Respiration anaérobie

Définition

La respiration anaérobie est le type de respiration par lequel les cellules peuvent décomposer les sucres pour produire de l’énergie en l’absence d’oxygène. Ceci est en contraste avec le processus très efficace de la respiration aérobie, qui repose sur l’oxygène pour produire de l’énergie.

L’oxygène moléculaire est l’accepteur d’électrons le plus efficace pour la respiration, en raison de sa grande affinité pour les électrons. Cependant, certains organismes ont évolué pour utiliser d’autres accepteurs finaux d’électrons et, à ce titre, peuvent effectuer la respiration sans oxygène.

Overview

La respiration est le processus par lequel l’énergie stockée dans le carburant est convertie en une forme utilisable par une cellule. Typiquement, l’énergie stockée dans les liaisons moléculaires d’une molécule de sucre ou de graisse est utilisée pour fabriquer de l’ATP, en prenant des électrons de la molécule de carburant et en les utilisant pour alimenter une chaîne de transport d’électrons.

La respiration est cruciale pour la survie d’une cellule car si elle ne peut pas libérer l’énergie des carburants, elle n’aura pas suffisamment d’énergie pour conduire ses fonctions normales. C’est pourquoi les organismes respirant de l’air meurent si rapidement sans un apport constant d’oxygène : nos cellules ne peuvent pas générer suffisamment d’énergie pour rester en vie sans lui.

Au lieu de l’oxygène, les cellules anaérobies utilisent des substances telles que le sulfate, le nitrate, le soufre et le fumarate pour entraîner leur respiration cellulaire. De nombreuses cellules peuvent effectuer une respiration aérobie ou anaérobie, selon que l’oxygène est disponible ou non.

Respiration anaérobie vs aérobie

Similitudes

La respiration aérobie et anaérobie sont toutes deux des méthodes permettant de récolter de l’énergie à partir d’une source alimentaire, comme les graisses ou les sucres. Les deux processus commencent par la division d’une molécule de sucre à six carbones en deux molécules de pyruvate à trois carbones dans un processus appelé glycolyse. Ce processus consomme deux molécules d’ATP et en crée quatre, pour un gain net de deux ATP par molécule de sucre fractionnée.

Dans la respiration aérobie et anaérobie, les deux molécules de pyruvate sont soumises à une autre série de réactions qui utilisent des chaînes de transport d’électrons pour générer davantage d’ATP.

Ce sont ces réactions qui nécessitent un accepteur d’électrons – qu’il s’agisse d’oxygène, de sulfate, de nitrate, etc. – afin de les conduire.

De nombreuses bactéries et archées ne peuvent effectuer qu’une respiration anaérobie. De nombreux autres organismes peuvent effectuer une respiration aérobie ou anaérobie, selon la présence ou non d’oxygène.

Les humains et les autres animaux comptent sur la respiration aérobie pour rester en vie, mais peuvent prolonger la vie ou les performances de leurs cellules en l’absence d’oxygène grâce à la respiration anaérobie.

Différences

Après la glycolyse, les cellules aérobies et anaérobies envoient les deux molécules de pyruvate dans une série de réactions chimiques pour générer plus d’ATP et extraire des électrons à utiliser dans leur chaîne de transport d’électrons.

Cependant, la nature de ces réactions, et l’endroit où elles se produisent, varient entre la respiration aérobie et la respiration anaérobie

Lors de la respiration aérobie, la chaîne de transport des électrons, et la plupart des réactions chimiques de la respiration, se produisent dans la mitochondrie. Le système de membranes de la mitochondrie rend le processus beaucoup plus efficace en concentrant les réactifs chimiques de la respiration ensemble dans un petit espace.

En revanche, la respiration anaérobie a généralement lieu dans le cytoplasme. Cela s’explique par le fait que la plupart des cellules qui pratiquent exclusivement la respiration anaérobie ne possèdent pas d’organites spécialisés. La série de réactions est généralement plus courte dans la respiration anaérobie et utilise un accepteur d’électrons final tel que le sulfate, le nitrate, le soufre ou le fumarate au lieu de l’oxygène.

La respiration anaérobie produit également moins d’ATP pour chaque molécule de sucre digérée que la respiration aérobie, ce qui en fait une méthode moins efficace pour générer de l’énergie cellulaire. En outre, elle produit différents déchets – y compris, dans certains cas, de l’alcool !

Respiration cellulaire dans différents organismes

Les organismes peuvent être classés en fonction des types de respiration cellulaire qu’ils effectuent.

• Aérobies obligatoires – organismes qui ne peuvent pas survivre sans oxygène. Par exemple, les humains sont des aérobies obligatoires.
• Anaérobies obligatoires – organismes qui ne peuvent pas survivre en présence d’oxygène. Certaines espèces de bactéries sont des anaérobies obligatoires, comme le Clostridium tetani, qui provoque le tétanos.
• Organismes aérotolérants – organismes qui peuvent vivre en présence d’oxygène, mais ne l’utilise pas pour se développer. Par exemple, la bactérie Streptococcus, qui provoque l’angine streptococcique.
• Aérobies facultatifs – organismes qui peuvent utiliser l’oxygène pour se développer, mais qui peuvent également effectuer une respiration anaérobie. Par exemple, Saccharomyces cerevisiae qui est la levure utilisée dans la brasserie.

Les scientifiques peuvent classer les microbes de cette manière en utilisant un montage expérimental simple avec un bouillon de thioglycolate. Ce milieu contient une gamme de concentrations d’oxygène, produisant un gradient. Cela est dû à la présence de thioglycolate de sodium, qui consomme de l’oxygène, et à l’apport continu d’oxygène de l’air ; en haut du tube, l’oxygène sera présent, et en bas, il n’y en aura pas.
<h2title= »Types »>Types de respiration anaérobie

Les types de respiration anaérobie sont aussi variés que ses accepteurs d’électrons. Les types importants de respiration anaérobie comprennent :

• La fermentation lactique – Dans ce type de respiration anaérobie, le glucose est divisé en deux molécules d’acide lactique pour produire deux ATP. Elle se produit dans certains types de bactéries et certains tissus animaux, comme les cellules musculaires
• Fermentation alcoolique – Dans ce type de respiration anaérobie, le glucose est scindé en éthanol ou en alcool éthylique. Ce processus produit également deux ATP par molécule de sucre. Il se produit chez les levures et même chez certains types de poissons, comme les poissons rouges.
• Autres types de fermentation – D’autres types de fermentation sont réalisés par certaines bactéries et archées. Il s’agit notamment de la fermentation de l’acide propionique, de la fermentation de l’acide butyrique, de la fermentation des solvants, de la fermentation des acides mixtes, de la fermentation du butanediol, de la fermentation de Stickland, de l’acétogenèse et de la méthanogenèse.

Anaerobic Respiration Equations

The equations for the two most common types of anaerobic respiration are:

• Lactic acid fermentation:

C6H12O6 (glucose)+ 2 ADP + 2 pi → 2 lactic acid + 2 ATP

• Alcoholic fermentation:

C6H12O6 (glucose) + 2 ADP + 2 pi → 2 C2H5OH (ethanol) + 2 CO2 + 2 ATP

Examples of Anaerobic Respiration

Sore Muscles and Lactic Acid

During intense exercise, our muscles use oxygen to produce ATP faster than we can supply it.

When this happens, muscle cells can perform glycolysis faster than they can supply oxygen to the mitochondrial electron transport chain.

The result is that anaerobic respiration and lactic acid fermentation occurs within our cells – and after prolonged exercise, the built-up lactic acid can make our muscles sore!

Yeasts and Alcoholic Drinks

Les boissons alcoolisées telles que le vin et le whisky sont généralement produites en mettant en bouteille des levures – qui réalisent la fermentation alcoolique – avec une solution de sucre et d’autres composés aromatiques.

Les levures peuvent utiliser des glucides complexes, y compris ceux que l’on trouve dans les pommes de terre, les raisins, le maïs et de nombreuses autres céréales, comme sources de sucre pour effectuer la respiration cellulaire.

En plaçant la levure et sa source de carburant dans une bouteille hermétique, on s’assure qu’il n’y aura pas assez d’oxygène autour, et donc que la levure se convertira à la respiration anaérobie. Cela produit de l’alcool.

L’alcool est en fait toxique pour les levures qui le produisent – lorsque les concentrations d’alcool deviennent suffisamment élevées, la levure commence à mourir.

Pour cette raison, il n’est pas possible de brasser du vin ou une bière dont la teneur en alcool est supérieure à 30 %. Cependant, le processus de distillation, qui sépare l’alcool des autres composants du brassin, peut être utilisé pour concentrer l’alcool et produire des spiritueux tels que la vodka.

Méthanogénèse et homebrews dangereux

Malheureusement, la fermentation alcoolique n’est pas le seul type de fermentation qui peut se produire dans la matière végétale. Un alcool différent, appelé méthanol, peut être produit à partir de la fermentation de la cellulose. Cela peut provoquer un empoisonnement au méthanol.

Les dangers du « moonshine » – alcool bon marché fabriqué à la maison qui contient souvent de grandes quantités de méthanol en raison de mauvais procédés de brassage et de distillation – ont été annoncés au 20e siècle pendant la prohibition.

Les décès et les lésions nerveuses dus à l’empoisonnement au méthanol sont encore un problème dans les régions où les gens essaient de brasser de l’alcool à bas prix. Donc, si vous voulez devenir brasseur, assurez-vous de faire vos devoirs !

Fromage suisse et acide propionique

La fermentation à l’acide propionique donne au fromage suisse sa saveur particulière. Les trous dans le fromage suisse sont en fait faits par des bulles de gaz carbonique libérées comme déchet d’une bactérie qui utilise la fermentation de l’acide propionique.

Après la mise en place de normes sanitaires plus strictes au 20e siècle, de nombreux producteurs de fromage suisse ont été perplexes de constater que leur fromage perdait ses trous – et sa saveur.

On a découvert que le coupable était un manque d’une bactérie spécifique qui produit de l’acide propionique. Au cours des âges, cette bactérie avait été introduite comme un contaminant provenant du foin que les vaches mangeaient. Mais après l’introduction de normes d’hygiène plus strictes, cela ne se produisait plus !

Cette bactérie est maintenant ajoutée intentionnellement pendant la production pour s’assurer que le fromage suisse reste savoureux et conserve son aspect troué instantanément reconnaissable.

Vinegar and Acetogenesis

Bacteria that perform acetogenesis are responsible for the making of vinegar, which consists mainly of acetic acid.

Vinegar actually requires two fermentation processes, because the bacteria that make acetic acid require alcohol as fuel!

As such, vinegar is first fermented into an alcoholic preparation, such as wine. The alcoholic mixture is then fermented again using the acetogenic bacteria.

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Bibliography