RESPIRATION CELLULAIRE, FERMENTATIONS ET PRODUCTIONS
Respiration cellulaire, fermentations et productions
Les cellules utilisent différentes voies métaboliques pour tirer l'énergie chimique des molécules qu'elles prélèvent pour leurs besoins.
1. Le métabolisme du glucose
L'oxydation du glucose, ainsi que d'autres molécules organiques, permet de fournir aux cellules eucaryotes l'énergie dont elles ont besoin. En l'absence d'oxygène (anaérobiose), certaines cellules pratiquent la fermentation ou oxydation incomplète du glucose. En présence d'oxygène (aérobiose) ,la plupart des cellules pratiquent la respiration cellulaire, c'est-à-dire qu'elles oxydent complètement le glucose en dioxyde de carbone.
Les deux voies métaboliques commencent dans le cytoplasme par la glycolyse, qui produit de l'acide pyruvique (pyruvate) par oxydation partielle.
Bilan de la glycolyse : Glucose + 2R' ------> 2 pyruvates + 2 ATP + 2 R'H2
2. La respiration cellulaire
La glycolyse produit le pyruvate, molécule apte à franchir l'enveloppe de la mitochondrie où elle va subir une oxydation complète lors du cycle de Krebs. Cette oxydation dans la matrice de la mitochondrie s'accompagne de la production de composés réduits R'H2 et de dioxyde de carbone, qui doit être rejeté par la cellule.
Mitochondrie en coupe simplifiée (l'espace intermembranaire des crêtes est agrandi à droite) :
Bilan simplifié : Glucose + 6 0 2 6 CO2 + 6 H20 + énergie.
Toujours dans la mitochondrie, les composés réduits sont à nouveau oxydés par des chaînes respiratoires, constituées de complexes protéiques situés dans les replis membranaires de la membrane interne (crêtes).
La réoxydation des composés R'H2 en présence d'02 s'accompagne d'une forte production d'ATP et de la formation de molécules d'eau.
3. Les fermentations
L'absence de dioxygène déclenche une dégradation incomplète, dite anaérobie, de la matière organique. L'oxydation partielle commence aussi par une glycolyse du glucose avec un rendement identique des mêmes réactions biochimiques.
On distingue deux voies de métabolisme fermentaire après la glycolyse :
La fermentation éthylique ou alcoolique des cellules végétales et des champignons (levures). Le pyruvate est dégradé en éthanol et en dioxyde de carbone. La réaction est couplée à la réoxydation des composés R'H2.
La fermentation lactique observée chez les bactéries lactiques et les cellules animales. Le pyruvate y est réduit en acide lactique en parallèle à la réoxydation des composés R'H2.
La fermentation lactique observée chez les bactéries lactiques et les cellules animales. Le pyruvate y est réduit en acide lactique en parallèle à la réoxydation des composés R'H2.
4. Bilan comparé des fermentations et de la respiration
L’ATP est une molécule importante des couplages énergétiques mis en place dans le métabolisme cellulaire et peut être produite par deux voies principales, mais de façon très inégale.
En aérobiose, une molécule de glucose complètement décomposée produit 2840 KJ et synthétise 38 molécules d'ATP (30,5 KJ par molécule) pour un rendement de 38,6 % (36 x 30,5 x100/2840 = 38,6).
En anaérobiose, la même molécule produit 2 ATP avec un rendement de 2 %. Les produits de la fermentation renferment donc une énergie potentiellement utilisable en cas de retour à des conditions aérobies. La croissance des organismes qui pratiquent la fermentation est plus lente avec une demande plus élevée de matière organique.
