Vidéo de la leçon: Respiration anaérobie Biologie

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons rappeler les réactifs et les produits de la respiration anaérobie, et comparer ce processus à la respiration aérobie. Voyons donc comment fait la levure, avec ou sans oxygène, et commençons. Le processus par lequel les cellules décomposent les nutriments pour libérer de l’énergie est appelé la respiration cellulaire. Si la respiration cellulaire repose sur l’oxygène, on parle alors de respiration aérobie. Les organismes qui se développent en présence d’oxygène sont appelés organismes aérobies. Si la respiration cellulaire se produit sans nécessité d’oxygène, on parle alors de respiration anaérobie. Le préfixe an- signifie « sans ».

De nombreux types d’organismes microscopiques, y compris la plupart des bactéries qui vivent dans et sur notre corps, effectuent une respiration anaérobie. Beaucoup de ces organismes trouvent en fait que l’oxygène est toxique, et ne peuvent vivre que dans des environnements avec peu voire sans oxygène, tels que nos voies digestives, où de nombreuses espèces de bactéries nous aident à digérer la nourriture. Les organismes qui ne peuvent pas utiliser l’oxygène pour la respiration cellulaire sont appelés organismes anaérobies. Parfois, les cellules aérobies se retrouvent dans des conditions où l’oxygène est insuffisant. Dans ces cas, ils doivent compter sur des processus anaérobies pour produire l’énergie cellulaire dont ils ont besoin. Cependant, les processus anaérobies dans les cellules aérobies génèrent souvent des sous-produits toxiques, et sont beaucoup moins efficaces que ceux de la respiration aérobie.

Une autre différence majeure est que la respiration aérobie a lieu dans les mitochondries de la cellule, tandis que les processus anaérobies que nous allons décrire prennent place dans le cytoplasme. Voyons donc plus en détail deux exemples de processus anaérobies qui se produisent dans des organismes aérobies. Commençons par rappeler que la respiration aérobie utilise de l’oxygène et du glucose, qui sont convertis en dioxyde de carbone et en eau. Cette réaction chimique exothermique libère de l’énergie, et cette énergie est stockée dans une molécule appelée l’ATP, qui est utilisée pour alimenter presque toutes les fonctions cellulaires.

Imaginons qu'un élève en biologie fort occupé sorte de chez lui et se mette immédiatement à courir aussi vite que possible. Au début, il est probable qu’il continuera à respirer normalement. Avec le temps, son rythme respiratoire va augmenter car ses muscles auront besoin de plus d'oxygène afin de produire plus d'ATP pouvant servir de source d'énergie. Et à la fin, il respirera aussi fort qu'il le peut, et son cœur battra aussi vite que possible. Et les mitochondries dans ses cellules musculaires produiront autant d’ATP que possible. Son corps ne peut plus absorber d’oxygène, mais il continue à courir. Ses cellules musculaires doivent continuer à produire de l’ATP comme source d’énergie, de sorte que les cellules commencent à utiliser des processus anaérobies.

Le processus anaérobie utilisé par vos cellules musculaires s’appelle la fermentation de l’acide lactique. La fermentation de l’acide lactique convertit une molécule de glucose en deux molécules d’acide lactique, également appelé le lactate. Voici l’équation chimique de la fermentation de l’acide lactique. Alors que la respiration aérobie libère d’une molécule de glucose suffisamment d’énergie pour produire jusqu’à 38 molécules d’ATP, la fermentation de l’acide lactique est un processus moins efficace, décomposant partiellement le glucose et libérant de l’énergie qui ne suffit qu'à générer deux molécules d'ATP. L’acide lactique est également toxique pour vous à de fortes concentrations. L'acide devra être dégradé plus tard et éliminé complètement.

Retournons donc à notre coureur et à notre graphique. Plus il continue à courir après avoir atteint la prise maximale d’oxygène, plus ses cellules devront entreprendre une fermentation lactique et plus la concentration d'acide lactique augmentera. Il est important de noter qu’une fois la fermentation de l’acide lactique commencée, la respiration aérobie ne s’arrête pas. La respiration aérobie se produit continuellement dans les mitochondries de vos cellules. La fermentation de l’acide lactique est comme un plan de secours pour vos cellules quand elles ont besoin de davantage d’ATP mais ne peuvent pas avoir davantage d’oxygène. Mais elles ne peuvent pas continuer ainsi pour toujours.

Une fois que les cellules de notre coureur commencent la fermentation de l’acide lactique, il ne peut plus continuer à courir à ce rythme pour trop longtemps. Si cet élève continue à pratiquer régulièrement cette activité sportive, ses cellules musculaires se développeront et produiront davantage de mitochondries. Il pourra ainsi courir plus longtemps et produire de l’énergie cellulaire plus efficacement.

Il existe d’autres utilisations intéressantes de la fermentation lactique. Saviez-vous que l’une des méthodes les plus courantes et les plus anciennes de conservation des aliments implique la fermentation lactique? Certains organismes ne recourent qu’à la fermentation pour produire de l’énergie cellulaire. Un exemple d’un tel organisme est un type très connu de bactérie appelée les « lactobacilles ». Les lactobacilles vivent dans de nombreux endroits sur et dans le corps humain, notamment la bouche, la peau, les reins, l’estomac et les intestins, où ils aident à protéger nos tissus contre d’autres micro-organismes pathogènes dangereux.

Ces bactéries sont également utilisées dans la lactofermentation, un type courant de conservation dans la saumure. Les légumes sont placés dans un récipient et une forte concentration de sel est ajoutée. Le sel empêche la croissance d’autres types de bactéries. Les lactobacilles, si répandus qu'ils se trouvent déjà sur les légumes, supportent la forte concentration en sel et continuent de se développer. Ils se nourrissent de sucres et de légumes, produisant ainsi de l’acide lactique. La combinaison du sel et de l'acide lactique non seulement donne aux légumes une saveur et une texture transformées, mais empêche aussi la croissance de micro-organismes qui pourraient abîmer les aliments, et donc permet de les conserver.

N'oubliez pas que l'Homme n'a pas toujours possédé des technologies comme la réfrigération, qui permet aujourd'hui de maintenir la fraîcheur des aliments. La fermentation lactique est également utilisée dans la production de cacao, de yaourt, de certains fromages et de certains types de pains aigres.

Voyons maintenant un autre type de fermentation. La levure est un type de champignon unicellulaire. Vous connaissez probablement la levure si vous avez déjà cuit du pain. La levure ne fait pas grand-chose de son temps à part se reproduire. Mais la reproduction est un processus qui nécessite une quantité significative d’énergie. La levure, comme les humains, effectue généralement une respiration aérobie pour produire cette énergie cellulaire. Elle décompose le glucose et l’oxygène, qui sont réorganisés en dioxyde de carbone et en eau, libérant ainsi l'énergie qui est stockée dans la molécule d'ATP.

Lorsque les levures sont cultivées dans un environnement avec suffisamment de glucose mais pas suffisamment d’oxygène, elles passent aussi à des processus anaérobies pour continuer à produire de l’énergie cellulaire. Chez la levure, ce processus anaérobie est appelé la fermentation alcoolique. Pendant la fermentation alcoolique, une molécule de glucose est convertie en deux molécules d’alcool éthylique et deux molécules de dioxyde de carbone. Ce processus exothermique libère suffisamment d’énergie pour produire deux molécules d’ATP. Comme la fermentation lactique, la fermentation alcoolique est moins efficace que la respiration aérobie. Moins d’ATP est produit et le glucose est partiellement décomposé en alcool éthylique, une substance toxique pour la plupart des organismes vivants. En fait, si certaines boissons contiennent de l'alcool éthylique, celui-ci est aussi souvent utilisé comme désinfectant. C’est un solvant chimique efficace et il est combustible; il est donc souvent utilisé comme carburant.

Retournons à notre boulanger. Pour la cuisson du pain, tout d’abord, les levures sont alimentées en sucre. Cela les amène à commencer à se reproduire. Dans la pâte à pain, les levures ont un accès limité à l’oxygène. Ils utilisent donc le processus anaérobie de la fermentation alcoolique. Cela produit de l’alcool éthylique et du gaz carbonique. Le dioxyde de carbone est piégé, créant des bulles dans la pâte extensible, ce qui, en quelques heures, fait lever le pain. Le pain est ainsi cuit. La chaleur du four élimine toute trace d’alcool et donne au pain sa structure. Ce processus donne au pain la texture mousseuse que beaucoup de gens trouvent délicieuse.

Dans cette vidéo, nous avons vu la différence entre les méthodes aérobies et anaérobies pour la production de l’énergie cellulaire. Nous avons également découvert les processus anaérobies, à la fermentation de l’acide lactique et à la fermentation alcoolique.