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Les processus aérobies et anaérobies sont deux types de processus différents que les cellules utilisent pour obtenir de l’énergie à partir des aliments qu’elles mangent, en fonction des conditions environnantes. La principale différence entre les deux est que la première est réalisée par les cellules lorsqu’elles sont dans un milieu riche en oxygène, tandis que la seconde est réalisée lorsqu’il est absent ou lorsque la concentration de ce gaz n’est pas assez élevée.
Outre cette différence fondamentale, les réactions biochimiques qui se produisent en présence ou en l’absence d’oxygène sont également différentes, de sorte que les processus aérobies et anaérobies conduisent généralement à des produits intermédiaires et finaux différents, ainsi qu’à un niveau différent d’utilisation de l’énergie stockée dans nutriments. D’autre part, il existe également des différences concernant le type d’organisme capable d’utiliser chaque processus et la partie de la cellule dans laquelle ils se produisent.
Différences entre les processus cellulaires aérobies et anaérobies
Le tableau suivant résume les différences les plus importantes entre ces deux processus métaboliques. Ils sont expliqués plus en détail plus tard.
| Processus aérobies | Processus anaérobies | |
| Quand ils se produisent : | Ils se produisent en présence d’oxygène. | Ils se produisent en l’absence d’oxygène ou lorsque la concentration en oxygène est faible. |
| Substrat initial : | glucose et oxygène. | Juste du glucose. |
| Produit final: | CO 2 , eau et énergie sous forme d’ATP | L’énergie sous forme d’ATP et, selon le type particulier de procédé, le produit final peut être de l’acide lactique ou de l’éthanol et du CO 2 . |
| Étapes concernées : | • Glycolyse • Oxydation du pyruvate • Cycle de l’acide citrique ou cycle de Krebs. • La phosphorylation oxydative. |
• Glycolyse • Oxydation du pyruvate • La plupart n’impliquent pas le cycle de Krebs. • La plupart n’impliquent pas de phosphorylation oxydative. |
| Il s’agit de la chaîne de transport d’électrons. | Dans le cas de la fermentation, il n’implique pas la chaîne de transport d’électrons. | |
| Efficacité de production d’énergie : | Il produit de grandes quantités d’énergie sous forme d’ATP. Pour chaque molécule de glucose, un total de 30 à 32 molécules d’ATP nettes sont produites. | Il produit peu d’énergie sous forme d’ATP. Pour chaque molécule de glucose fermentée, seules 2 molécules nettes d’ATP sont produites. |
| Partie de la cellule où il se produit : | Une partie se trouve dans le cytoplasme et une autre dans les mitochondries. | Il se produit dans le cytoplasme et, dans certains cas, sur la membrane cellulaire. |
| Type d’organisation qui l’utilise : | Il se produit dans les organismes aérobies et dans les anaérobies facultatifs. Il ne se produit pas chez les anaérobies stricts ou chez les anaérobies tolérants. |
Elle survient chez les anaérobies stricts, facultatifs et tolérants. |
| Différences d’évolution : | C’est un processus métabolique plus récent. | Il est censé être le plus ancien processus métabolique des glucides. |
ATP : Carburant cellulaire
Même après la digestion, les cellules ne peuvent pas utiliser les substances dans lesquelles les aliments que nous mangeons sont convertis directement comme source d’énergie. Celui-ci doit les traiter et les convertir en une molécule spéciale appelée adénosine triphosphate, adénosine triphosphate ou ATP, pour son acronyme en anglais.
C’est là que les processus métaboliques aérobies et anaérobies entrent en jeu, car les deux représentent différentes façons de transformer le glucose et d’autres nutriments en ATP. En d’autres termes, les processus aérobies et anaérobies peuvent être considérés comme différentes manières de raffiner les aliments pour produire les piles à combustible dont les piles à combustible ont réellement besoin.
Processus aérobies
Les processus aérobies font référence à la respiration cellulaire en présence d’oxygène. Il s’agit d’une série de réactions biochimiques qui ont l’oxygène comme accepteur final des électrons générés par l’oxydation du glucose. La réaction nette de la respiration aérobie est :
C6H12O6 ( glucose ) + 6O2 + 32ADP + 32Pi → 6CO2 + 6H2O + 32ATP
Dans cette équation chimique, ADP représente l’adénosine monophosphate, Pi fait référence au phosphate inorganique et ATP est l’adénosine triphosphate.
Les électrons de l’oxydation du glucose sont transportés vers le haut de la chaîne de transport d’électrons à travers une série de réactions d’oxydo-réduction connues collectivement sous le nom de phosphorylation oxydative. Ce processus se produit dans les mitochondries et produit de grandes quantités d’énergie sous forme d’ATP.
La respiration aérobie commence par une étape qui ne nécessite pas d’oxygène appelée glycolyse . Au cours de cette première phase, qui se produit dans le cytoplasme de la cellule, la molécule de glucose est scindée en deux par diverses réactions pour produire deux molécules d’un composé appelé pyruvate, générant deux molécules d’ATP nettes.
Le pyruvate formé lors de la glycolyse est oxydé puis pénètre dans les mitochondries où il entre dans le cycle de Krebs, également appelé cycle de l’acide tricarboxylique ou cycle de l’acide citrique. Ce cycle est couplé à la phosphorylation oxydative , et ces deux processus, associés à la glycolyse, produisent un total de 32 molécules d’ATP nettes pour chaque molécule de glucose métabolisée.
Processus anaérobies
Contrairement aux processus aérobies, les processus anaérobies n’utilisent d’oxygène à aucune de leurs étapes. En fait, le terme englobe les processus de métabolisme du glucose et d’autres nutriments en l’absence d’oxygène.
Les processus anaérobies les plus courants sont la respiration anaérobie et les différents types de fermentation.
respiration anaérobie
Il fait référence à la manière dont certains micro-organismes anaérobies effectuent l’oxydation du glucose. Dans ces cas, au lieu que l’oxygène soit l’accepteur final des électrons du glucose, d’autres composés inorganiques tels que les ions nitrate, le sulfate, le dioxyde de carbone et même, dans certains cas, certains cations métalliques tels que le fer (III), le manganèse (IV) ou l’uranium (VI).
La respiration anaérobie est très similaire à la respiration aérobie en ce qu’elle implique également une étape initiale de glycolyse et une série de réactions d’oxydation couplées à une chaîne de transport d’électrons, mais elle produit moins d’énergie que la respiration aérobie.
fermentation
La fermentation est un autre type de processus anaérobie. Bien qu’il commence également par la formation de pyruvate par glycolyse, il ne suit pas une chaîne de réactions qui conduit à son oxydation totale comme cela se produit lors de la respiration (qu’elle soit anaérobie ou non).
Selon le type de produit final dans lequel le pyruvate est transformé, différents types de fermentation peuvent être réalisés. Par exemple, les cellules musculaires peuvent fermenter le pyruvate en acide lactique s’il n’y a pas assez d’oxygène ou s’il y a plus de pyruvate que les mitochondries ne peuvent en supporter par la respiration aérobie. Cela peut se produire lorsque nous faisons des exercices soutenus et de haute intensité.
De nombreux micro-organismes peuvent également effectuer d’autres types de fermentation. Certains, comme la levure par exemple, fermentent les glucides en alcool éthylique . Ce procédé est utilisé pour la production de boissons alcoolisées. D’autres bactéries encore peuvent produire du méthane par fermentation.
Parce que la fermentation siphonne le pyruvate avant qu’il n’atteigne la chaîne de transport d’électrons, il n’est pas considéré comme un type de respiration, mais c’est un type de processus anaérobie.
Différence de production d’énergie dans les processus aérobies et anaérobies
L’une des différences les plus importantes entre les processus aérobies et anaérobies est leur capacité à exploiter l’énergie chimique contenue dans le glucose et d’autres aliments cellulaires. La respiration aérobie est beaucoup plus efficace pour produire de l’énergie que n’importe lequel des processus anaérobies.
Les processus aérobies et anaérobies commencent par la même étape initiale, qui est la glycolyse. Ce processus a une production nette de seulement 2 molécules d’ATP.
Cependant, les similitudes s’arrêtent là. Dans les processus anaérobies, puisqu’il n’y a pas d’oxygène, le pyruvate n’entre pas dans le cycle de Krebs qui se couple avec la machinerie de production d’ATP formée par la chaîne de transport d’électrons, il n’est donc pas possible de produire plus d’ATP que les deux molécules Elles proviennent de la glycolyse.
Pour cette raison, les procédés aérobies sont beaucoup plus économes en énergie que les procédés anaérobies.
Différences dans leur évolution
On pense que les processus anaérobies sont plus anciens que les processus aérobies, car l’atmosphère primordiale ne contenait pas d’oxygène. Il ne s’est formé que lorsque des organismes photosynthétiques, principalement des plantes vertes, ont évolué, longtemps après l’apparition de la vie sur terre.
Même les premiers organismes eucaryotes unicellulaires sont censés avoir été anaérobies. Cependant, en évoluant par endosymbiose, ils ont à un moment donné incorporé des cellules photosynthétiques produisant de l’oxygène en tant que sous-produit, et ont ensuite évolué pour pouvoir tirer parti de ce composé en raison de son potentiel de réduction élevé.
Lorsque des organismes eucaryotes multicellulaires ont commencé à apparaître sur Terre, des organismes plus grands et plus complexes devaient produire plus d’énergie, de sorte que les processus aérobies étaient un grand avantage évolutif. Grâce à la sélection naturelle, les organismes possédant le plus de mitochondries pouvant subir une respiration aérobie ont survécu et se sont reproduits massivement, transmettant ces adaptations favorables à leur progéniture. Les versions plus anciennes ne pouvaient plus répondre à la demande d’ATP dans l’organisme plus complexe et se sont éteintes.
