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La respiration cellulaire : définition et équation

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

Schéma de la respiration cellulaire, étape par étape
ÉtapeLieuCe qui se passeBilan pour un glucose
GlycolyseCytoplasmeLe glucose est coupé en 2 pyruvates. Cette étape n’utilise pas d’O₂.2 ATP nets, des composés réduits
Cycle de KrebsMatrice de la mitochondrieLes pyruvates sont oxydés complètement et libèrent leur carbone.6 CO₂, 2 ATP, de nombreux composés réduits
Chaîne respiratoireMembrane interne de la mitochondrieLes 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

RespirationFermentation
DioxygèneNécessaireNon utilisé
Dégradation du glucoseComplèteIncomplète
LieuCytoplasme et mitochondrieCytoplasme
ATP par glucoseEnviron 30 à 362
ProduitsCO₂ et H₂OLactate, 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. 1. Quels sont les produits de la respiration cellulaire ?

    Voir la correction

    Dioxyde de carbone et eau. Le glucose et le dioxygène sont consommés. Le CO₂ et l’eau sont produits.

  2. 2. Où a lieu la glycolyse ?

    Voir la correction

    Dans le cytoplasme. La glycolyse est la seule étape située hors de la mitochondrie.

  3. 3. Quel est le rôle du dioxygène dans la chaîne respiratoire ?

    Voir la correction

    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. 4. Dans quelle structure se trouve l’ATP synthase ?

    Voir la correction

    La membrane interne de la mitochondrie. L’ATP synthase est insérée dans la membrane interne, sur le trajet de retour des protons.

  5. 5. Combien de molécules de CO₂ sont libérées par l’oxydation complète de 2 molécules de glucose ?

    Voir la correction

    12. Chaque glucose contient 6 atomes de carbone : 2 × 6 = 12 CO₂.

  6. 6. Une substance bloque la chaîne respiratoire. Quelle conséquence immédiate attend-on dans la cellule ?

    Voir la correction

    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.

Pour aller plus loin