Par Liz Veloz – Mis à jour le 30 août 2022
La respiration cellulaire est la pierre angulaire de la production d'énergie cellulaire. En oxydant le glucose en dioxyde de carbone et en eau, les cellules génèrent de l'adénosine triphosphate (ATP), la monnaie énergétique universelle. L'oxygène est le dernier accepteur d'électrons, faisant de la respiration une réaction de « combustion » contrôlée qui libère de l'énergie utilisable.
Chaque cellule dépend de l’ATP pour remplir ses fonctions vitales. Si les cellules ne reconstituaient pas continuellement l’ATP par la respiration, nous épuiserions presque tout notre poids corporel en ATP en une seule journée.
La respiration cellulaire se déroule en trois phases étroitement régulées :la glycolyse, le cycle de l'acide citrique (Krebs) et la phosphorylation oxydative.
Les enzymes sont des protéines spécialisées qui accélèrent les réactions chimiques sans être consommées. Chaque étape de la respiration est orchestrée par un ensemble distinct d'enzymes qui facilitent le transfert d'électrons (réactions redox) dans lesquelles une molécule est oxydée et une autre réduite.
La première phase se produit dans le cytoplasme et comprend neuf réactions catalysées par des enzymes. Les principaux acteurs incluent la famille des déshydrogénases et la coenzyme NAD⁺. Les déshydrogénases oxydent le glucose, supprimant deux électrons et les transférant au NAD⁺, qui devient NADH. Ce processus divise le glucose en deux molécules de pyruvate qui passent à l'étape suivante.
Dans les mitochondries, souvent appelées centrales électriques des cellules, le pyruvate est converti en acétyl‑CoA, un substrat à haute énergie. Les enzymes mitochondriales entraînent ensuite une série de réactions qui réorganisent les liaisons et effectuent des transferts rédox supplémentaires. Chaque tour du cycle produit du NADH, du FADH₂ et une petite quantité d'ATP, et libère du CO₂ comme déchet.
La dernière étape se déroule à travers la membrane mitochondriale interne. L'oxygène agit comme accepteur d'électrons terminal, entraînant une chaîne de porteurs d'électrons. Le gradient de protons qui en résulte alimente l'ATP synthase, produisant jusqu'à 38 molécules d'ATP par molécule de glucose, une efficacité remarquable pour un système biologique.