Toutes nos cellules travaillent sans arrêt : le cœur bat, les muscles bougent, les neurones transmettent des signaux, les cellules fabriquent des protéines. Pour réaliser tout ce travail, elles ont besoin d'une monnaie énergétique universelle : l'ATP (Adénosine TriPhosphate). L'ATP est une molécule 'rechargeable' : quand une cellule en a besoin, elle casse une liaison phosphate (ATP → ADP + Pi) et libère de l'énergie. Mais l'ATP ne se stocke pas en grande quantité — les cellules doivent en fabriquer en permanence à partir du glucose (sucre). C'est le rôle des réactions de respiration cellulaire.
La glycolyse se déroule dans le cytoplasme (hors des mitochondries). Elle ne nécessite pas d'oxygène. Une molécule de glucose (6 carbones, C₆H₁₂O₆) est découpée en deux molécules de pyruvate (3 carbones chacune). Ce découpage libère un peu d'énergie : 2 ATP nets et 2 NADH sont produits. Le bilan simplifié est : Glucose + 2 NAD⁺ + 2 ADP → 2 Pyruvate + 2 NADH + 2 ATP. Si la cellule manque d'oxygène, le pyruvate suit la voie de la fermentation. Si l'oxygène est disponible, il entre dans la mitochondrie pour le cycle de Krebs.
📊 Schéma — Bilan de la respiration cellulaire
Avant d'entrer dans le cycle, le pyruvate est transformé en Acétyl-CoA (2 carbones) dans la membrane interne des mitochondries, libérant du CO₂ et du NADH. L'Acétyl-CoA entre ensuite dans le cycle de Krebs (cycle de l'acide citrique) dans la matrice mitochondriale. Ce cycle est une série de 8 réactions en boucle : à chaque tour, l'Acétyl-CoA (2C) se fixe à l'oxaloacétate (4C) → citrate (6C), puis des atomes de carbone sont éliminés progressivement sous forme de CO₂. Le bilan par tour de cycle : 3 NADH + 1 FADH₂ + 1 ATP + 2 CO₂. Pour 1 glucose, le cycle tourne 2 fois (2 pyruvates). Le CO₂ produit est le déchet gazeux que nous expirons.
Quand l'oxygène est absent ou insuffisant (muscle en effort intense, levure dans le pain, bactéries lactiques), les cellules utilisent la fermentation pour régénérer le NAD⁺ consommé pendant la glycolyse — sans cette régénération, la glycolyse s'arrêterait. Il existe deux types principaux : la fermentation lactique (pyruvate → lactate, dans les muscles et les bactéries du yaourt : Glucose → 2 Lactate + 2 ATP) et la fermentation alcoolique (pyruvate → éthanol + CO₂, dans la levure de bière, de pain : Glucose → 2 Éthanol + 2 CO₂ + 2 ATP). La fermentation produit beaucoup moins d'énergie que la respiration (2 ATP vs ~30 ATP). La brûlure musculaire est due à l'accumulation de lactate.
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a) La cellule utilise la glycolyse suivie de la fermentation lactique (absence d'O₂). b) Le produit final est le lactate (acide lactique). c) Production = 2 ATP par molécule de glucose. d) La brûlure est due à l'accumulation de lactate dans le muscle (le pH baisse localement), ce qui active les récepteurs de la douleur. Le lactate est ensuite recyclé par le foie quand l'effort cesse et que l'oxygène revient.
La levure réalise une fermentation alcoolique : en absence d'oxygène (au cœur de la pâte), elle dégrade le glucose en éthanol et CO₂. C'est le CO₂ gazeux produit qui fait gonfler la pâte (il est piégé dans le réseau glutineux du gluten). L'éthanol s'évapore à la cuisson. Bilan : Glucose → 2 Éthanol + 2 CO₂ + 2 ATP. Type : fermentation alcoolique.