La respiration cellulaire est le processus par lequel les organismes vivants tirent leur énergie de la nourriture. Il existe deux méthodes principales. La respiration aérobie - employé par tous multicellulaire et certaines formes de vie unicellulaires - utilise l'oxygène dans l'atmosphère ou dissous dans l'eau, dans le cadre d'un processus complexe qui libère et emmagasine de l'énergie. La respiration anaérobie est utilisé par une variété d'organismes unicellulaires et n'implique pas l'oxygène non combiné.
L'émergence de la respiration aérobie
Les premières formes de vie sur Terre a vu le jour dans un monde dépourvu d'oxygène libre.Ils ont utilisé des procédés anaérobies à se doter de l'énergie. À un certain point, encore au début de l'histoire de la Terre, les organismes évolués que la photosynthèse utilisés pour produire des molécules de sucre à l'aide de carbone dioxyde de carbone, obtenu à partir de l'atmosphère et de l'eau. Le sucre a servi de source d'énergie et le procédé produit l'oxygène en tant que sous-produit. L'oxygène est toxique pour de nombreux organismes anaérobies, mais certains évolué à l'utiliser dans un nouveau type de respiration qui a effectivement fourni beaucoup plus d'énergie que le processus anaérobie.
Les premières formes de vie étaient composés de cellules qui n'avaient pas de noyaux ou d'autres structures bien définies. Ils sont connus comme les procaryotes et comprennent des organismes tels que les bactéries et les cyanobactéries, aussi appelées algues bleu-vert. Plus tard, les cellules avec des noyaux et autres structures ont émergé, ceux-ci sont connus comme les eucaryotes. Ils comprennent des organismes unicellulaires et pluricellulaires, tout comme les plantes et les animaux. Tous les eucaryotes et procaryotes certains utilisent la respiration aérobie.
Comment fonctionne la respiration aérobie
Cellules de stocker l'énergie dans une molécule appelée l'adénosine triphosphate (ATP). Ce composé contient trois phosphate (PO 4) groupes, mais peut libérer de l'énergie par la perte de l'un d'eux pour former l'adénosine diphosphate (ADP). Inversement, ADP peut avoir un groupe phosphate à devenir ATP, le stockage ainsi de l'énergie.
Une autre molécule importante est nicotinamide adénine dinucléotide. Il peut exister sous deux formes: NAD +, qui peut accepter deux électrons et un hydrogène (H +) ion pour former NADH, ce qui peut donner des électrons à d'autres molécules. Le composé est utilisé dans la respiration pour transporter les électrons d'un endroit à un autre.
Le point de départ de la respiration est le glucose (C 6 H 12 O 6), l'un des hydrates de carbone simples. Molécules de sucre plus complexes dans les aliments sont d'abord décomposés en ce composé. Le glucose est à son tour décomposé par un processus appelé la glycolyse , qui a lieu dans le cytoplasme ou le liquide cellulaire, et est commun à la fois la respiration anaérobie et aérobie.
Glycolyse
Le processus de la glycolyse utilise deux molécules d'ATP pour convertir le glucose, qui a six atomes de carbone, en deux molécules de trois carbones d'un composé appelé pyruvate en une série d'étapes. A la fin de ce processus, les quatre molécules d'ATP sont produites, afin qu'il y ait un gain global de deux ATP, ce qui représente un gain en énergie stockée. La glycolyse se traduit également par deux molécules de NAD + chacun prenant deux électrons et d'un ion hydrogène à partir du glucose pour former le NADH. Dans l'ensemble, donc, les résultats glycolyse en deux molécules de pyruvate, deux de l'ATP et deux de NADH.
Dans les cellules eucaryotes, les étapes restantes de la respiration aérobie se déroulent dans des structures appelées mitochondries. Ces petits organes sont considérés comme ayant été autrefois des organismes indépendants qui ont été incorporés dans les cellules à un moment donné dans le passé lointain. Chaque molécule pyruvate est converti, à l'aide de NAD +, à un composé appelé acétyl-CoA, la perte d'un carbone et de deux atomes d'oxygène pour former du dioxyde de carbone en tant que produit des déchets et la formation d'une autre molécule de NADH.
Le cycle de Krebs
La prochaine étape est appelée le cycle de Krebs , également connu sous le nom Krebs (TCA) ou cycle de l'acide citrique. L'acétyl-CoA à partir du pyruvate se combine avec un composé appelé oxaolacetate pour produire le citrate ou l'acide citrique, qui, dans une série d'étapes consistant NAD +, produit de l'ATP, ainsi que du NADH et une autre molécule appelée FADH2, qui a une fonction similaire. Cela se traduit par de l'acide citrique étant reconvertis en oxaloacétate pour recommencer le cycle. Chaque cycle terminé produit deux molécules d'ATP, dont huit NADH et deux de FADH 2 à partir de deux molécules de pyruvate.
Electron phosphorylation de transport
La dernière étape est connue comme électron phosphorylation de transport, ou la phosphorylation oxydative. A ce stade du processus, les électrons portés par NADH et FADH2 sont utilisés pour fournir l'énergie nécessaire pour joindre des groupes phosphates aux molécules d'ADP pour produire jusqu'à 32 molécules d'ATP. Cela a lieu à la membrane de la mitochondrie par l'intermédiaire d'une série de cinq protéines, à travers laquelle les électrons sont transportés. Oxygène, qui accepte facilement les électrons, est nécessaire pour éliminer les à la fin du processus. L'oxygène se combine ensuite avec des ions d'hydrogène libérés à partir de NADH pour former de l'eau.
Efficacité
Dans l'ensemble, le processus de la respiration aérobie peut, en théorie, produire jusqu'à 36 de stockage d'énergie des molécules d'ATP pour chaque molécule de glucose, contre seulement deux pour la respiration anaérobie, ce qui en fait un processus beaucoup plus économe en énergie. Dans la pratique, cependant, il y aurait environ 31 ou 32 molécules d'ATP sont généralement produites, comme d'autres réactions peuvent avoir lieu dans les étapes finales. Bien que ce processus est un moyen très efficace de produire et stocker de l'énergie, elle produit également de petites quantités de formes très réactives de l'oxygène, appelés peroxydes et superoxydes. Ceux-ci sont potentiellement dommageables pour les cellules et il est considéré par certains scientifiques qu'ils peuvent être impliqués dans le vieillissement et certaines maladies.
