La respiration cellulaire correspond à la dégradation du glucose (ou d'autres composés) par oxydation (à l'aide d'oxygène). Cette dégradation s'accompagne d'une libération d'énergie (ATP), disponible pour les besoins des cellules. En absence d'oxygène, la dégradation est toujours possible, mais elle est incomplète, c'est la fermentation. LA fermentation produira donc moins d'ATP que la respiration.

Toutes les cellules doivent respirer (cellules animales, végétales, bactéries, levures). La fermentation est un système de secours en cas de manque d'oxygène. Les cellules musculaires humaines qui manquent d'oxygène vont faire une fermentation lactique, les levures vont faire une fermentation alcoolique.

La dégradation du glucose (en présence ou absence d'oxygpne) peut-être divisée en 2 étapes:

1. LA GLYCOLYSE:
Il s'agit d'une série de réactions, chacune catalysée par une enzyme. Ces réactions ont lieu dans le cytoplasme de la cellule. Elle ne nécessitent pas d'oxygène. Il s'agit de casser une molécule de glucose (qui a 6 carbones) en 2 demi-glucoses, appelés acides pyruviques) qui ont chacun 3 carbones.
Soit l'équation:

glucose + 2 ADP + 2 phosphates -> 2 acides pyruviques + 2 ATP

La 2ème étape peut avoir lieu de différentes manières, suivant qu'il y aie ou non de l'oxygène dans le milieu.

-EN PRESENCE D'OXYGENE: C'est la RESPIRATION AEROBIE:
Les réactions se poursuivent de la manière suivante:

1 acide pyruvique + 3O2 + 18 ADP + 18 phosphates -> 3CO2 + 3 H20 + 18 ATP

Ces réactions ont lieu dans les mitochondries. Elle nécessitent de l'oxygène. En effet, les 2 acides pyruviques vont entrer dans la mitochondrie où, grâce à de l'oxygène, il seront dégradés complètement jusqu'à ce que l'on obtienne des 6CO2 = 6x 1 carbone.
Puisque lors de la première phase, on a produit 2 acides pyruviques, cette réaction peut avoir lieu 2 fois pour chaque acide pyruvique. On obtient donc 2x 18 ATP = 36 ATP.

Si on ajoute à cela les 2 autres ATP fabriqués lors de la glycolyse, la respiration cellulaire fournit 38ATP par molécule de glucose cassée.

Donc l'équation globale de la respiration aérobie est la suivante (étape 1 + 2):

1 C6H1206 + 6O2 + 38 ADP -> 6CO2 + 6 H20 + 38 ATP

-EN ABSENCE D'OXYGENE: C'est la RESPIRATION ANAEROBIE ou FERMENTATION:
La première phase est donc toujours la même, on casse la molécule de glucose en 2 (dans le cytoplasme et sans oxygène). Les 2 acides pyruviques produits restent dans le cytoplasme pour être dégradés partiellement.
Il existe plusieurs types de fermentation. Nous en regarderons que 2 cas:

a) Fermentation alcoolique:
C'est ce qui se passe pour toutes sortes de bactéries, levures ou plantes, dont le déchets n'est pas seulement le CO2, mais surtout des molécules d'éthanol (de l'alcool). C'est le procédé que l'on utilise pour fabriquer toutes les boissons alcoolisées.

2ème étape:
1 acide pyruvique + 2 ADP + 2 phosphates -> 1 alcool + 1 Co2 + 2 ATP

Là aussi, cette réaction peut avoir lieu 2 fois pour chaque acide pyruvique produit lors de la première phase. On obtient donc 2 x 2ATP = 4 ATP. Si on ajoute à cela les 2 autres ATP fabriqués lors de la glycolyse, la fermentation alcoolique fournit 6 ATP par molécule de glucose cassée. Or, 4 ATP sont consommés pour faire des réactions. Il y a donc une production nette de 2 ATP. Il nous reste comme déchêt du 2 Co2 et de 2 molécules d'alcool.

Donc l'équation globale de la fermentation alccolique est la suivante (étape 1 + 2):

1 C6H1206 + 2 ADP -> 2CO2 + 2 alcool + 2 ATP


b) Fermentation lactique:
C'est le cas de certaines bactéries, mais aussi dans les muscles de certains animaux suite à un effort intense et l'oxygène n'arrive pas aux muscles de façon suffisante. Les cellules musculaires doivent alors produire de l'énergie pour l'effort fournit sans oxygène. Le déchêt de cette réaction est l'acide lactique, la molécule responsable des crampes.

1 acide pyruvique + 2H + 2 ADP + 2 phosphates -> 1 acide lactique + 2 ATP

Là aussi, cette réaction peut avoir lieu 2 fois pour chaque acide pyruvique produit lors de la première phase. On obtient donc 2 x 2ATP = 4 ATP. Si on ajoute à cela les 2 autres ATP fabriqués lors de la glycolyse, la fermentation lactique fournit 6 ATP par molécule de glucose cassée. Or, 4 ATP sont consommés pour faire des réactions. Il y a donc une production nette de 2 ATP. Il nous reste comme déchêt uniquement de l'acide lactique.

Donc l'équation globale de la fermentation lactique est la suivante (étape 1 + 2):

1 C6H1206 + 2 ADP -> 2 acides lactiques + 2 ATP


REMARQUE:
!!! Les fermentations sont des dégradations incomplètes des nutriments. Parmi les déchets, il y a toujours des molécules encore riches en énergie comme l'acide lactique ou l'éthanol.

COMPLEMENT:

AEROBIE = avec oxygène -> respiration aérobie
ANAEROBIE = sans oxygène -> respiration anaérobie fermentation

Déchet de la respiration cellulaire: 6 molécules de CO2 -> (6 x 1 carbone)
Déchet de la fermentation alcoolique: 2 molécules de CO2 et 2 molécules d'éthanol -> (2x 1 carbone + 2 x 2 carbones)
Déchet de la fermentation lactique: 2 molécules d'acides lactiques -> (2x 3 carbones)
On obtient toujours les 6 carbones de la molécule de glucose de départ.

La fermentation a le grand avantage de pouvoir produire de l'énergie, même en absence d'oxygène, seulement cette réaction produit beaucoup moins de molécules d'ATP:

Remarquez encore que l'on peut également dégrader d'autres molécules que le glucose, comme les lipides ou les protéines qui sont aussi des molécules énergétiques.

Bilan photosynthèse et respiration:

Quels sont les buts de la photosynthèse et de la respiration? Quelles sont les interactions entre la photosynthèse et la respiration?
resume_photo_respi.jpg

Les plantes font la photosynthèse et la respiration: elles produisent elles-mêmes leur propore glucose qu'elles oxydent ensuite pour produire leur ATP.
Les organismes hétérotrophes se nourrissent pour obtenir du glucose qu'ils vont oxyder pour produire leur ATP.


L'anatomie de la respiration chez l'homme:


schema_respiration_homme.jpg

- L'air entre par le nez et la bouche.
- L'air passe par la trachée.
- La trachée se sépare en 2 bronches, ce sont les 2 conduits: un amenant l'air au poumon droit, l'autre au poumon gauche.
- Les bronches se ramifient en des tubes de plus en plus petites les bronchioles.
- A l'extrémité des bronchioles, l'air arrive dans des petites renflements, appelés les alvéoles.
Chacune des alvéoles est entourée d'un réseau de petits vaisseaux sanguins , les capillaires. C'est là qu'auront lieu les échanges entre l'air et le sang:
Le sang est pauvre en O2 , alors que l'air est riche en O2. -> Donc l'oxygène a tendance à entrer dans le sang.
- La circulation sanguine amène cet oxygène à toutes les cellules du corps (sang rouge, riche en O2).
Les cellules ont peu d'oxygène, le sang est riche en oxygène. -> L'oxygène a tendance à sortir du sang pour aller aux cellules qui vont l'utiliser pour respirer. Elles produisent alors du CO2. Il y a beaucoup de CO2 dans les cellules et peu dans le sang. -> Donc le CO2 a tendance à entrer dans le sang.
- La circulation sanguine sera chargée de ramener le sang riche en CO2 vers les poumons (sang bleu) . Là encore, il y a beaucoup de CO2 dans le sang et peu dans l'air. -> Donc le CO2 a tendance à sortir du sang pour aller dans les poumons.