP , de NADH et de FADH₂ (flavine adénine dinucléotide réduite) ;
4. la chaîne de transport d’électrons : 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 (H₂O);
5. la synthèse d'ATP par l'ATP synthétase, générée par le flux de protons retraversant la membrane sous l'effet de la force proton-motrice.

Ces réactions chimiques enzymatiques ont lieu dans le cytoplasme (glycolyse) et dans les mitochondries des cellules chez les êtres pluricellulaires (plantes et animaux) et la plupart des êtres unicellulaires (en fait, chez les eucaryotes pratiquant la respiration), et dans le cytoplasme chez les bactéries (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.

Pour les acides gras, c'est la bêta-oxydation qui produit de l’acétyl-CoA, du NADH et du CoQH₂. Cette dégradation a également lieu dans les mitochondries des eucaryotes.

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

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

Exemple de respiration cellulaire avec la cellule de levure: dans une des 50 mitochondries de la cellule de levure, le dioxygène (O₂) absorbé permet à la cellule d'effectuer la phosphorylation oxydative. De cette destruction: rejet (à l'intérieur de la cellule) d'eau (H₂O) d'énergie, et à l'extérieur comme déchet du dioxyde de carbone (CO₂).

Voir aussi

• Respiration humaine
• Respiration aérobie
• Respiration anaérobie
• Chaîne respiratoire

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