Tout sur la respiration cellulaire

Nous avons tous besoin d'énergie pour fonctionner et nous tirons cette énergie des aliments que nous mangeons. Extraire les nutriments nécessaires à notre survie et les convertir en énergie utilisable est le travail de nos cellules. Ce processus métabolique complexe mais efficace, appelé respiration cellulaire, convertit l'énergie dérivée des sucres, des glucides, des graisses et des protéines en adénosine triphosphate, ou ATP, une molécule à haute énergie qui entraîne des processus comme la contraction musculaire et les impulsions nerveuses. La respiration cellulaire se produit dans les cellules eucaryotes et procaryotes, la plupart des réactions se produisant dans le cytoplasme des procaryotes et dans les mitochondries des eucaryotes. 

Il y a trois étapes principales de la respiration cellulaire: la glycolyse, le cycle de l'acide citrique et le transport d'électrons / la phosphorylation oxydative.

Sugar Rush

La glycolyse signifie littéralement «fractionnement des sucres», et c'est le processus en 10 étapes par lequel les sucres sont libérés pour l'énergie. La glycolyse se produit lorsque le glucose et l'oxygène sont fournis aux cellules par la circulation sanguine, et elle a lieu dans le cytoplasme de la cellule. La glycolyse peut également se produire sans oxygène, un processus appelé respiration anaérobie ou fermentation. Lorsque la glycolyse se produit sans oxygène, les cellules produisent de petites quantités d'ATP. La fermentation produit également de l'acide lactique, qui peut s'accumuler dans les tissus musculaires, provoquant des douleurs et une sensation de brûlure.

Glucides, protéines et graisses

Le cycle de l'acide citrique, également connu sous le nom de cycle d'acide tricarboxylique ou cycle de Krebs, commence après la conversion des deux molécules des trois sucres de carbone produits par la glycolyse en un composé légèrement différent (acétyl CoA). C'est le processus qui nous permet d'utiliser l'énergie trouvée dans les glucides, les protéines et les graisses. Bien que le cycle de l'acide citrique n'utilise pas directement l'oxygène, il ne fonctionne que lorsque l'oxygène est présent. Ce cycle se déroule dans la matrice des mitochondries cellulaires. Grâce à une série d'étapes intermédiaires, plusieurs composés capables de stocker des électrons "de haute énergie" sont produits avec deux molécules d'ATP. Ces composés, appelés nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) et flavine adénine dinucléotide (FAD), sont réduits dans le processus. Les formes réduites (NADH et FADH₂) porter les électrons "à haute énergie" à l'étape suivante.

À bord du train de transport d'électrons

Le transport d'électrons et la phosphorylation oxydative est la troisième et dernière étape de la respiration cellulaire aérobie. La chaîne de transport d'électrons est une série de complexes protéiques et de molécules porteuses d'électrons trouvés dans la membrane mitochondriale des cellules eucaryotes. Grâce à une série de réactions, les électrons "de haute énergie" générés dans le cycle de l'acide citrique sont transmis à l'oxygène. Dans le processus, un gradient chimique et électrique se forme à travers la membrane mitochondriale interne alors que les ions hydrogène sont pompés hors de la matrice mitochondriale et dans l'espace de la membrane interne. L'ATP est finalement produit par la phosphorylation oxydative - le processus par lequel les enzymes de la cellule oxydent les nutriments. La protéine ATP synthase utilise l'énergie produite par la chaîne de transport d'électrons pour la phosphorylation (ajout d'un groupe phosphate à une molécule) de l'ADP à l'ATP. La plupart de la génération d'ATP se produit pendant la chaîne de transport d'électrons et le stade de phosphorylation oxydative de la respiration cellulaire.