Fiche explicative de la leçon : Respiration aérobie Biologie

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.

Terme clé : Respiration cellulaire

La respiration cellulaire est un processus chimique complexe dans lequel les nutriments et d’autres molécules sont décomposés afin de libérer de l’énergie. L’énergie libérée dans ce processus est transférée à une molécule appelée ATP.

Exemple 1: Identifier la source de glucose pour la respiration aérobie

La respiration aérobie chez l’Homme nécessite un apport de glucose. D’où vient ce glucose?

Réponse

Le glucose est un nutriment particulièrement important pour l’Homme car il est l’un des réactifs de la respiration cellulaire. Il est presque aussi essentiel au fonctionnement de nos cellules que l’autre réactif de la respiration cellulaire, l’oxygène. Contrairement aux plantes, qui peuvent produire du glucose par le biais de la photosynthèse, les animaux comme les êtres humains ne peuvent pas synthétiser le glucose eux-mêmes. Au lieu de cela, nous obtenons du glucose à partir des aliments que nous mangeons. Ces aliments sont décomposés en ses constituants au cours du processus de digestion et absorbés dans la circulation sanguine. Le sang transporte le glucose vers les cellules qui l’utilisent pour le processus de respiration cellulaire.

Ainsi, le glucose de la respiration cellulaire provient des aliments consommés par la personne.

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.

Définition : Aérobie

Aérobie est un mot décrivant un processus qui nécessite de l’oxygène.

Équation: Respiration aérobie

Oxygèneglucosedioxydedecarboneeauénergie+++

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.

Définition : Exothermique

Exothermique est un mot qui décrit une réaction chimique qui libère de l’énergie dans son environnement.

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.

Terme clé : ATP (Adénosine triphosphate)

L’ATP est la molécule que les cellules utilisent comme source d’énergie accessible. L’un des groupes phosphate est libéré pour relâcher de l’énergie que la cellule peut utiliser pour fonctionner, ce qui produit de l’ADP. L’ADP est reconvertie en ATP en stockant une partie de l’énergie libérée dans la respiration cellulaire.

Exemple 2: Identifier la molécule de stockage d’énergie dans la cellule

Au cours du processus de respiration aérobie, de l’énergie est libérée par la dégradation du glucose.

Cette énergie est stockée sous forme de molécule dans la cellule. Quel est le nom donné à cette molécule?

Réponse

Au cours de la respiration aérobie, les atomes de glucose et d’oxygène sont réarrangés en molécules de dioxyde de carbone et d’eau. Ce processus est une réaction chimique exothermique, ce qui signifie qu’il libère de l’énergie au fur et à mesure de sa progression. Cette énergie est ensuite transférée à une molécule que les cellules utilisent comme source d’énergie disponible. La molécule à laquelle l’énergie de la respiration cellulaire est transférée est appelée adénosine triphosphate, ou ATP. L’ATP est une molécule avec trois groupes phosphate reliés les uns aux autres. Lorsque la cellule a besoin d’énergie pour se diviser, pour fabriquer des protéines ou pour transporter des matériaux, l’un des groupes phosphate est libéré. Cela transforme l’ATP en ADP, ou adénosine diphosphate. Au cours de la respiration cellulaire, l’ADP est reconverti en ATP en rajoutant un troisième groupe phosphate, un processus qui absorbe de l’énergie que la cellule utilisera plus tard.

À l’aide de ces informations, nous pouvons conclure que le nom de la molécule qui stocke l’énergie libérée dans le processus de respiration cellulaire est l’ATP.

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 CHO6126. La formule chimique de l’oxygène est O2 car une molécule d’oxygène est composée de 2 atomes d’oxygène relié ensemble. La formule chimique de l’eau est HO2, 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 CO2 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.

Exemple 3: Formuler l’équation chimique équilibrée de la respiration cellulaire

Sans inclure l’énergie/ATP, formulez l’équation chimique (les symboles) correcte et équilibrée de la respiration aérobie.

Réponse

La respiration cellulaire est un processus chimique qui réarrange les atomes du glucose et de l’oxygène en molécules d’eau et de dioxyde de carbone. Cette réaction chimique complexe libère de l’énergie qui est transférée à une molécule appelée ATP. Les composés chimiques qui entrent dans une réaction chimique sont appelés des réactifs, et ils sont placés sur le côté gauche de la flèche dans une équation chimique. Les réactifs de la respiration cellulaire sont le glucose et l’oxygène. Les composés chimiques qui sont formés dans une réaction chimique sont appelés des produits, et ils sont placés sur le côté droit de la flèche dans une équation chimique. Les produits de la respiration cellulaire sont le dioxyde de carbone et l’eau. Nous pouvons représenter l’équation chimique de la respiration cellulaire avec les mots:glucoseoxygènedioxydedecarboneeau++

Si nous remplaçons les mots par leur symbole chimique, nous obtenons CHO+OCO+HO6126222

Notez que la question nous demande l’équation chimique équilibrée. Cela signifie qu’il doit y avoir le même nombre d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène sur les côtés gauche et droit de la flèche. Afin d’équilibrer cette équation chimique, nous utilisons des coefficients. Les coefficients sont des nombres écrits devant un symbole chimique pour le multiplier. Dans ce cas, le coefficient est facile à retenir car il est de 6 pour chaque composant, à l’exception du glucose. Donc, l’équation chimique équilibrée de la respiration cellulaire s’écrit comme suit:CHO+6O6CO+6HO6126222

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.

Exemple 4: Déterminer l’effet de l’exercice sur le taux de respiration cellulaire

Complétez la phrase avec « augmente », « diminue » ou « reste le même »:à mesure que l’intensité de l’exercice augmente, le taux de respiration cellulaire .

Réponse

La respiration cellulaire est un processus chimique qui réarrange les atomes du glucose et de l’oxygène en molécules d’eau et de dioxyde de carbone. Cette réaction chimique complexe libère de l’énergie qui est transférée à une molécule appelée ATP. L’ATP est une molécule ayant trois groupes phosphate reliés les uns aux autres. Lorsque la cellule a besoin d’énergie, l’un des groupes phosphate est libéré. Cela transforme l’ATP en ADP, ou adénosine diphosphate. Au cours de la respiration cellulaire, l’ADP est reconvertie en ATP en raccrochant un troisième groupe phosphate, un processus qui absorbe de l’énergie que la cellule utilisera plus tard.

Si une personne fait de l’exercice, ses cellules musculaires utilisent plus d’énergie pour bouger son corps et pomper son sang plus rapidement. Cela signifie que les cellules musculaires ont besoin de plus d’énergie qu’en temps normal pour remplir ces fonctions. Le taux d’ATP diminue à mesure que la cellule a besoin de plus d’énergie. Et s’il y a davantage d’ATP utilisée, celle-ci doit être produite à nouveau pour la remplacer en permanence. Étant donné que la respiration cellulaire libère l’énergie nécessaire à la production d’ATP, le taux de respiration cellulaire augmente.

À mesure que l’intensité de l’exercice augmente, le taux de respiration cellulaire augmente.

Résumons ce que nous avons appris sur la respiration aérobie.

Points clés

  • Les réactifs de la respiration cellulaire sont l’oxygène et le glucose. Les produits sont l’eau et le dioxyde de carbone.
  • La respiration cellulaire est une réaction exothermique qui libère de l’énergie.
  • L’énergie libérée lors de la respiration cellulaire est transférée à l’ATP qui fournit de l’énergie pour les fonctions cellulaires.

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