Respiration Aérobie : Processus, Étapes et Importance

La respiration aérobie est un type de métabolisme énergétique chez les êtres vivants qui extrait l'énergie des molécules organiques comme le glucose. C'est un processus complexe dans lequel le carbone est oxydé et l'oxygène de l'air est l'oxydant utilisé. Dans d'autres variantes de respiration, très rares, l'oxydant est autre que l'oxygène (respiration anaérobie). La respiration aérobie est le processus dont la plupart des êtres vivants, dits aérobies, ont besoin d'oxygène. La respiration aérobie est caractéristique des organismes eucaryotes en général et de certains types de bactéries.

L'oxygène, comme tout gaz, se déplace sans entrave à travers les membranes biologiques. Il passe d'abord par la membrane plasmique et les membranes mitochondriales, puis se retrouve dans la matrice de la mitochondrie où il se lie aux électrons et aux protons (qui, ensemble, représentent des atomes d'hydrogène) pour former de l'eau. Dans l'oxydation finale, qui est complexe, et dans les étapes précédentes, nous obtenons l'énergie nécessaire à la phosphorylation de l'ATP. En présence d'oxygène, l'acide pyruvique, obtenu au cours de la première phase ou glycolyse anaérobie, est oxydé pour fournir de l'énergie, du dioxyde de carbone et de l'eau. Cette série de réactions est connue comme la respiration aérobie.

La Glycolyse

Pendant la glycolyse, une molécule de glucose est oxydée et clivée en deux molécules d'acide pyruvique (pyruvate). Dans cette voie métabolique, il se produit deux molécules d'ATP net et réduit de deux molécules de NAD⁺. Le nombre de carbone reste constant (6 dans la molécule originale de glucose, 3 dans chacune des molécules d'acide pyruvique). L'ensemble du processus a lieu dans le cytosol de la cellule.

La glycérine (glycérol) formée dans la lipolyse des triglycérides est incorporée dans la glycolyse au niveau de la glycéraldéhyde 3-phosphate.

La désamination oxydative de certains acides aminés produit également du pyruvate, qui a le même sort métabolique que celui obtenu par la glycolyse.

Décarboxylation Oxydative de l'Acide Pyruvique

Ce processus est répété deux fois, pour chaque molécule de pyruvate en glucose est divisé.

Cycle de Krebs

Pour chaque produit de glucose, il y a deux tours complets du cycle de Krebs, car il y avait eu deux molécules d'acétyl-coenzyme A à l'étape précédente et donc gagner 2 GTPS et libéré quatre molécules de CO₂. Ces quatre molécules, ajoutées à deux de la décarboxylation oxydative du pyruvate, donnent un total de six, ce qui est du nombre de molécules de CO₂ produites dans la respiration aérobie (voir équation caractéristique générale).

Chaîne Respiratoire et la Phosphorylation Oxydative

Ce sont les dernières étapes de la respiration aérobie et ont deux objectifs fondamentaux:

1. Re-oxyder les coenzymes réduits à des stades antérieurs (NADH et FAD H₂) de sorte qu'ils soient de nouveau libres d'accepter de nouveaux électrons et des protons substrats oxydables.
2. Produire de l'énergie utilisable sous forme d'ATP.

Ces deux phénomènes sont intimement liés et se renforcent mutuellement. Elles sont produites dans une série de complexes enzymatiques situés (chez les eucaryotes) dans la membrane mitochondriale interne. Quatre complexes réalisent l'oxydation des coenzymes mentionnées, le transport d'électrons et utilisent l'énergie pour pomper les protons de la matrice mitochondriale vers l'espace intermembranaire. Ces protons ne peuvent revenir à la matrice que par l'ATP synthase, une enzyme qui utilise le gradient électrochimique créé pour phosphoryler l'ADP en ATP, un processus appelé phosphorylation oxydative.

Les électrons et les protons impliqués dans ces processus sont affectés en permanence à O₂ qui est réduit à l'eau. Notez que l'oxygène atmosphérique obtenu par ventilation pulmonaire est uniquement destiné à agir comme accepteur final des électrons et des protons dans la respiration aérobie.