2. Le déroulement de la respiration cellulaire
a. Une première étape dans le cytoplasme : oxydation du glucose en pyruvate
Le glucose contenu dans le milieu extracellulaire pénètre dans le cytoplasme (cytosol ou hyaloplasme) de la cellule.
Il y subit une première étape d’oxydation partielle (en absence de O2), la GLYCOLYSE, qui aboutit à la formation
d’une molécule organique, le pyruvate. Cette oxydation s’accompagne de la production de composés réduits R’H2
(proches des composés RH2 fabriqués au cours de la photosynthèse) : R’ est réduit en R’H2 par 2 protons H+ et 2
e- provenant du glucose. La réaction d’oxydoréduction libère de l’énergie qui est utilisée par couplage énergétique
pour la synthèse de 2 molécules d’ATP par molécule de glucose oxydée.
Cette oxydation est incomplète : le pyruvate contient encore de l’énergie potentielle. Les molécules d’ATP
produites peuvent être utilisées par la cellule. L’hydrolyse de ces molécules restitue de l’énergie, de l’adénosine
diphosphate (ADP) et du phosphate inorganique.
b. Une deuxième étape dans la matrice mitochondriale : cycle de Krebs (cycle de l’acide citrique).
Le pyruvate formé par la glycolyse entre dans la mitochondrie et subit une oxydation complète dans la matrice au
cours d’une suite de réactions formant le cycle de Krebs (grâce à des enzymes). Elles s’accompagnent de la
production de composés réduits R’H2 et de synthèse d’ATP (couplage énergétique). Le pyruvate est intégralement
oxydé : du CO2 est produit, c’est le « déchet » de la respiration cellulaire.
c. Une troisième étape dans les crêtes de la membrane interne de la mitochondrie : oxydation des
composés réduits
Les composés réduits R’H2 produits dans la matrice lors de la glycolyse et du cycle de Krebs sont utilisés pour
produire de l’ATP. Leur réoxydation fait intervenir des transporteurs d’électrons situés dans la membrane interne
mitochondriale. Ces transporteurs constituent la chaîne respiratoire. Les électrons des composés R’H2 sont
transportés jusque l’O2 en transitant du couple le plus réducteur vers le couple le plus oxydant. L’énergie cédée
par le transfert des électrons permet de transporter activement des protons de la matrice vers l’espace
intermembranaire. Il se crée donc une inégalité de concentration en protons entre l’espace intermembranaire et
la matrice. Les protons rejoignent la matrice en activant l’ATP synthase, ce qui est à l’origine d’une synthèse d’ATP
à partir d’ADP et de Pi. Le couplage de réactions d’oxydoréduction et de phosphorylation donne à cette phase le
nom de phosphorylation oxydative. Ainsi, pour une molécule de glucose, il est produit au cours de cette phase 32
ATP.
Bilan final de la respiration cellulaire soit oxydation complète d’une molécule de glucose :
C6H12O6 + 6 O2 + 36 ADP + 36 Pi 6 CO2 (rejet milieu extracellulaire) + 6H2O+ 36 ATP (utilisables par la cellule)