L’essentiel
La respiration cellulaire est la dégradation complète du glucose en présence de dioxygène, qui libère de l’énergie sous forme d’ATP. Son équation bilan est : C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O. Chez les eucaryotes, elle commence dans le cytoplasme et s’achève dans la mitochondrie.
Respiration cellulaire : définition
La respiration cellulaire a lieu dans presque toutes les cellules, végétales comme animales. Elle ne se confond pas avec la ventilation, qui fait entrer et sortir l’air des poumons. Les poumons approvisionnent le sang en O₂, mais c’est dans les cellules que cet O₂ est consommé.
Il s’agit d’une oxydation : le glucose perd des électrons, qui finissent sur le dioxygène. L’énergie libérée sert en partie à produire de l’ATP, et le reste se dissipe sous forme de chaleur.
L’équation de la respiration cellulaire
Pour une molécule de glucose, la cellule obtient environ 30 à 36 molécules d’ATP, selon les modes de calcul retenus par les manuels. La fermentation, qui se passe de dioxygène, n’en fournit que 2.
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + énergie (ATP et chaleur).
Les trois étapes de la respiration chez les eucaryotes
| Étape | Lieu | Ce qui se passe | Bilan pour un glucose |
|---|---|---|---|
| Glycolyse | Cytoplasme | Le glucose est coupé en 2 pyruvates. Cette étape n’utilise pas d’O₂. | 2 ATP nets, des composés réduits |
| Cycle de Krebs | Matrice de la mitochondrie | Les pyruvates sont oxydés complètement et libèrent leur carbone. | 6 CO₂, 2 ATP, de nombreux composés réduits |
| Chaîne respiratoire | Membrane interne de la mitochondrie | Les composés réduits sont réoxydés. L’O₂ reçoit les électrons et forme de l’eau. | La majeure partie de l’ATP, de l’eau |
Astuce : Les composés réduits sont les transporteurs NADH et FADH₂, souvent notés RH₂ au lycée. Ils apportent les électrons et les protons à la chaîne respiratoire.
La chaîne respiratoire et la mitochondrie
La mitochondrie a deux membranes. La membrane interne forme des replis, les crêtes, qui augmentent sa surface. Elle entoure la matrice.
Dans la chaîne respiratoire, les électrons passent d’une protéine à l’autre, dans la membrane interne. Ce transfert fournit l’énergie qui pousse des protons (H⁺) hors de la matrice. Ces protons reviennent ensuite par une protéine, l’ATP synthase, et leur passage entraîne la fabrication d’ATP à partir d’ADP et de phosphate.
- Membrane externe : enveloppe de la mitochondrie.
- Membrane interne et crêtes : chaîne respiratoire et ATP synthases.
- Espace intermembranaire : les protons s’y accumulent.
- Matrice : cycle de Krebs.
Respiration et fermentation
| Respiration | Fermentation | |
|---|---|---|
| Dioxygène | Nécessaire | Non utilisé |
| Dégradation du glucose | Complète | Incomplète |
| Lieu | Cytoplasme et mitochondrie | Cytoplasme |
| ATP par glucose | Environ 30 à 36 | 2 |
| Produits | CO₂ et H₂O | Lactate, ou éthanol et CO₂ |
Les erreurs à éviter
La respiration cellulaire a lieu dans les poumons. Elle a lieu dans chaque cellule.
Les poumons assurent les échanges de gaz avec le sang. L’oxydation du glucose se fait dans les cellules.
Le dioxygène sert à fabriquer le CO₂. Le dioxygène forme l’eau. Le CO₂ vient du carbone du glucose.
L’O₂ intervient seulement à la fin de la chaîne respiratoire, où il accepte les électrons.
Seuls les animaux respirent. Les végétaux, les champignons et de nombreuses bactéries respirent aussi.
Les cellules végétales ont des mitochondries et respirent en permanence.
Exercices corrigés
1. Quels sont les produits de la respiration cellulaire ?
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Dioxyde de carbone et eau. Le glucose et le dioxygène sont consommés. Le CO₂ et l’eau sont produits.
2. Où a lieu la glycolyse ?
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Dans le cytoplasme. La glycolyse est la seule étape située hors de la mitochondrie.
3. Quel est le rôle du dioxygène dans la chaîne respiratoire ?
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Accepter les électrons à la fin de la chaîne. L’O₂ est l’accepteur final d’électrons. En les recevant avec des protons, il forme de l’eau.
4. Dans quelle structure se trouve l’ATP synthase ?
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La membrane interne de la mitochondrie. L’ATP synthase est insérée dans la membrane interne, sur le trajet de retour des protons.
5. Combien de molécules de CO₂ sont libérées par l’oxydation complète de 2 molécules de glucose ?
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12. Chaque glucose contient 6 atomes de carbone : 2 × 6 = 12 CO₂.
6. Une substance bloque la chaîne respiratoire. Quelle conséquence immédiate attend-on dans la cellule ?
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La consommation de dioxygène chute et l’ATP manque. Sans chaîne respiratoire, l’O₂ n’est plus utilisé, et la cellule perd sa principale source d’ATP.
Questions fréquentes
Quelle est l’équation de la respiration ?
L’équation bilan de la respiration cellulaire est C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O. Elle s’accompagne de la production d’ATP et de chaleur.
À quoi sert la respiration cellulaire ?
Elle fournit l’ATP dont la cellule a besoin pour fonctionner, se déplacer, fabriquer des molécules ou transporter des substances.
Combien d’ATP la respiration produit-elle ?
Environ 30 à 36 molécules d’ATP par glucose. Les valeurs varient selon les manuels, car le rendement dépend de plusieurs paramètres.