La respiration cellulaire est le processus d’oxydation des carburants biologiques tels que les glucides, les peptides et les lipides, à l’aide d’un accepteur d’électrons inorganiques, tel que l’oxygène, pour stimuler la production d'ATP (adénosine triphosphate), qui stocke l’énergie chimique sous une forme biologiquement accessible.
1. Les deux concepts, respiration cellulaire et synthèse l'ATP, sont deux deux processus liés mais distincts.
La respiration cellulaire est un processus global par lequel les cellules dégradent des molécules organiques pour produire de l'énergie, en particulier de l'ATP.
La synthèse de l'ATP permet de stocker et fournir de l’énergie utilisable pour les fonctions cellulaires.
En outre, on confond souvent deux notions.
a. Les voies d’approvisionnement en substrats énergétiques sont les différentes voies métaboliques, i.e. glycolyse, β-oxydation, cycle de Krebs qui produisent :
des intermédiaires énergétiques (NADH, FADH2, acétyl-CoA…).
Synthèse directe d’ATP pendant certaines réactions enzymatiques
Peu d'ATP
Phosphorylation au
niveau du substrat
2. La bêta-oxydation, principale voie métabolique de dégradation des molécules d'acides gras par leur activation en acétyl-CoA dans la matrice mitochondriale, fait partie de la respiration cellulaire de manière indirecte acr elle ne produit pas directement d’ATP, mais alimente les deux grandes étapes de la respiration cellulaire :
3. Par contre, les voies d'approvisionnement de la respiration cellulaire produisent de fortes quantités de molécules réduites comme NADH et FADH2 qui vont transmettre des électrons à une chaîne de transport d’électrons, la chaîne respiratoire, pour convertir l'ADP en ATP par le processus de phosphorylation oxydative.
L’ATP synthase utilise ensuite l’énergie stockée par ce gradient électrochimique pour produire de l’ATP à partir de l'ADP et convertir l'oxygène ($\ce{O2}$) en eau ($\ce{H2O}$)
Chaîne respiratoire et production d'ATP
(Figure : vetopsy.fr)
b. La chaîne respiratoire des mitochondries, en partant d'une molécule de glucose, forme une trentaine de molécules d’ATP par la phosphorylation oxydative grâce aux 6 NADH et aux 2 FADH2 créés par le cycle de Krebs.
ni une phosphorylation oxydative bien qu'elle utilise l'ATP synthase et un transfert de protons, mais l'énergie initiale provient des photons et non pas des nutriments.
Phase claire de la photosynthèse
(Figure : vetopsy.fr d'après Somepics)
Cependant, ce rendement maximal n'est jamais atteint en raison des pertes dues aux fuites de membranes ainsi qu'au coût du déplacement du pyruvate et de l'ADP dans la matrice mitochondriale, i.e. les estimations actuelles sont d'environ 29 à 30 ATP par glucose.
De l'oxydation complète d'une molécule de glucose au dioxyde de carbone et à l'oxydation de tous les coenzymes réduites.
Respiration anaérobie
La respiration anaérobie est une respiration à l'aide d'accepteurs d'électrons autres que l'oxygène moléculaire $\ce{02}$, comme par exemple :
les nitrates, i.e. $\ce{NO^-_3}$,
le fumarate, i.e. $\ce{C_4H_2O^2_4}$,
les sulfates, i.e. $\ce{SO^2_4}$,
le soufre, i.e. $\ce{S}$.
Bien que l'oxygène ne soit pas l'accepteur final d'électrons et que leur potentiel réducteur soit plus faible, le processus utilise toujours une chaîne de transport d'électrons respiratoires.
Les organismes produisent de l'ATP, au cours de la dégradation de certains substrats, notamment des oses, en absence d'oxygène, i.e. en conditions anaérobies, . en l'absence d'une chaîne respiratoire de transport d'électrons.
1. Ces fermentations transforment l'acide pyruvique, produit de la glycolyse.
2. La phosphorylation oxydative est le processus permettant la phosphorylation de l'ADP en ATP grâce à l'énergie libérée par l'oxydation des donneurs d'électrons de la chaîne respiratoire.
Tous ces processus sont longuement étudiés dans des chapitres spéciaux.
force motrice des protons, PMF ou Δp).
