Respiration cellulaire : glycolyse, cycle de Krebs, coenzymes NAD+ et chaîne respiratoire

Une séquence pour mieux comprendre les étapes de la respiration cellulaire. La respiration est un exemple de métabolisme énergétique qui se déroule à l’intérieur des cellules en utilisant le glucose disponible. Le glucose pénètre à l’intérieur de la cellule grâce à des transporteurs transmembranaires spécifiques. Dans la cellule le glucose est transformé en pyruvate au niveau du cytoplasme, constituant ainsi la première étape de la respiration. Il s’agit de la glycolyse. Il existe dans les cellules des organites particuliers comme les mitochondries. Le pyruvate va gagner la mitochondrie pour y subir des transformations correspondant à la deuxième étape de la respiration. Il s’agit du cycle de Krebs. Enfin, la troisième étape de la respiration correspond à la régénération des coenzymes du métabolisme impliqués dans les différentes réactions d’oxydations des molécules organiques. Cette dernière étape fait intervenir le dioxygène. Au cours de la glycolyse, le glucose est transformé en pyruvate ou acide pyruvique. Le glucose est une molécule organique. Au cours de la glycolyse, le glucose est transformé en pyruvate. Lors de cette transformation le glucose a subi une réaction d’oxydation cédant ainsi certains de ses protons et de ses électrons. Le Nicotinamide adénine dinucléotide ou NAD est un coenzyme qui va permettre l’oxydation du glucose. Le NAD est un coenzyme à l’état oxydé. On le note NAD+ car il possède une charge positive. Il va accepter les 2 électrons et les deux protons issus du glucose, donnant ainsi naissance à des coenzymes à l’état réduit sous forme NADH,H+ (dans le détail, NAD+ accepte deux électrons et un proton, c'est à dire qu'il accepte en réalité un ion hydrure H-. Il s'ensuit une neutralisation des charges entre NAD+ et H-, donnant naissance au NADH. Celui-ci est alors associé au proton H+ restant, l'ensemble constituant le NADH,H+). Selon le niveau de simplification pédagogique utilisé, on peut aussi lire NAD/NADH2 ou R/RH2. Dans ce dernier cas, R correspond au coenzyme. Il faut l’intervention de deux coenzymes pour assurer l’oxydation d’une molécule de glucose. Cette transformation biochimique de la glycolyse s’accompagne aussi d’une production d’énergie : L’oxydation d’une molécule de glucose produit deux molécules d’ATP à partir d’ADP+Pi. La deuxième étape de la respiration se déroule dans les mitochondries qui sont des organites spécialisés dans la respiration. La mitochondrie possède une membrane externe et une membrane interne délimitant un espace intermembranaire. On distingue les crêtes mitochondriales et la matrice. L’espace intermembranaire et la matrice sont deux compartiments impliqués dans la respiration. Voyons les étapes du cycle de Krebs : Il s’agit d’une série de décarboxylations oxydatives du pyruvate. Les deux molécules de pyruvate provenant de la glycolyse vont être transformées en 6 molécules dioxyde de carbone. Il s’agit d’une oxydation du pyruvate. Celle-ci fait de nouveau intervenir des coenzymes NAD+ qui vont accepter les protons et les électrons du pyruvate. Cette réaction d’oxydation du pyruvate produit elle aussi de l’énergie sous la forme de deux molécules d’ATP à partir d’ADP+Pi. Cette série de décarboxylations oxydatives peut être présentée sous la forme d’un cycle connu sous le nom de cycle de Krebs. Les étapes de la glycolyse et du cycle de Krebs ont mobilisé de nombreux coenzymes qui se retrouvent à l’état réduit. Pour qu’ils puissent servir à nouveau, il est nécessaire que ces coenzymes soient régénérés. La troisième étape de la respiration correspond donc à l’oxydation des coenzymes ou transporteurs d’électrons. Elle se déroule au niveau de la membrane des mitochondries et des crêtes mitochondriales. La membrane interne des mitochondries possède de nombreux transporteurs d’électrons qui vont prendre en charge les électrons issus des coenzymes NADH,H+, constituant la chaîne respiratoire. Ces protons et électrons qui ont transité par la chaîne respiratoire vont être acceptés par le dioxygène issu de la respiration formant ainsi des molécules d’eau : le dioxygène joue ainsi le rôle d’accepteur final des électrons. La membrane interne des mitochondries possède de nombreuses sphères pédonculées jouant le rôle d’ATP synthase, des enzymes productrices d’ATP. Le flux de protons H+ dans l’espace intermembranaire a permis de mettre en place un gradient de protons et le flux de protons à travers les ATPases est responsable de la synthèse de 32 molécules d’ATP. Au final, la respiration cellulaire a permis la synthèse de 36 molécules d'ATP à partir de l'oxydation d'une molécule de glucose.