Fiche explicative de la leçon: Respiration aérobie Biologie • Deuxième année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons rappeler les réactifs et les produits de la respiration aérobie et expliquer l’importance de la respiration pour les organismes.

Lorsque vous entendez le mot respiration, vous devez certainement penser à la façon dont vous inspirez et expirez en ce moment. Nos poumons aspirent l’oxygène de l’air et libèrent le dioxyde de carbone que notre corps produit en tant que déchets dans l’action de respirer (comprenant l’inspiration et l’expiration), également appelée respiration. Mais pourquoi avons-nous besoin de tout cet oxygène ? D’où vient ce dioxyde de carbone ? La réponse à ces deux questions est donnée par le processus de respiration cellulaire aérobie, qui est une réaction chimique différente de l’action de respirer à proprement parler, même si les deux sont liées.

Notre corps est constitué de cellules et chacune de ces nombreuses cellules a besoin d’énergie pour fonctionner. Le travail d’une cellule est différent selon le type de cellule. Certaines cellules ont besoin d’énergie pour se déplacer, la plupart ont besoin d’énergie pour se diviser et certaines cellules utilisent de l’énergie pour communiquer entre elles. Les cellules ont besoin d’énergie pour remplir toutes les fonctions essentielles qui nous maintiennent en vie, comme bouger notre corps et digérer les aliments. La respiration cellulaire fournit l’énergie dont ces cellules ont besoin pour fonctionner. Dans les cellules eucaryotes, comme celles dont nous sommes constitués, la respiration cellulaire est effectuée par les mitochondries.

Tous les organismes vivants utilisent une forme de respiration cellulaire qui décompose les nutriments pour libérer puis stocker de l’énergie. Chez les êtres humains, l’énergie est généralement libérée à partir d’un type de sucre appelé glucose et transférée à une molécule appelée ATP. Vous pouvez voir la structure chimique de l’ATP ci-dessous. Notez que la molécule d’ATP est formée de la base azotée adénine, d’un sucre à cinq atomes de carbone appelé ribose et de trois groupes phosphate. Vous pouvez le voir sur la figure 1 ci-dessous.

Le glucose est un nutriment que nous obtenons de notre alimentation. ATP signifie adénosine triphosphate, une molécule qui fournit l’énergie pour presque tous les processus cellulaires chez presque tous les êtres vivants.

Le glucose n’est pas le seul ingrédient nécessaire à la respiration cellulaire. Notre corps utilise également au cours de ce processus l’oxygène que nous inspirons dans nos poumons. Comme les cellules ont besoin d’oxygène pour effectuer la respiration cellulaire, nous l’appelons la respiration cellulaire « aérobie ». Aérobie est un mot qui signifie « nécessitant de l’oxygène ». Puisque le glucose et l’oxygène sont tous deux nécessaires à la respiration cellulaire, nous les appelons les « réactifs ». Vous pouvez voir les réactifs et les produits de la respiration cellulaire dans la figure 2.

Les molécules d’oxygène et les molécules de glucose sont réorganisées dans un processus qui libère de l’énergie. À la fin, elles sont transformées en molécules de dioxyde de carbone et d’eau. Nous les appelons les « produits » car ils sont produits par la réaction. Le dioxyde de carbone produit par la respiration cellulaire est éliminé de notre corps par nos poumons lorsque nous expirons. L’eau produite est en grande partie recyclée par la cellule, mais tout excès sera éliminé de l’organisme en tant que déchet. Vous pouvez le voir sur la figure 3.

La plupart de l’énergie qui est libérée lors de la respiration cellulaire est transportée par des molécules d’ATP. Une partie de l’énergie excédentaire est dégagée sous forme de chaleur. Une réaction chimique qui libère de l’énergie est appelée une réaction exothermique. Les réactions exothermiques ont besoin d’un apport initial d’énergie pour avoir lieu, mais les produits ont moins d’énergie stockée que les réactifs, ce qui signifie qu’il y a une perte globale d’énergie dans le processus. Vous pouvez le voir sur la figure 4.

L’énergie libérée pendant la respiration cellulaire est transportée dans une molécule appelée adénosine triphosphate, ou ATP. Le « tri- » dans « triphosphate » signifie que cette molécule contient trois groupes phosphate liés les uns aux autres. Lorsque les cellules ont besoin d’énergie pour exécuter une fonction, elles rompent la liaison du dernier groupe phosphate pour libérer de l’énergie. Cela modifie l’ATP en ADP, ou adénosine diphosphate, comme vous pouvez le voir sur la figure 5. Di- est un préfixe qui signifie « deux ».

Au cours de la respiration cellulaire, l’énergie libérée par la dégradation du glucose est utilisée pour reconvertir l’ADP en ATP en attachant un troisième groupe phosphate à la molécule. Étant donné que les cellules ont continuellement besoin d'ATP pour remplir toutes leurs fonctions importantes, la respiration cellulaire a lieu en permanence. Cela signifie qu’en général, l’ATP est fabriquée par les cellules aussi rapidement qu’elle est utilisée.

Nous nous sommes familiarisés avec le processus de respiration cellulaire aérobie de façon simplifiée. Nous pouvons également représenter ce processus par une équation chimique équilibrée qui montre les quantités de chacune des molécules impliquées.

Une molécule de glucose contient 6 atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène et 6 atomes d’oxygène. Elle est représentée par la formule chimique . La formule chimique de l’oxygène est car une molécule d’oxygène est composée de 2 atomes d’oxygène relié ensemble. La formule chimique de l’eau est , ce qui signifie qu’une molécule d’eau est composée de 2 atomes d’hydrogène reliés à 1 atome d’oxygène. Et la formule chimique du dioxyde de carbone est car une molécule de dioxyde de carbone contient 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène. Vous pouvez voir l’équation non équilibrée ci-dessous à la figure 6.

Maintenant que nous connaissons les formules chimiques des produits et des réactifs de la respiration aérobie, nous pouvons équilibrer l’équation chimique. Il devrait y avoir le même nombre d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans les réactifs que dans les produits. Heureusement, cela peut se résoudre simplement en ajoutant un coefficient de 6 devant les symboles chimiques de l’oxygène, de l’eau et du dioxyde de carbone. Cela signifie que la respiration cellulaire aérobie utilise 1 molécule de glucose et 6 molécules d’oxygène, pour produire 6 molécules d’eau et 6 molécules de dioxyde de carbone, en libérant de l’énergie au cours du processus. La quantité d’énergie produite par l’oxydation d’une molécule de glucose est d’environ 38 molécules d’ATP. L’équation chimique équilibrée de la respiration cellulaire aérobie est illustrée à la figure 7.

La respiration cellulaire se déroule principalement dans les mitochondries. C’est pourquoi les cellules les plus actives contiennent plus de mitochondries. Par exemple, vous pouvez vous attendre à trouver plus de mitochondries dans une cellule musculaire que dans une cellule cutanée (cellule de la peau). C’est aussi la raison pour laquelle votre rythme respiratoire (votre rythme d’inspirations et d’expirations) augmente lorsque vous faites plus d’activité physique. Lorsque vous êtes plus actif physiquement, vous devez inspirer plus d’oxygène pour que vos cellules puissent produire plus d’ATP afin de maintenir votre corps en mouvement.

Résumons ce que nous avons appris sur la respiration aérobie.