Donner les bilans des différentes étapes de la respiration cellulaire Exercice de connaissances

Toutes les cellules eucaryotes consomment de la matière organique afin de fabriquer de l'énergie sous forme d'ATP. Le glucose est l'élément idéal pour le métabolisme des cellules eucaryotes. Quand la cellule se développe en milieu aérobie, elle va procéder à la réaction de respiration cellulaire pour fabriquer de l'ATP. Nous verrons les différentes étapes de la respiration cellulaire en commençant par la glycolyse, puis le cycle de Krebs et enfin la chaîne respiratoire.

La glycolyse est la première étape de dégradation du glucose, elle a lieu dans toutes les cellules eucaryotes au niveau de leur cytoplasme. Elle correspond à l'oxydation du glucose qui se fait en neuf étapes catalysées par tout un complexe enzymatique. Cette oxydation partielle de la molécule de glucose (\ce{C6H12O6}) au cours de l'hydrolyse produit deux molécules de pyruvates (\ce{CH3-CO-COOH}). Cette série de réactions est couplée à la réduction de deux composés \ce{R'} en \ce{R'H2} et à la phosphorylation de deux molécules d'ATP à partir d'ADP. À la fin de cette phase, les deux molécules \ce{R'H2} et les deux molécules de pyruvates vont migrer dans les mitochondries.

Le cycle de Krebs est la seconde étape de la respiration cellulaire, il se produit dans la matrice mitochondriale. C'est M. Krebs qui a démontré que le pyruvate issu de la glycolyse était ensuite entièrement oxydé au niveau de la matrice mitochondriale. Ces réactions cycliques sont catalysées par des enzymes de la membrane interne de la mitochondrie. Cette oxydation va libérer trois molécules de \ce{CO2} par molécule de pyruvate qui vont ensuite sortir de la cellule. Elle va également être couplée à la réduction de dix composés \ce{R'} en \ce{R'H2} (pour deux molécules de pyruvate) et à la phosphorylation de deux molécules d'ATP (pour deux molécules de pyruvate). Les composés \ce{R'H2} formés dans le cytoplasme et dans la matrice mitochondriale vont ensuite migrer vers les crêtes internes de la mitochondrie.

C'est au niveau de la membrane interne de la mitochondrie que se poursuit la respiration. Les composés \ce{R'H2} en provenance de la glycolyse et du cycle de Krebs vont céder leurs électrons à des accepteurs d'électrons situés dans la membrane. Les composés \ce{R'} sont alors régénérés. Les électrons, quant à eux, sont transmis d'accepteur en accepteur au niveau de la membrane interne, c'est ce que l'on appelle la chaîne respiratoire. Cette transmission d'électrons est couplée à un flux de protons qui s'accumulent entre les deux membranes de la mitochondrie. L'accepteur final d'électrons de la chaîne respiratoire est le dioxygène, ce qui va entraîner la formation et la libération de \ce{H2O}. Le flux de protons créé par la chaîne respiratoire va être utilisé par des ATP-synthases qui vont produire une grande quantité d'ATP.

Au final, entre la glycolyse (2 ATP) et la respiration mitochondriale (36 ATP), ce sont 38 molécules d'ATP qui sont fabriquées à partir de l'oxydation complète d'une molécule de glucose par respiration cellulaire.