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Les êtres vivants, des plus simples comme les bactéries aux plus complexes comme les vertébrés, dépendent de réactions chimiques sans fin qui nécessitent de l’énergie. Cette énergie est obtenue à partir de l’environnement. Presque invariablement, cette énergie provient d’une molécule appelée adénosine triphosphate ou ATP. Cependant, l’ATP ne se trouve pas dans l’environnement, de sorte que les êtres vivants ont évolué pour convertir d’autres sources d’énergie (telles que la lumière du soleil, la chaleur et les nutriments) en ATP. Les deux façons les plus courantes d’effectuer une telle transformation sont la respiration cellulaire et la fermentation.
Les premiers êtres vivants ont évolué pour produire de l’ATP en fermentant différents types de glucides. Plus tard, les eucaryotes ont développé la capacité d’exploiter davantage l’énergie stockée dans les glucides grâce à la respiration anaérobie. Enfin, d’autres organismes plus avancés ont commencé à profiter de l’un des déchets de la photosynthèse, l’oxygène, donnant naissance à la respiration cellulaire aérobie.
Parce qu’il s’agit de deux processus anaérobies, de nombreuses personnes confondent la respiration anaérobie avec la fermentation. Cependant, ce sont deux processus très différents en termes de mécanisme, de produits finaux et de production d’énergie.
Dans les sections suivantes, nous couvrirons ce que sont la respiration anaérobie et la fermentation, puis nous les comparerons pour mettre en évidence les différences les plus importantes entre l’une et l’autre.
respiration anaérobie
La respiration anaérobie est un type de respiration cellulaire qui se produit en l’absence d’oxygène, ou lorsque la concentration en oxygène est très faible (d’où le terme anaérobie, qui signifie littéralement en l’absence d’air). Ce type de respiration cellulaire n’est effectué que par certaines espèces de bactéries et d’autres procaryotes.
Étant un type de respiration cellulaire, le processus commence par la glycolyse, au cours de laquelle une molécule de glucose est transformée en deux molécules d’acide pyruvique, produisant deux molécules nettes d’ATP. L’acide pyruvique entre ensuite dans le cycle de Krebs, également appelé cycle de l’acide citrique ou cycle de l’acide tricarboxylique, dans lequel une série de réactions chimiques oxydent l’acide pyruvique en dioxyde de carbone.
Dans l’étape suivante du processus, des molécules appelées transporteurs d’électrons les transportent dans la chaîne de transport d’électrons où l’énergie potentielle stockée dans ces transporteurs est transformée en un gradient de concentration de protons qui déplace une enzyme productrice d’ATP appelée ATP-synth.
C’est au cours de cette étape du processus que la majeure partie de l’énergie chimique est générée sous la forme de molécules d’ATP; Il est commun à tous les processus respiratoires, qu’ils soient aérobies ou anaérobies. Ce qui les différencie les uns des autres, c’est quelle molécule est chargée de recevoir et de transporter les électrons afin qu’ils ne s’accumulent pas en bout de chaîne de transport d’électrons.
En présence d’oxygène, cette molécule est l’accepteur final des électrons, et sa réduction produit des molécules d’eau. Dans la respiration anaérobie, en revanche, l’accepteur d’électrons final est une molécule autre que l’oxygène et dépend du micro-organisme particulier en question.
Accepteurs finaux d’électrons dans la respiration anaérobie
Le tableau suivant montre trois exemples de différents accepteurs d’électrons finaux dans la respiration anaérobie ainsi que le produit de leur réduction et certains micro-organismes qui l’utilisent comme source d’énergie :
| accepteur | Produit final | Micro-organisme |
| Soufre | sulfures | thermoplasme |
| Nitrate | Nitrites, oxydes d’azote et N2 | Pseudomonas , Bacille |
| Sulfate | sulfures | Désulfovibrio, Clostridium |
Production d’énergie dans la respiration anaérobie
La respiration anaérobie utilise les mêmes mécanismes de production d’ATP que la respiration aérobie, c’est-à-dire la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne de transport d’électrons. Pour cette raison, la production d’énergie est la même dans les deux types de respiration, ce qui signifie qu’entre 36 et 38 molécules d’ATP sont produites au total. Après actualisation de celles qui sont consommées, la production nette se situe entre 30 et 32 molécules d’ATP pour chaque molécule de glucose oxydée.
Fermentation
La fermentation, comme la respiration cellulaire, est également un processus destiné à utiliser l’énergie contenue dans les nutriments tels que les glucides et à la transformer en énergie chimique utilisable par la cellule sous forme de molécules d’ATP. Il s’agit d’un processus purement anaérobie, c’est-à-dire qu’il ne nécessite pas d’oxygène et peut se produire en l’absence d’air. En fait, dans la plupart des cours de biologie de base, la fermentation est citée comme l’alternative anaérobie à la respiration cellulaire, obviant ainsi à l’existence de la respiration anaérobie.
Cependant, il existe une différence fondamentale entre la fermentation et la respiration anaérobie et c’est que la première n’utilise pas le cycle de l’acide citrique, encore moins la chaîne de transport d’électrons, elle ne peut donc pas être considérée comme un type de respiration de téléphone portable.
La fermentation commence de la même manière que la respiration, c’est-à-dire avec la glycolyse de différents types de sucres à six carbones appelés hexoses, parmi lesquels le glucose est le plus courant. Cependant, après glycolyse, le pyruvate se transforme en d’autres produits finaux selon l’organisme réalisant la fermentation.
types de fermentation
Selon le produit final de la fermentation, celui-ci peut être de différents types :
Fermentation alcoolique : Dans certains cas, comme la levure, la fermentation qui suit la glycolyse produit de l’alcool éthylique ou de l’éthanol. Ce type de fermentation est appelé fermentation alcoolique. C’est le type de fermentation utilisé dans la fabrication des boissons alcoolisées.
Fermentation acétique : D’autres cellules oxydent davantage l’éthanol en acide acétique, comme cela se produit dans la fabrication du vinaigre.
Fermentation lactique : c’est celle qui donne l’acide lactique comme produit final. Les bactéries qui fermentent le lait pour produire du yaourt fermentent le lactose (le sucre du lait) en acide lactique, ce qui provoque le caillage des protéines du lait. Dans le cas des tissus musculaires des vertébrés, ils sont capables de fermenter le glucose en acide lactique lorsque la concentration en oxygène est faible.
Production d’énergie
La fermentation est un processus inefficace en termes de production d’énergie. La première étape, la glycolyse, ne produit que 2 molécules nettes d’ATP (elle en produit 4 au total mais en consomme également 2). La fermentation qui s’ensuit produit correctement deux molécules nettes de NADH, qui est également une molécule à haute énergie, mais pas aussi énergétique que l’ATP.
Différences entre la fermentation et la respiration anaérobie
Comme on peut le voir, il existe des différences et des similitudes entre la fermentation et la respiration anaérobie. Les principales similitudes sont que les deux commencent par la glycolyse, les deux se produisent en l’absence d’oxygène et certaines espèces de procaryotes peuvent effectuer les deux. Cependant, les similitudes s’arrêtent là. Le tableau suivant résume les principales différences entre ces deux modes d’obtention d’ATP :
| Fermentation | respiration anaérobie |
| Elle peut être réalisée à la fois par des organismes procaryotes et eucaryotes, y compris des organismes multicellulaires tels que des vertébrés. | Seules certaines espèces de procaryotes peuvent le réaliser. |
| Différents types de fermentation donnent différents produits finaux d’oxydation du glucose, notamment l’acide lactique, l’acide acétique et l’éthane, entre autres. | Il oxyde complètement le glucose en dioxyde de carbone et transfère les électrons à différents types d’accepteurs d’électrons finaux, tels que le soufre élémentaire, les sulfates ou les nitrates. |
| Il produit relativement peu d’énergie utilisable pour la cellule. Juste deux molécules nettes d’ATP et deux molécules de NADH. | Il produit de grandes quantités d’ATP, tirant le meilleur parti de l’énergie contenue dans le glucose. Pour chaque molécule de glucose, plus de 30 molécules d’ATP sont produites. |
| Il se produit exclusivement dans le cytoplasme. | Il commence dans le cytoplasme et se termine à l’intérieur des mitochondries. |
| C’est un processus relativement simple qui consiste en un petit nombre de réactions enzymatiques. | C’est un processus très complexe qui nécessite l’intervention de nombreuses enzymes différentes à la fois dans le cytosol et dans la matrice, l’espace intermembranaire et la membrane interne des mitochondries. |
| Elle peut être réalisée in vitro . Seules les enzymes responsables de la fermentation sont nécessaires, qui peuvent fonctionner dans un environnement extracellulaire approprié. | Elle dépend de la présence de mitochondries, elle ne peut donc pas être réalisée in vitro . |
Les références
- environnement. (2018, 11 avril). Types de fermentation . Extrait de https://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/suelos/tipos_de_fermentacion.asp
- Clark, MA (2018, 5 mars). Métabolisme sans Oxygène–Biologie 2e . Extrait de https://opentextbc.ca/biology2eopenstax/chapter/metabolism-without-oxygen/
- Lakna, B. (2017, 26 décembre). Différence entre la fermentation et la respiration anaérobie | Définition, processus, application . Extrait de https://pediaa.com/difference-between-fermentation-and-anaerobic-respiration/
- Kaur, J. (nd). En quoi la fermentation et la respiration anaérobie diffèrent-elles ? | Socratique . Extrait de https://socratic.org/questions/how-do-fermentation-and-anaerobic-respiration-differ
