Respiration cellulaire : lieu, rôle et ATP

​Le plus important en quelques mots

Dans ce résumé, tu comprendras où a lieu et à quoi sert la respiration cellulaire et tu verras comment se forme l'ATP, la source vitale d'énergie des cellules, et donc du corps humain !

Définition

La respiration cellulaire est un ensemble de réactions chimiques qui aboutissent à la dégradation complète du glucose en présence de dioxygène (O₂).

Lieu de la respiration cellulaire

La respiration cellulaire se déroule, comme son nom l'indique, à l'intérieur de la cellule, dans un organite bien spécifique : la mitochondrie. Celle-ci est constituée d'une membrane externe et d'une membrane interne qui se replie en zigzag à l'intérieur de la matrice mitochondriale (milieu aqueux qui contient tous les éléments nécessaires aux activités de la mitochondrie) : ce sont les crêtes mitochondriales. C'est au cœur de ces crêtes que se déroule l'étape majeure de la respiration cellulaire.

Note 1 : Les mitochondries s'adaptent face à une augmentation du besoin en énergie d'une cellule ! En effet, elles se multiplient pour devenir plus nombreuses et développent leurs crêtes mitochondriales pour répondre à une demande accrue d'ATP par la cellule.

Rôle de la respiration cellulaire

Le but de la respiration cellulaire est de produire à partir du glucose un maximum d'énergie utilisable pour la cellule (ATP). Pour que cet objectif soit atteint, il faut de l'O₂ car en son absence le glucose ne peut pas être totalement dégradé ; sans O₂, le rendement d'énergie produite est faible. C'est donc un processus qui se déroule en aérobiose (vie dans un milieu qui contient du dioxygène).

Déroulement de la respiration cellulaire

Le sang hématosé (riche en O₂ et pauvre en CO₂) arrive par le sang aux tissus. La pression partielle en O₂ dans le sang étant plus élevée que la pression partielle en O₂ dans la cellule, le dioxygène passe dans la cellule. Le glucose (C₆H₁₂O₆​) présent dans le sang passe lui aussi dans la cellule, où il subit la première étape de dégradation. Il est ensuite totalement dégradé dans la mitochondrie en présence de dioxygène, à la suite de réactions chimiques en chaîne qui aboutissent à la formation de dioxyde de carbone (CO₂), d'eau (H₂O), d'énergie (ATP) et de chaleur : 

Le CO₂ issu de la respiration cellulaire quitte alors la cellule par diffusion pour rejoindre les capillaires sanguins. Le sang non hématosé retourne au cœur qui le distribuera aux poumons pour le réoxygéner.

1. Sens de circulation du sang 2. Capillaire tissulaire 3. Diffusion du dioxyde de carbone (CO2) 4. Diffusion du dioxygène (O2) 5. Cellule 6. Mitochondrie 7. Glucose (C6H12O6) 8. Dioxygène (O2) 9. Respiration cellulaire

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L'ATP, produit de la respiration cellulaire

Une molécule d'ATP est composée d'une base azotée (adénine) liée à un ribose (sucre) à qui trois groupements phosphate sont liés. Pour qu'une molécule d'ATP produite par la respiration cellulaire délivre son énergie, il faut qu'une liaison phosphate se rompe. À ce moment-là, l'énergie libérée lors de cette rupture peut être utilisée par la cellule pour ses activités. En bref, ​l'énergie de la molécule d'ATP est stockée dans ses liaisons avec les groupements phosphate. Les liaisons entre groupements phosphate sont rompues par hydrolyse (avec H₂O). L'eau brise la liaison du dernier phosphate (entre le deuxième et le troisième), ce qui libère une molécule de phosphate inorganique (Pi). L'ATP devient alors de l'ADP (adénosine diphosphate). Cette réaction dégage 30 kJ d'énergie. 

Note 2 : L'ATP est une ressource renouvelable : elle peut être régénérée par l'ajout d'un phosphate à l'ADP !

1. Adénosine 2. Tri-Phosphate 3. Adénine 4. Ribose 5. Trois groupements phosphate 6. Liaisons phosphate riches en énergie 7. ADP 8. Réaction exergonique  = produit de l'énergie (-30 kJ) 9. Réaction endergonique  = consomme de l'énergie (+30 kJ)

Exemple

Les personnes atteintes de maladies mitochondriales développent des symptômes très variés et donc difficiles à diagnostiquer. Cependant, les organes qui consomment le plus d'énergie, le cœur, le cerveau et les muscles, sont manifestement les plus affectés par le dysfonctionnement des mitochondries. Ces maladies sont dues à des mutations sur les gènes impliqués dans le fonctionnement des mitochondries. Dès lors, un défaut de consommation de dioxygène empêche ces dernières d'assurer la production d'énergie !