Dans le monde vivant, les plantes exploitent la lumière du soleil pour produire du glucose par la photosynthèse, et les animaux, les plantes et de nombreux micro-organismes convertissent ce glucose en énergie utilisable via la respiration cellulaire. Ce processus génère de l'adénosine triphosphate (ATP), la monnaie énergétique universelle de toutes les cellules.
Les plantes absorbent l’énergie lumineuse, le dioxyde de carbone et l’eau pour synthétiser le glucose et libérer de l’oxygène. L'équation globale est :
6 CO₂ + 12 H₂O + énergie lumineuse → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
Le glucose stocke l'énergie chimique mais ne peut pas être utilisé directement par la plupart des cellules.
La respiration cellulaire transforme le glucose et l'oxygène en dioxyde de carbone, en eau et en ATP :
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ATP
Le processus se déroule en trois étapes, chacune se déroulant dans le cytoplasme ou les mitochondries.
La glycolyse a lieu dans le cytoplasme. Une molécule de glucose (six carbones) est divisée en deux molécules de pyruvate (trois carbones chacune). Deux molécules d'ATP sont investies, mais quatre sont produites, ce qui représente un gain de deux ATP par glucose.
Le pyruvate est transporté dans les mitochondries et converti en acétyl‑CoA, qui entre dans le cycle de l'acide citrique. Chaque tour du cycle libère deux molécules de CO₂, produit un ATP et génère NADH et FADH₂ en réduisant NAD⁺ et FAD.
La membrane mitochondriale interne héberge la chaîne de transport d'électrons (ETC). Les électrons du NADH et du FADH₂ traversent des complexes protéiques, pompant des protons dans l'espace intermembranaire et créant un gradient de protons.
L'oxygène sert d'accepteur final d'électrons, se combinant avec les protons pour former de l'eau. Le gradient de protons amène l'ATP synthase à produire la majeure partie de l'ATP, soit environ 32 molécules par glucose.
L'ATP est constitué d'une base adénine liée à trois groupes phosphate. Les liaisons à haute énergie entre les phosphates stockent de l’énergie chimique. Lorsqu'une cellule a besoin d'énergie, elle hydrolyse l'ATP en ADP et en phosphate inorganique, libérant ainsi l'énergie qui alimente les processus cellulaires.
Comprendre ces étapes permet de comprendre comment chaque cellule de votre corps, des fibres musculaires aux neurones, tire l'énergie nécessaire à la vie.
