Introduction à la bioénergétique
La respiration cellulaire est composée de trois composantes:
1. Les réactions d’oxydoréduction (oxydo-réduction)
2. La chaîne respiratoire
3. La glycolyse
En fait les cellules vivantes ont besoin d’énergie provenant de sources externes. Certains animaux obtiennent de l’énergie en mangeant des plantes et quelques autres se nourrissent d’autres organismes qui se nourrissent de plantes, et les plantes reçoivent de l’énergie des rayons du soleil.
Pour résumé :
Les flux d’énergie dans un écosystème comme la lumière du soleil sous forme de chaleur.
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La photosynthèse génère O2 et des molécules organiques qui sont utilisés dans la respiration cellulaire.
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Les cellules utilisent l’énergie chimique stockée dans les molécules organiques pour régénérer l’ATP.
Ces voies cataboliques résultant de la production de l’ATP sont exergoniques (c.-à-d. que de l’énergie est libérée pendant le processus). Les cellules fonctionnent de différentes manières:
• La fermentation est une dégradation partielle des sucres qui se produit en l’absence d’O2.
• La respiration aérobie est la respiration cellulaire : il consomme des molécules organiques et donne de l’ATP.
• La respiration anaérobie est semblable à la respiration aérobie mais consomme des composés autres que l’O2.
Les réactions d’oxydoréduction (oxydation et réduction) impliquent : Un transfert d’électrons au cours des réactions chimiques qui libère l’énergie stockée dans les molécules organiques. L’énergie libérée est finalement utilisé pour synthétiser de l’ATP.
Le principe de redox
Les réactions chimiques qui transfèrent des électrons entre les réactifs sont appelées réactions d’oxydo-réduction, ou des réactions d’oxydo-réduction. Dans l’oxydation, une substance perd des électrons, ou est oxydé. En matière de réduction, une substance gagne des électrons, ou est réduit (la même quantité de charge positive est réduite)
Exemple: Na Cl → Cl- + Na+ Na = oxydé Cl = réduite
Nous pouvons schématiser d’une manière générale: agent réducteur + l’agent oxydant → agent réduit + agent oxydé
Le donneur d’électrons est appelé agent réducteur et le récepteur d’électrons est appelé l’agent oxydant. Certaines réactions redox ne transfèrent pas les électrons mais le partage d’électrons dans des liaisons covalentes.
Un exemple est la réaction entre le méthane et l’O2
La respiration cellulaire
Pendant la respiration cellulaire, le combustible (comme le glucose) est oxydé. L’oxygène est un agent très négative. Le glucose est le carburant de l’organisme, mais la réaction ne se produit pas en une seule étape mais au cours de plusieurs étapes; c’est une réaction très exergonique en Kcal / molécule.
Pourquoi il n’y a pas de combustion spontanée avec le glucose? Parce que l’énergie d’activation est élevée: la récolte d’énergie par étapes et la chaîne de transport d’électrons. Dans la respiration cellulaire, le glucose et d’autres molécules organiques se décomposent en une série d’étapes. Les électrons libérés à partir de composés organiques sont d’abord transférés à un coenzyme, accepteur d’électrons, qui fonctionne comme un agent oxydant au cours de la respiration cellulaire. Chaque NADH (forme réduite de NAD+) représente l’énergie stockée qui peut être exploitée pour synthétiser de l’ATP. NADH transmet les électrons à la chaîne de transport d’électrons. Contrairement à une réaction incontrôlée la chaîne de transport d’électrons passe les électrons en une série d’étapes au lieu d’une réaction explosive. L’énergie produite est utilisée pour régénérer l’ATP.
Les étapes de la respiration cellulaire:
La respiration cellulaire comporte trois étapes:
• La glycolyse (décompose le glucose en deux molécules de pyruvate)
• Le cycle de l’acide citrique (complète la dégradation du glucose)
• La phosphorylation oxydative (représente la synthèse d’ATP)
La chaîne de transport: GlucoseNADHelectron .
La glycolyse se produit dans le cytosol. Et quand le pyruvate est produit, il entre dans le cycle de l’acide citrique qui se passe à l’intérieur des mitochondries. Le processus qui génère le plus de l’ATP est appelé phosphorylation oxydative, car il est alimenté par des réactions redox. La phosphorylation oxydative compte pour près de 90% de l’ATP généré par la respiration cellulaire. Une plus petite quantité d’ATP est formée dans la glycolyse et par le cycle de l’acide citrique par la phosphorylation au niveau du substrat.
La glycolyse récolte l’énergie chimique par oxydation du glucose en pyruvate. La glycolyse se produit dans le cytoplasme et possède deux grandes phases:
• phase d’investissement de l’énergie
• phase de gain d’énergie