184 DeUXiÈMe partie La cellule
ConCept
9.1
Les voies cataboliques
génèrent de l’énergie en oxydant
des molécules organiques
Comme on l’a vu au chapitre 8, les voies cataboliques sont des
voies métaboliques qui libèrent l’énergie emmagasinée en
dégradant des molécules complexes ; le transfert d’électrons
joue à cet égard un rôle clé. Dans cette section, nous examinerons ces processus essentiels à la respiration cellulaire.
Les voies cataboliques
et la production d’atp
Les composés organiques possèdent une énergie potentielle
qui résulte de la disposition des électrons dans les liaisons
entre leurs atomes. Les composés qui participent aux réactions exergoniques peuvent agir comme combustibles. Toute
substance organique contient de l’énergie qui peut être libérée à différentes fins. À l’aide d’enzymes, la cellule dégrade des
molécules organiques complexes, riches en énergie potentielle, et les transforme en produits résiduels plus simples et
renfermant moins d’énergie. Une partie de l’énergie tirée des
réserves chimiques sert à accomplir du travail et le reste se
dissipe sous forme de chaleur.
L’un de ces processus cataboliques, la fermentation,
dégrade le glucose ou d’autres combustibles biologiques, en
l’absence de dioxygène (ou oxygène moléculaire). Cependant,
la voie catabolique la plus répandue et la plus efficace est la
respiration cellulaire aérobie (le terme aérobie vient du
grec aer, « air », et bios, « vie »). Ses réactifs sont le dioxygène
et les combus tibles organiques. Les cellules de la plupart des
orga nismes eucaryotes et de nombreux organismes procaryotes sont capables de respiration aérobie. Certaines cellules
procaryotes utilisent comme réactifs des substances autres que
l’oxygène, dans un processus similaire à celui qui capte l’énergie chimique sans faire intervenir le dioxygène ; il s’agit de la
respiration anaérobie (le préfixe an- signifiant « sans »). Techniquement, le terme respiration cellulaire inclut les processus aérobies et anaérobies, mais à l’origine on y voyait un
synonyme de respiration aérobie en raison de la relation de
ce processus avec la respiration par laquelle les organismes
animaux inspirent de l’oxygène. Encore aujourd’hui, on utilise
couramment le terme respiration cellulaire pour désigner le
processus catabolique aérobie ; c’est d’ailleurs ce que nous
ferons la plupart du temps dans ce chapitre.
Bien que son mécanisme diffère, la respiration cellulaire
repose sur un principe similaire à celui de la combustion de
l’essence dans un moteur, une fois que le dioxygène est mis
en présence du combustible (hydrocarbures). Les combustibles
de la respiration sont les nutriments, et les produits d’échappement sont le dioxyde de carbone et l’eau. Le processus
peut se résumer comme suit :
Composés 1 Dioxygène → Dioxyde 1 Eau 1 Énergie
organiques
de carbone
Bien que les glucides, les lipides et les protéines puissent
tous servir de combustibles après avoir été transformés, il est
d’usage de présenter les étapes de la respiration cellulaire en
décrivant la dégradation du glucose (C 6 H 12 O 6 ) :
C 6 H 12 O 6 1 6 O 2 → 6 CO 2 1 6 H 2 O 1 Énergie (ATP et chaleur)
En effet, le glucose est le combustible le plus fréquemment
utilisé par les cellules ; plus loin dans ce chapitre, nous étudierons d’autres molécules organiques contenues dans les aliments.
La dégradation du glucose est exergonique : elle correspond à une variation de l’énergie libre de 2 870 kJ par mole de
glucose dégradée (DG 5 2 2 870 kJ/mol) dans des conditions
normales. Rappelez-vous qu’une valeur négative de DG indique
que les produits de la réaction chimique renferment moins
d’énergie que les réactifs et que la réaction peut se produire
spontanément, sans énergie extérieure.
Les voies cataboliques ne prennent pas directement part
au mouvement des flagelles, au transport actif des solutés, à
la polymérisation des monomères et à la contraction musculaire, bref, aux processus vitaux. Le catabolisme est lié au travail cellulaire par un intermédiaire chimique, l’ATP, que nous
avons décrite au chapitre 8. Pour survivre, la cellule doit
refaire ses réserves d’ATP à partir d’ADP et de phosphate
inorganique (voir la figure 8.11, p. 168). Pour comprendre
comment la respiration cellulaire alimente la synthèse de
l’ATP, examinons deux processus chimiques fondamentaux :
l’oxydation et la réduction.
Les réactions d’oxydoréduction :
oxydation et réduction
Comment les voies cataboliques de dégradation du glucose et
d’autres combustibles organiques fournissent-elles de l’énergie ? La réponse à cette question réside dans le transfert
d’électrons qui survient pendant les réactions chimiques
appelées oxydation et réduction : ce transfert d’électrons
libère l’énergie emmagasinée dans les molécules organiques
et cette énergie sert à synthétiser de l’ATP.
Les principes de l’oxydoréduction
Dans beaucoup de réactions chimiques, un ou plusieurs électrons (e
2
) passent d’un réactif à un autre. Ces transferts sont
appelés réactions d’oxydoréduction, ou réactions rédox,
en abrégé : la perte d’électrons correspond à l’oxydation et
le gain d’électrons, à la réduction. (Remarquez que l’ajout
d’électrons s’appelle réduction ; quand ils s’ajoutent à un
cation, les électrons [charge négative] réduisent la quantité
de charges positives du cation.) Examinons, par exemple, la
réaction dans laquelle du sel de table se forme à partir de
deux éléments, le sodium et le chlore :
Est oxydé
(perd un électron)
Na ϩ Cl
Na
ϩ
ϩ Cl
Ϫ
Est réduit
(gagne un électron)
Nous pouvons généraliser comme suit les réactions d’oxy doréduction :
Est oxydé
Xe Ϫ ϩ Y
X ϩ Ye Ϫ
Est réduit
ConCept
9.1
Les voies cataboliques
génèrent de l’énergie en oxydant
des molécules organiques
Comme on l’a vu au chapitre 8, les voies cataboliques sont des
voies métaboliques qui libèrent l’énergie emmagasinée en
dégradant des molécules complexes ; le transfert d’électrons
joue à cet égard un rôle clé. Dans cette section, nous examinerons ces processus essentiels à la respiration cellulaire.
Les voies cataboliques
et la production d’atp
Les composés organiques possèdent une énergie potentielle
qui résulte de la disposition des électrons dans les liaisons
entre leurs atomes. Les composés qui participent aux réactions exergoniques peuvent agir comme combustibles. Toute
substance organique contient de l’énergie qui peut être libérée à différentes fins. À l’aide d’enzymes, la cellule dégrade des
molécules organiques complexes, riches en énergie potentielle, et les transforme en produits résiduels plus simples et
renfermant moins d’énergie. Une partie de l’énergie tirée des
réserves chimiques sert à accomplir du travail et le reste se
dissipe sous forme de chaleur.
L’un de ces processus cataboliques, la fermentation,
dégrade le glucose ou d’autres combustibles biologiques, en
l’absence de dioxygène (ou oxygène moléculaire). Cependant,
la voie catabolique la plus répandue et la plus efficace est la
respiration cellulaire aérobie (le terme aérobie vient du
grec aer, « air », et bios, « vie »). Ses réactifs sont le dioxygène
et les combus tibles organiques. Les cellules de la plupart des
orga nismes eucaryotes et de nombreux organismes procaryotes sont capables de respiration aérobie. Certaines cellules
procaryotes utilisent comme réactifs des substances autres que
l’oxygène, dans un processus similaire à celui qui capte l’énergie chimique sans faire intervenir le dioxygène ; il s’agit de la
respiration anaérobie (le préfixe an- signifiant « sans »). Techniquement, le terme respiration cellulaire inclut les processus aérobies et anaérobies, mais à l’origine on y voyait un
synonyme de respiration aérobie en raison de la relation de
ce processus avec la respiration par laquelle les organismes
animaux inspirent de l’oxygène. Encore aujourd’hui, on utilise
couramment le terme respiration cellulaire pour désigner le
processus catabolique aérobie ; c’est d’ailleurs ce que nous
ferons la plupart du temps dans ce chapitre.
Bien que son mécanisme diffère, la respiration cellulaire
repose sur un principe similaire à celui de la combustion de
l’essence dans un moteur, une fois que le dioxygène est mis
en présence du combustible (hydrocarbures). Les combustibles
de la respiration sont les nutriments, et les produits d’échappement sont le dioxyde de carbone et l’eau. Le processus
peut se résumer comme suit :
Composés 1 Dioxygène → Dioxyde 1 Eau 1 Énergie
organiques
de carbone
Bien que les glucides, les lipides et les protéines puissent
tous servir de combustibles après avoir été transformés, il est
d’usage de présenter les étapes de la respiration cellulaire en
décrivant la dégradation du glucose (C 6 H 12 O 6 ) :
C 6 H 12 O 6 1 6 O 2 → 6 CO 2 1 6 H 2 O 1 Énergie (ATP et chaleur)
En effet, le glucose est le combustible le plus fréquemment
utilisé par les cellules ; plus loin dans ce chapitre, nous étudierons d’autres molécules organiques contenues dans les aliments.
La dégradation du glucose est exergonique : elle correspond à une variation de l’énergie libre de 2 870 kJ par mole de
glucose dégradée (DG 5 2 2 870 kJ/mol) dans des conditions
normales. Rappelez-vous qu’une valeur négative de DG indique
que les produits de la réaction chimique renferment moins
d’énergie que les réactifs et que la réaction peut se produire
spontanément, sans énergie extérieure.
Les voies cataboliques ne prennent pas directement part
au mouvement des flagelles, au transport actif des solutés, à
la polymérisation des monomères et à la contraction musculaire, bref, aux processus vitaux. Le catabolisme est lié au travail cellulaire par un intermédiaire chimique, l’ATP, que nous
avons décrite au chapitre 8. Pour survivre, la cellule doit
refaire ses réserves d’ATP à partir d’ADP et de phosphate
inorganique (voir la figure 8.11, p. 168). Pour comprendre
comment la respiration cellulaire alimente la synthèse de
l’ATP, examinons deux processus chimiques fondamentaux :
l’oxydation et la réduction.
Les réactions d’oxydoréduction :
oxydation et réduction
Comment les voies cataboliques de dégradation du glucose et
d’autres combustibles organiques fournissent-elles de l’énergie ? La réponse à cette question réside dans le transfert
d’électrons qui survient pendant les réactions chimiques
appelées oxydation et réduction : ce transfert d’électrons
libère l’énergie emmagasinée dans les molécules organiques
et cette énergie sert à synthétiser de l’ATP.
Les principes de l’oxydoréduction
Dans beaucoup de réactions chimiques, un ou plusieurs électrons (e
2
) passent d’un réactif à un autre. Ces transferts sont
appelés réactions d’oxydoréduction, ou réactions rédox,
en abrégé : la perte d’électrons correspond à l’oxydation et
le gain d’électrons, à la réduction. (Remarquez que l’ajout
d’électrons s’appelle réduction ; quand ils s’ajoutent à un
cation, les électrons [charge négative] réduisent la quantité
de charges positives du cation.) Examinons, par exemple, la
réaction dans laquelle du sel de table se forme à partir de
deux éléments, le sodium et le chlore :
Est oxydé
(perd un électron)
Na ϩ Cl
Na
ϩ
ϩ Cl
Ϫ
Est réduit
(gagne un électron)
Nous pouvons généraliser comme suit les réactions d’oxy doréduction :
Est oxydé
Xe Ϫ ϩ Y
X ϩ Ye Ϫ
Est réduit