La base de la production d'énergie d'un organisme avec des cellules eucaryotes et procaryotes est la respiration cellulaire. Chez les procaryotes, la majeure partie du processus se produit dans le cytoplasme, tandis que chez les eucaryotes, elle se produit dans l'organite spécialisée, les mitochondries. La respiration cellulaire peut être aérobie ou anaérobie.

Respiration aérobie

La respiration cellulaire est un processus métabolique au sein de la cellule et est probablement l'un des plus importants pour la vie. Il s'agit d'un processus sophistiqué et complexe qui peut être simplifié pour obtenir de l'énergie à partir du glucose, lui-même dérivé de la nourriture consommée par un organisme.

> La respiration cellulaire peut être aérobie ou anaérobie.

Respiration cellulaire

C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 38 ATP (énergie)

Le mécanisme implique une molécule de glucose et 6 molécules d'oxygène qui sont prises et converties en 6 molécules de dioxyde de carbone, 6 molécules d'eau et d'énergie utiles pour des fonctions vitales, telles que le mouvement musculaire, l'activité cérébrale, etc.

Cette énergie produite par le processus génère de la chaleur et 38 ATP (Adénosine Triphosphate) dans des conditions optimales. L'ATP est un nucléotide qui est la base de l'énergie cellulaire.

Il convient de préciser que la production d'ATP dépend de l' efficacité de la cellule, de sorte que sa quantité peut être inférieure à 29 ou 30, bien qu'il soit généralement admis que 38 ATP sont idéalement produits pour chaque molécule de glucose utilisée dans le processus.

Par conséquent, dans sa forme la plus simple, la respiration cellulaire est un processus qui prend du glucose et produit de l’énergie sous forme de 38 ATP.

La respiration cellulaire est divisée en plusieurs sous-processus:

Glycolyse

Cycle de Krebs

Transport d'électrons et phosphorylation oxydative.

Glycolyse ou glycolyse.

Au cours de ce processus métabolique qui se produit dans le cytosol de la cellule, une molécule de glucose à six atomes de carbone (C6H12O6) est divisée en deux molécules de pyruvate (acide pyruvique) contenant chacune trois des six atomes de carbone, générant de l'énergie. sous forme de molécules d'ATP (Adénosine Triphosphate).

Pour effectuer ce processus, la glycolyse consomme 2 ATP et produit 4 ATP, générant un gain net de 2 ATP. De plus, deux molécules de pyruvate et deux molécules de NADH sont produites et continueront à travers les processus de génération d’énergie suivants. La glycolyse est un processus qui ne nécessite pas d'oxygène.

Les deux étapes suivantes de la respiration cellulaire se produisent dans la mitochondrie, de sorte que les produits de la glycolyse sont transportés vers la matrice mitochondriale.

Cycle de Krebs.

(Cycle de l'acide citrique ou cycle de l'acide tricarboxylique)

Contrairement à la glycolyse, le cycle de Krebs est aérobie, c’est-à-dire qu’il nécessite une oxygénothérapie, sinon les molécules de Pyruvate seraient fermentées. L’oxydation de l’acide pyruvique (pyruvate) produira une molécule intermédiaire, l’acétyl-coenzyme A (acétyl-CoA), nécessaire au démarrage du cycle de Krebs.

Cette séquence métabolique comprend 8 étapes et implique 18 enzymes et coenzymes produisant à partir de deux molécules de pyruvate (qui proviennent de l'une des molécules de glucose), 6 molécules de NADH, 2 FADH2 et 2 ATP.

Mitochondries, organite où se déroule le processus de respiration cellulaire eucaryote.

Chaîne de convoyeur d'électrons

Ce processus est également aérobie, à l’instar du cycle de Krebs. Il nécessite donc de l’oxygène.

La chaîne de transport d'électrons utilise les molécules NADH et FADH2 produites par le cycle de Krebs et la glycolyse, en tant que donneurs d'électrons, pour les transférer à d'autres molécules réceptrices. Ensuite, par le processus de phosphorylation oxydative, 34 ATP sont générés, ce qui, avec les 2 produits par la glycolyse et les deux du cycle de Krebs, nous donne le total de 38 ATP que la cellule produit idéalement pour chaque molécule de glucose.

Les molécules de NADH et de FADH2, après avoir donné leurs électrons et rempli leur fonction de transport, retrouvent leurs formes d'origine NAD + et FAD.

La chaîne de transport d'électrons a quatre complexes protéiques pour le processus et un cinquième pour transporter les ions hydrogène dans la matrice mitochondriale. Ces protéines se trouvent dans la membrane mitochondriale interne et ont pour fonction de transférer les électrons donnés dans de l'eau produisant de l'oxygène et un gradient électrochimique produisant de l'ATP.

> La fermentation se produit lorsqu'il n'y a pas d'oxygène, mais ne doit pas être confondue avec la respiration anaérobie.

La fermentation

L'acide pyruvique produit par glycolyse est oxydé dans le cycle de Krebs, comme expliqué ci-dessus. Cependant, en l'absence de pyruvate d'oxygène, il entre dans le processus de fermentation.

Au lieu d'être transporté dans les mitochondries, le pyruvate reste dans le cytosol après la glycolyse où il est converti en déchets pour libérer la cellule et lui permettre d'effectuer à nouveau la glycolyse.

Le but de la fermentation est d'oxyder le NADH pour le ramener à son état NAD + d'origine et de le réutiliser dans un autre cycle de glycolyse en évitant l'accumulation de NADH dans le cytoplasme.

Les déchets de ce processus varient selon le type de cellule; Par exemple, dans les cellules musculaires, il s'agit d'acide lactique, tandis que l'éthanol est produit dans un autre type de cellule.

L'ensemble du processus de fermentation produit 2 ATP, il s'agit donc d'un processus nettement moins efficace que la respiration cellulaire qui produit 38 ATP nominaux, car les déchets de fermentation absorbent l'essentiel de l'énergie.

Il est important de mentionner que bien que la fermentation se produise lorsqu'il n'y a pas d'oxygène, elle ne doit pas être confondue avec la respiration anaérobie.

Respiration anaérobie

La respiration anaérobie commence de la même manière qu'en aérobie avec une glycolyse qui divise le glucose produisant du 2 ATP et du pyruvate en continuant le processus.

De la même manière, ce processus se poursuit avec le cycle de l'acide citrique et produit de l'acétyl-coenzyme A (Acétyl-CoA) et, bien que les produits soient déposés dans la chaîne de transport d'électrons, il n'y a pas d'oxygène qui fonctionne comme un récepteur, donc d'autres récepteurs sont utilisés. sous forme de sulfates, nitrates ou soufre, entre autres. Cependant, ces récepteurs ne sont pas aussi efficaces que l'oxygène, de sorte que la respiration anaérobie produit moins d'énergie que l'aérobie.