Par le Dr David Warmflash – Mis à jour le 24 mars 2022

Lorsque les cellules décomposent des molécules organiques telles que le glucose, elles ont besoin d’un accepteur final d’électrons pour libérer de l’énergie. En présence d’oxygène, ce rôle est rempli par la chaîne de transport d’électrons mitochondriale, un processus appelé respiration cellulaire. En son absence, les cellules s'appuient sur une voie différente appelée fermentation, qui utilise des molécules organiques produites à l'intérieur de la cellule comme accepteur d'électrons.

1. Qu'est-ce que la fermentation ?

La fermentation est une voie métabolique anaérobie qui convertit le glucose en ATP tout en régénérant le NAD ⁺ . du NADH. Les produits finaux varient selon l'organisme :la levure produit de l'éthanol et du dioxyde de carbone, tandis que de nombreuses cellules animales produisent de l'acide lactique.

2. Fermentation vs respiration cellulaire

• Besoin en oxygène :La respiration a besoin d'O₂; ce n'est pas le cas de la fermentation.
• Rendement énergétique :Une molécule de glucose produit environ 36 à 38 ATP par respiration, mais seulement 2 ATP par fermentation.
• Vitesse : La fermentation est rapide, permettant la survie lors de courtes pénuries d'oxygène.

Même lorsque l'oxygène est abondant, certains organismes, notamment la levure, favorisent la fermentation si le glucose est abondant, car cela permet une génération rapide d'ATP et la production de sous-produits précieux tels que l'éthanol.

3. Glycolyse :le précurseur des deux voies

La glycolyse est la dégradation universelle et indépendante de l'oxygène du glucose en deux molécules de pyruvate, produisant 2 ATP et 2 NADH. C'est le point d'entrée commun à la fois pour la fermentation et la respiration.

4. De la glycolyse à la fermentation

Après la glycolyse, le pyruvate est acheminé vers différentes destinations :

• Levure (fermentation alcoolique) : Le pyruvate est décarboxylé en acétaldéhyde, puis réduit en éthanol, libérant du CO₂ .
• Cellules animales (fermentation lactique) : Le pyruvate est réduit en lactate par la lactate déshydrogénase, régénérant le NAD ⁺ .

Ces réactions permettent aux cellules de continuer à produire de l'ATP via la phosphorylation au niveau du substrat lorsque la chaîne mitochondriale est inactive.

5. Production d'ATP par fermentation

Seule la phase glycolytique contribue à l'ATP lors de la fermentation, soit 2 ATP par molécule de glucose. Bien que cela soit beaucoup moins efficace que la respiration, la fermentation est essentielle pour les besoins énergétiques à court terme en cas d'hypoxie, comme une activité musculaire intense.

6. Importance biologique

La fermentation permet la vie dans des niches anaérobies :les évents des grands fonds, les intestins et les tissus végétaux. Il offre également une flexibilité métabolique, permettant aux organismes de survivre à des baisses soudaines de disponibilité en oxygène.

7. Applications pratiques

Les cultures humaines exploitent la fermentation pour :

• Pains au levain (CO₂ production).
• Boissons alcoolisées (production d'éthanol).
• Aliments fermentés tels que le yaourt, le kéfir, le kimchi et le kombucha (acide lactique, acide acétique).

Ces processus créent non seulement des saveurs désirables, mais améliorent également la sécurité alimentaire et la digestibilité.

Point clé à retenir : La fermentation est une voie vitale, indépendante de l'oxygène, qui fournit une source d'énergie rapide, quoique à faible rendement, et qui est à la base de nombreux aliments et boissons que nous chérissons.