Unité 1 · Chapitre 1 · Résumé du chapitre

Résumé — Libération de l'énergie et métabolisme énergétique

La cellule puise l'énergie chimique contenue dans la matière organique (glucides, lipides, protides) et la convertit en ATP, la seule forme d'énergie directement utilisable. La dégradation du glucose peut suivre deux voies métaboliques : la respiration cellulaire et la fermentation.

Deux voies métaboliques

Les deux voies débutent par une étape commune, la glycolyse, qui dégrade partiellement le glucose dans le cytosol. La fermentation se déroule entièrement dans le cytosol, tandis que la respiration cellulaire se poursuit ensuite dans les mitochondries.

Respiration cellulaire

Voie aérobie : nécessite du dioxygène (O₂). Oxydation complète du glucose en H₂O et CO₂, dépourvus d'énergie chimique exploitable.

36 à 38 ATP

Fermentation

Voie anaérobie : ne nécessite ni dioxygène ni mitochondries. Peut se dérouler même en milieu aérobie ou dans une cellule à mitochondries.

2 ATP

1 · La glycolyse

Dans l'hyaloplasme, une molécule de glucose est partiellement oxydée en deux molécules de pyruvate. Cette transformation s'accompagne de la réduction du NAD⁺ en NADH,H⁺ et de la phosphorylation de l'ADP en ATP. 4 ATP sont produits mais 2 sont consommés : bilan net de 2 ATP par molécule de glucose.

2 · Décarboxylation et cycle de Krebs

Dans la matrice mitochondriale, chaque pyruvate (3 C) perd un CO₂ et s'oxyde en groupement acétyle (2 C), qui se fixe au coenzyme A pour former l'acétyl-CoA — réaction couplée à la réduction du NAD⁺. L'acétyl-CoA entre ensuite dans le cycle de Krebs, où une succession d'oxydations réduit les transporteurs NAD⁺ et FAD (en NADH,H⁺ et FADH₂) et libère du CO₂ par décarboxylation. L'énergie libérée est ainsi conservée sous forme de transporteurs réduits, utilisés à l'étape suivante.

3 · La phosphorylation oxydative

Au niveau de la membrane interne de la mitochondrie, la chaîne respiratoire réoxyde les transporteurs réduits (NADH,H⁺ et FADH₂), qui cèdent leurs électrons. Le transfert des électrons de proche en proche libère l'énergie nécessaire au pompage des protons (H⁺) de la matrice vers l'espace intermembranaire, créant un gradient. Le retour des protons à travers l'ATP-synthétase fournit l'énergie de la phosphorylation de l'ADP en ATP. Le dioxygène, accepteur final des électrons, se réduit en eau.

Oxydation d'un NADH,H⁺ → 3 ATP.
Oxydation d'un FADH₂ → 2 ATP.

4 · La fermentation

Deux phases : la glycolyse, puis la réduction du pyruvate — en acide lactique (fermentation lactique) ou en éthanol + CO₂ (fermentation alcoolique). Aucune intervention des mitochondries ni de dioxygène n'est nécessaire.

À retenir

La matière organique renferme l'énergie que la cellule convertit en ATP, sa seule monnaie énergétique directement utilisable.
La glycolyse, commune aux deux voies, dégrade le glucose en pyruvate dans le cytosol : bilan net de 2 ATP.
La respiration cellulaire (glycolyse, décarboxylation, cycle de Krebs, phosphorylation oxydative) oxyde complètement le glucose en présence de O₂ : 36 à 38 ATP.
La fermentation dégrade incomplètement le glucose en absence de O₂, sans mitochondries : seulement 2 ATP.
La respiration cellulaire offre donc un rendement énergétique très supérieur à celui de la fermentation.