Les cellules sont des conteneurs microscopiques et polyvalents qui représentent les plus petites unités indivisibles de la vie en ce qu'elles manifestent la reproduction, le métabolisme et d'autres qualités « réalistes ». En fait, étant donné que les organismes procaryotes (membres des domaines de classification des bactéries et des archées) consistent presque toujours en une seule cellule, de nombreuses cellules autonomes sont littéralement vivantes.
Les cellules utilisent une molécule appelée adénosine triphosphate, ou ATP, comme source de carburant. Procaryotes compter uniquement sur glycolyse – la décomposition du glucose en pyruvate – comme voie de synthèse de l'ATP; ce processus donne un total de 2 ATP par molécule de glucose.
En revanche, eucaryotes – les animaux, les plantes et les champignons – sont à la fois beaucoup plus gros et possèdent des cellules individuelles beaucoup plus complexes que les procaryotes, ce qui rend la glycolyse à elle seule insuffisante pour leurs besoins énergétiques. C'est là que
respiration cellulaire, la décomposition complète du glucose en présence d'oxygène moléculaire (O2) en dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O) pour former l'ATP, entre.En savoir plus sur ce qu'est la respiration cellulaire.
Terminologie du métabolisme cellulaire
Le processus de respiration cellulaire se produit chez les eucaryotes et couvre techniquement la glycolyse, la Cycle de Krebs et le chaîne de transport d'électrons (ETC). Ceci est dû au fait tout les cellules traitent initialement le glucose de la même manière – en le faisant passer par la glycolyse. Ensuite, chez les procaryotes, le pyruvate ne peut qu'entrer en fermentation, ce qui permet à la glycolyse de continuer "en amont" grâce à la régénération d'un intermédiaire appelé NAD+.
Cependant, comme les eucaryotes peuvent utiliser l'oxygène, les molécules de carbone du pyruvate entrent dans le cycle de Krebs sous forme d'acétyl-CoA et quittent finalement l'ETC sous forme de dioxyde de carbone (CO2). Les produits de respiration cellulaire d'intérêt sont les 34 à 36 ATP qui sont générés dans le cycle de Krebs et l'ETC ensemble - les deux parties de la respiration cellulaire qui comptent comme aérobique ("avec de l'oxygène") respiration.
Les réactions de la respiration cellulaire
La réaction complète et équilibrée de l'ensemble du processus de respiration cellulaire peut être représentée par :
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6H2O + ~38 ATP
La glycolyse seule, une forme de respiration anaérobie qui se produit dans le cytoplasme, consiste en la réaction :
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pje → 2 canaux3(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2H2O
Chez les eucaryotes, un réaction de transition dans les mitochondries génère de l'acétyl coenzyme A (acétyl CoA) pour le cycle de Krebs :
2 canaux3(C=O)COOH + 2 NAD+ + 2 coenzyme A → 2 acétyl CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
Le CO2 puis entre dans le cycle de Krebs en se joignant à l'oxaloacétate.
Étapes de la respiration cellulaire
La respiration cellulaire commence par la glycolyse, une série de 10 réactions dans lesquelles une molécule de glucose est phosphorylé deux fois (c'est-à-dire qu'il a deux groupes phosphate attachés à des carbones différents) en utilisant 2 ATP, puis divisé en deux composés à trois carbones qui chaque donner 2 ATP en route vers la formation de pyruvate. Ainsi la glycolyse fournit 2 ATP directement par molécule de glucose ainsi que deux molécules du transporteur d'électrons NADH, qui a un rôle important en aval dans l'ETC.
Dans le cycle de Krebs, le CO2 et le composé à quatre carbones oxaloacétate se joindre pour former la molécule à six carbones citrate. Le citrate est progressivement réduit à nouveau en oxaloacétate, éliminant une paire de CO2 molécules et générant également 2 ATP par CO2 molécule entrant dans le cycle, ou 4 ATP par glucose molécule très en amont. Plus important encore, un total de 6 NADH et 2 FADH2 (un autre porteur d'électrons) sont synthétisés.
Enfin, les électrons de NADH et FADH2 (c'est-à-dire leurs atomes d'hydrogène) sont éliminés par les enzymes de la chaîne de transport d'électrons et utilisés pour alimenter la fixation des phosphates à l'ADP, produisant beaucoup d'ATP - environ 32 en tout. L'eau est également libérée dans cette étape. Ainsi, le rendement maximal en ATP de la respiration cellulaire à partir de la glycolyse, du cycle de Krebs et de l'ETC est de 2 + 4 + 32 = 38 ATP par molécule de glucose.
En savoir plus sur les quatre étapes de la respiration cellulaire.