Respiration aérobie ou anaérobie
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Respiration aérobie, un processus qui utilise de l'oxygène, et respiration anaérobie, un processus qui ne pas utiliser l'oxygène, sont deux formes de respiration cellulaire. Bien que certaines cellules puissent s’engager dans un seul type de respiration, la plupart des cellules utilisent les deux types, en fonction des besoins de l’organisme. La respiration cellulaire se produit également en dehors des macro-organismes, sous forme de processus chimiques, par exemple lors de la fermentation. En général, la respiration sert à éliminer les déchets et à générer de l'énergie.
Tableau de comparaison
| Respiration aérobie | Respiration anaérobie | |
|---|---|---|
| Définition | La respiration aérobie utilise de l'oxygène. | La respiration anaérobie est une respiration sans oxygène; le processus utilise une chaîne respiratoire de transport d'électrons mais n'utilise pas d'oxygène comme accepteurs d'électrons. |
| Les cellules qui l'utilisent | La respiration aérobie se produit dans la plupart des cellules. | La respiration anaérobie survient principalement chez les procaryotes |
| Quantité d'énergie libérée | Élevé (36 à 38 molécules d'ATP) | Inférieur (entre 36-2 molécules d’ATP) |
| Étapes | Glycolyse, cycle de Krebs, chaîne de transport d'électrons | Glycolyse, cycle de Krebs, chaîne de transport d'électrons |
| Des produits | Dioxyde de carbone, eau, ATP | Dixoide de carbone, espèce réduite, ATP |
| Site de réactions | Cytoplasme et mitochondries | Cytoplasme et mitochondries |
| Réactifs | glucose, oxygène | glucose, accepteur d'électrons (pas d'oxygène) |
| la combustion | Achevée | incomplet |
| Production d'éthanol ou d'acide lactique | Ne produit pas d'éthanol ou d'acide lactique | Produire de l'éthanol ou de l'acide lactique |
Contenu: Respiration aérobie vs anaérobie
- 1 processus aérobies vs processus anaérobies
- 1.1 Fermentation
- Cycle de 1.2 Krebs
- 2 exercices aérobiques et anaérobies
- 3 évolution
- 4 références
Processus aérobies vs anaérobies
Les processus aérobies dans la respiration cellulaire ne peuvent se produire que si de l'oxygène est présent. Lorsqu'une cellule a besoin de libérer de l'énergie, le cytoplasme (une substance située entre le noyau de la cellule et sa membrane) et les mitochondries (organites du cytoplasme aidant aux processus métaboliques) initient des échanges chimiques qui déclenchent la dégradation du glucose. Ce sucre est transporté dans le sang et stocké dans le corps en tant que source d'énergie rapide. La décomposition du glucose en adénosine triphosphate (ATP) libère du dioxyde de carbone (CO2), un sous-produit qui doit être éliminé de l'organisme. Dans les plantes, le processus de photosynthèse libérant de l'énergie utilise du CO2 et libère de l'oxygène en tant que sous-produit..
Les processus anaérobies n'utilisant pas d'oxygène, le pyruvate (l'ATP est un type de pyruvate) reste en place pour être décomposé ou catalysé par d'autres réactions, telles que celles qui se produisent dans les tissus musculaires ou lors de la fermentation. L'acide lactique, qui s'accumule dans les cellules des muscles lorsque les processus aérobies ne parviennent pas à répondre aux besoins énergétiques, est un sous-produit d'un processus anaérobie. De telles pannes anaérobies fournissent de l'énergie supplémentaire, mais l'accumulation d'acide lactique réduit la capacité d'une cellule à traiter davantage les déchets; à grande échelle, par exemple dans un corps humain, cela conduit à la fatigue et à la douleur musculaire. Les cellules se rétablissent en respirant plus d'oxygène et par la circulation sanguine, processus qui permettent d'éliminer l'acide lactique.
La vidéo suivante de 13 minutes traite du rôle de l'ATP dans le corps humain. Pour avancer rapidement vers ses informations sur la respiration anaérobie, cliquez ici (5:33); pour la respiration aérobie, cliquez ici (6:45).
Fermentation
Lorsque les molécules de sucre (principalement le glucose, le fructose et le saccharose) se décomposent lors de la respiration anaérobie, le pyruvate qu'elles produisent reste dans la cellule. Sans oxygène, le pyruvate n'est pas totalement catalysé pour la libération d'énergie. Au lieu de cela, la cellule utilise un processus plus lent pour éliminer les porteurs d'hydrogène, créant ainsi différents déchets. Ce processus plus lent s'appelle la fermentation. Lorsque la levure est utilisée pour la décomposition anaérobie des sucres, les déchets sont l'alcool et le CO2. L'élimination du CO2 laisse l'éthanol, base des boissons alcoolisées et du carburant. Les fruits, les plantes sucrées (par exemple, la canne à sucre) et les céréales sont tous utilisés pour la fermentation, avec de la levure ou des bactéries comme transformateurs anaérobies. Lors de la cuisson, les émissions de CO2 provenant de la fermentation sont à l'origine de la montée des pains et autres produits de cuisson..
Cycle de Krebs
Le cycle de Krebs est également appelé cycle de l'acide citrique et cycle de l'acide tricarboxylique (TCA). Le cycle de Krebs est le processus clé de production d'énergie dans la plupart des organismes multicellulaires. La forme la plus courante de ce cycle utilise le glucose comme source d'énergie.
Au cours d'un processus appelé glycolyse, une cellule convertit le glucose, une molécule à 6 carbones, en deux molécules à 3 carbones appelées pyruvates. Ces deux pyruvates libèrent des électrons qui sont ensuite combinés à une molécule appelée NAD + pour former du NADH et deux molécules d’adénosine triphosphate (ATP)..
Ces molécules d'ATP sont le véritable "carburant" d'un organisme et sont converties en énergie pendant que les molécules de pyruvate et le NADH entrent dans les mitochondries. C'est là que les molécules à 3 carbones sont décomposées en molécules à 2 carbones appelées Acétyl-CoA et CO2. À chaque cycle, l’Acétyl-CoA est décomposé et utilisé pour reconstruire les chaînes de carbone, libérer des électrons et ainsi générer plus d’ATP. Ce cycle est plus complexe que la glycolyse et peut également décomposer les graisses et les protéines en énergie.
Dès que les molécules de sucre libres disponibles sont épuisées, le cycle de Krebs dans les tissus musculaires peut commencer à décomposer les molécules adipeuses et les chaînes de protéines pour alimenter l'organisme. Bien que la dégradation des molécules de graisse puisse être un avantage positif (réduction du poids, du cholestérol), son excès peut nuire à l'organisme (le corps a besoin de graisse pour sa protection et ses processus chimiques). En revanche, la dégradation des protéines du corps est souvent un signe de famine.
Exercice aérobie et anaérobie
La respiration aérobie libère 19 fois plus d'énergie que la respiration anaérobie car les processus aérobies extraient la majeure partie de l'énergie des molécules de glucose sous forme d'ATP, tandis que les processus anaérobies laissent la plupart des sources générant de l'ATP dans les déchets. Chez l'homme, les processus aérobies entrent en action pour galvaniser l'action, tandis que les processus anaérobies sont utilisés pour des efforts extrêmes et soutenus.
Les exercices aérobiques, tels que la course à pied, le vélo et la corde à sauter, sont excellents pour brûler l'excès de sucre dans le corps, mais pour brûler de la graisse, les exercices aérobiques doivent être effectués pendant 20 minutes ou plus, forçant le corps à utiliser la respiration anaérobie. Cependant, de courtes périodes d'exercice, telles que le sprint, reposent sur des processus anaérobies pour l'énergie car les voies aérobies sont plus lentes. D'autres exercices anaérobies, tels que l'entraînement contre résistance ou l'haltérophilie, sont excellents pour la formation de masse musculaire, un processus qui nécessite la décomposition de molécules de graisse pour stocker de l'énergie dans les cellules plus grandes et plus abondantes présentes dans les tissus musculaires..
Évolution
L'évolution de la respiration anaérobie est bien antérieure à celle de la respiration aérobie. Deux facteurs font de cette progression une certitude. Premièrement, la Terre avait un niveau d'oxygène beaucoup plus bas lorsque les premiers organismes unicellulaires se sont développés, la plupart des niches écologiques manquant presque totalement d'oxygène. Deuxièmement, la respiration anaérobie ne produit que 2 molécules d’ATP par cycle, suffisantes pour les besoins unicellulaires, mais insuffisantes pour les organismes multicellulaires..
La respiration aérobie n'est apparue que lorsque les niveaux d'oxygène de l'air, de l'eau et des surfaces au sol le rendaient suffisamment abondant pour pouvoir être utilisé dans les processus d'oxydoréduction. Non seulement l'oxydation fournit un plus grand rendement en ATP, jusqu'à 36 molécules d'ATP par cycle, mais elle peut également avoir lieu avec une gamme plus étendue de substances réductrices. Cela signifiait que les organismes pouvaient vivre et grandir et occuper plus de niches. La sélection naturelle favoriserait donc les organismes pouvant utiliser la respiration aérobie et ceux qui pourraient le faire plus efficacement, pour s’agrandir et s’adapter plus rapidement aux environnements nouveaux et en mutation..
Références
- Wikipédia: respiration cellulaire
