Respiration cellulaire

Définition

La respiration cellulaire est une dissimilation aérobie, une réaction biochimique par laquelle l'ATP est généré dans une cellule. La respiration de la cellule intervient plus spécifiquement dans une mitochondrie. Cela se fait par la combustion biologique de petites biomolécules, en particulier du glucose.

Le processus de respiration cellulaire :

Le processus de respiration cellulaire est divisé en 3 zones distinctes qui se produisent dans différentes parties de la cellule. La respiration implique l'oxydation des aliments (glucose) afin de créer de l'ATP.

Explications

La respiration cellulaire regroupe les processus métaboliques des organismes vivants par lesquels les substances organiques sont dégradées en produits plus simples, avec libération d'énergie. Elle est une dissimilation aérobie.

La respiration cellulaire est une voie métabolique dans laquelle l'énergie est gagnée en décomposant la matière organique. Dans le cas le plus courant, la respiration aérobie, qui survient chez tous les eucaryotes et chez de nombreux procaryotes, utilise de l'oxygène O₂ comme oxydant et du dioxyde de carbone CO₂ comme produit final. L'énergie gagnée est disponible sous forme d'adénosine triphosphate (ATP) pour les processus vitaux consommant de l'énergie.

Chez les procaryotes, il existe également une respiration anaérobie dans laquelle d'autres substances servent d'oxydants à la place de l'oxygène.

Dans les cellules des plantes et des animaux, le glucose sert de carburant principal, mais d'autres petites molécules biologiques peuvent également être dissimulées dans la cellule. Les grosses molécules telles que l'amidon, les protéines et les graisses sont d'abord converties par hydrolyse en glucose, en acides aminés et en acides gras, respectivement; ceux-ci peuvent ensuite être brûlés directement.

Globalement, il y a un gain de 38 ATP d'une molécule de glucose dans la respiration aérobie. La nourriture que nous mangeons fournit le glucose nécessaire à la respiration. Chez les plantes, l'énergie est également acquise via la respiration, mais le mécanisme d'apport de glucose au processus de respiration est un peu différent.

La photosynthèse est le processus que les plantes entreprennent pour créer des matériaux organiques à partir de dioxyde de carbone et d'eau, à l'aide de la lumière du soleil.

Le système des cytochromes

Le système de cytochrome, également connu sous le nom de système porteur d'hydrogène (ou système de transport d'électrons) est l'endroit où les porteurs d'hydrogène réduits transportent les atomes d'hydrogène des étapes de la glycolyse et du cycle de Krebs. Le système cytochrome se trouve dans les nombreuses crêtes des mitochondries, qui sont de minuscules particules pédonculées trouvées sur sa couche externe.

Le système contient de nombreux accepteurs d'hydrogène auxquels de l'hydrogène peut être ajouté. En suivant le trajet d'un atome d'hydrogène, comment fonctionne le système cytochrome est visible :

• Certaines coenzymes des stades antérieurs (nous les appellerons A) sont transférées aux coenzymes suivantes (appelez-les B).
• B est alors oxydé, donc le coenzyme libère de l'hydrogène et de l'énergie est rendue disponible.
• L'atome d'hydrogène libéré se lie à 2 atomes d'oxygène (l'oxygène est disponible dans la respiration aérobie) qui produit de l'eau, un sous-produit de la respiration.

L'histoire de la respiration cellulaire

Les premiers signes de vie sur terre sont apparus il y a environ 4,5 Ga (1 Ga est un milliard américain, soit 10 9 ans). On ne sait pas encore exactement comment cette vie est née; des sources minérales volcaniques chaudes ont été suggérées, tout comme les soupes primordiales plus traditionnelles frappées par la foudre et les plages radioactives (plutôt merveilleusement).

Quoi qu'il en soit, quelque chose s'est produit qui a conduit à une petite boule liée à la membrane avec des acides nucléiques internes qui, de manière cruciale, pourraient se répliquer...

Et puis c'était vraiment fini, sauf l'évolution.

L'atmosphère à l'époque était très différente, peu d'oxygène et une abondance de dioxyde de carbone avec beaucoup de méthane libéré dans l'atmosphère une fois que les premières formes de vie ont commencé à mener une existence défiant l'entropie. Afin d'obtenir de l'énergie pour alimenter les processus cellulaires, vous devez mettre en place des voies d'oxydoréduction, qui impliquent des cycles de donneurs et d'accepteurs d'électrons.

Les principaux donneurs d'électrons à l'époque étaient H2, H2S et CH₄ et le principal accepteur probablement azoté. L'eau, le donneur d'électrons utilisé pour la photosynthèse, était abondant, mais aucune des petites gouttes de proto-vie n'avait l'énergie nécessaire pour la diviser (ou les protéines physiques nécessaires à l'époque non plus), elle est donc restée la plupart du temps inutilisée.

Les niveaux de dioxyde de carbone ont baissé, les niveaux de méthane ont augmenté et la planète s'est un peu réchauffée à cause du réchauffement climatique. Les choses sont restées ainsi pendant un milliard d'années environ (1 Ga), puis quelque chose d'assez spécial s'est produit, quelque chose qui aurait eu des effets dévastateurs sur la vie qui l'entourait.

Le processus par lequel le dioxyde de carbone est fixé en sucres utilisables par la division d'une molécule d'eau. Le processus de photosynthèse produit de l'oxygène, ce qui est très dangereux pour les cellules; il peut bousiller le potentiel redox interne, créer des radicaux libres dangereux et précipiter les ions sous des formes solubles.

Cela signifie que du point de vue de tous les autres organismes, les taches photosynthétiques nouvellement développées flottaient autour, crachant du gaz toxique dans l'atmosphère.

L'arrivée de cette nouvelle ressource (l'oxygène) a également entraîné un changement dans la façon dont les organismes respiraient. Jusqu'à ce que l'on appelle parfois le Grand Événement d'Oxydation, la plupart de la respiration était anoxique, probablement similaire à la respiration anaérobie, ou fermentation, chez les bactéries anaérobies d'aujourd'hui.

Ce processus, bien que suffisant pour maintenir la vie, est environ seize fois moins efficace que la respiration aérobie. Les proto-bactéries qui ont réussi à utiliser l'oxygène auraient donc gagné en énergie.

Ce regain d'énergie a permis aux bactéries utilisatrices d'oxygène de se multiplier, laissant les bactéries anoxiques accrochées aux quelques niches environnementales où aucun oxygène ne pouvait pénétrer. Certaines de ces bactéries consommatrices d'oxygène ont été englouties par des cellules plus grosses qui les ont ensuite utilisées comme compartiments respiratoires intracellulaires spécialisés.

Les bactéries sont devenues des mitochondries et les cellules avec des mitochondries ont grossi et ont formé davantage de compartiments intracellulaires. Ils sont devenus des cellules eucaryotes, le genre de cellules dont sont faits tous les animaux multicellulaires.

Ainsi, même maintenant, lorsque vous respirez, ce sont d'anciennes bactéries à l'intérieur de vos cellules qui traitent l'oxygène. La seule partie de la cellule humaine qui effectue la respiration oxydative est la mitochondrie. Bien sûr, la partie humaine de la cellule peut produire de petites quantités d'énergie dans le cytoplasme, mais l'ensemble du processus est ensuite transféré dans les mitochondries afin d'obtenir l'augmentation massive de l'énergie de l'oxygène.

Une astuce biochimique qui a évolué il y a environ deux milliards d'années pour tirer parti de l'oxygène est toujours utilisée pour la respiration par toute la vie multicellulaire sur terre.

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