Consommation de la matière organique et flux d'énergie
Les réactions du métabolisme : Le métabolisme cellulaire comprend l'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans la cellule. On distingue l'anabolisme (synthèse de molécules complexes) et le catabolisme (dégradation de molécules complexes). Les enzymes sont des biocatalyseurs protéiques qui accélèrent ces réactions.
La respiration cellulaire : C'est un processus catabolique qui dégrade le glucose (C₆H₁₂O₆) en CO₂ et H₂O avec libération d'énergie sous forme d'ATP. Elle se déroule en 3 étapes : la glycolyse (dans le cytoplasme), le cycle de Krebs (dans la matrice mitochondriale) et la chaîne respiratoire (sur la membrane interne de la mitochondrie).
La glycolyse : C'est la dégradation du glucose (6C) en deux molécules de pyruvate (3C). Bilan : C₆H₁₂O₆ → 2 Pyruvates + 2 ATP + 2 NADH,H⁺. Cette étape est commune à la respiration et à la fermentation.
Le cycle de Krebs : Le pyruvate entre dans la mitochondrie et est transformé en Acétyl-CoA, qui entre dans le cycle de Krebs. Bilan par tour : 3 NADH,H⁺ + 1 FADH₂ + 1 ATP + 2 CO₂.
La chaîne respiratoire : Les coenzymes réduits (NADH,H⁺ et FADH₂) cèdent leurs électrons à la chaîne de transporteurs sur la membrane interne. L'énergie libérée permet la synthèse d'ATP par l'ATP synthase (phosphorylation oxydative). L'accepteur final d'électrons est l'O₂.
Bilan énergétique : La dégradation complète d'une molécule de glucose produit 36 à 38 ATP. Le rendement énergétique est d'environ 40%.
La fermentation : En absence d'O₂, la cellule utilise la fermentation. La fermentation alcoolique (levures) : glucose → 2 éthanol + 2 CO₂ + 2 ATP. La fermentation lactique (muscles) : glucose → 2 acide lactique + 2 ATP. Le rendement est beaucoup plus faible que la respiration.