Ch 18 - Respiration et fermentations cellulaires

– Comment les êtres vivants produisent-ils l’énergie nécessaire à leur fonctionnement ?

I - La plupart des cellules eucaryotes respirent

A l’aide du dioxygène, les cellules oxydent la matière organique en matière minérale. Pour une molécule de glucose oxydée, le bilan de la respiration s’écrit :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O -> 6 CO₂ + 12 H₂O
36 (ADP + Pi) -> 36 ATP

Cette oxydation complète du glucose libère de l’énergie investie dans la production de molécules d’ATP, avec un rendement remarquable. Les cellules végétales respirent également, mais, à la lumière, les échanges gazeux de la respiration sont en général masqués par ceux de la photosynthèse.

II - Le déroulement de la respiration cellulaire

La respiration débute dans le hyaloplasme où se produit la glycolyse : le glucose est alors oxydé en 2 molécules d’acide pyruvique. La suite du processus respiratoire se déroule intégralement dans les mitochondries, qui sont les organites de la respiration. Dans la matrice mitochondriale, l’acide pyruvique est totalement dégradé en CO₂ et en hydrogène (pris en charge par des transporteurs) au cours des réactions du cycle de Krebs. Au niveau des crêtes mitochondriales, les transporteurs réduits R’H₂ sont oxydés par les molécules de la chaîne respiratoire. Ces oxydoréductions successives permettent de produire de grandes quantités d’ATP. Le dioxygène intervient en bout de chaîne, en tant qu’accepteur final des électrons et de l’hydrogène.

Les étapes de la respiration (d’après M. Defresne, BDS SVT Dijon)

III - L’ATP permet les activités cellulaires

L’ATP est une molécule présente dans toutes les cellules vivantes où elle joue un rôle central dans les transferts d’énergie. Au cours de la respiration, l’énergie libérée par l’oxydation progressive du glucose est investie sous la forme de synthèse de molécules
d’ATP. Inversement, c’est l’hydrolyse de molécules d’ATP qui fournit l’énergie nécessaire aux diverses activités cellulaires (mouvements intracellulaires, biosynthèses).

Bilan de la respiration : (d’après M. Defresne, BDS SVT Dijon)

IV - Une autre voie pour produire de l’ATP : la fermentation

Le glucose est oxydé par glycolyse, ce qui permet de produire un peu d’ATP. Une réaction secondaire permet de réoxyder les transporteurs d’hydrogène et d’entretenir le processus.
Dans le cas de la fermentation alcoolique, cette réaction secondaire produit de l’éthanol .

C₆H₁₂O₆ -> 2 CH₃CH₂OH + 2 CO₂
2 (ADP + Pi) -> 2 ATP

Dans le cas de la fermentation lactique, elle produit de l’acide lactique.

C₆H₁₂O₆ -> 2 CH₃CHOHCOOH
2 (ADP + Pi) -> 2 ATP

La dégradation du glucose est donc incomplète. Une fermentation produit de l’ATP avec un rendement beaucoup plus faible que la respiration.
Bilan de la fermentation : 2 ATP par molécule de glucose ;
Bilan de la respiration : 36 ATP par molécule de glucose.

Mots-Clés :
· Respiration
· Fermentation
· ATP
· Mitochondrie
· Glycolyse
· Cycle de Krebs
· Chaîne respiratoire

Bilan : vidéo sur la respiration cellulaire
Bilan : vidéo Cellular Respiration Glycolysis, Krebs cycle, Electron Transport 3D Animation