La respiration cellulaire, réaction inverse

La photosynthèse fabrique du glucose ; encore faut-il en extraire l'énergie. C'est le rôle de la respiration cellulaire, qui fonctionne chez tous les êtres vivants — plantes comprises.

Le bilan, exactement inverse

   C₆H₁₂O₆  +  6 O₂   ->   6 CO₂  +  6 H₂O  +  ÉNERGIE (ATP)

Comparez avec la photosynthèse :

PHOTOSYNTHÈSE                       RESPIRATION
6 CO₂ + 6 H₂O + lumière             C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
      -> glucose + 6 O₂                   -> 6 CO₂ + 6 H₂O + ATP

STOCKE l'énergie                    LIBÈRE l'énergie
dans les CHLOROPLASTES              dans les MITOCHONDRIES
seulement les autotrophes           TOUS les êtres vivants
seulement à la lumière              en permanence

Les deux réactions ne s'annulent pas : elles forment un cycle, l'une remplissant le réservoir d'énergie chimique que l'autre vide.

L'ATP, la monnaie énergétique

L'énergie du glucose n'est pas utilisable telle quelle. La cellule la convertit en ATP, une molécule qui libère de l'énergie en perdant un groupement phosphate :

   ATP  ---->  ADP  +  Pi  +  énergie utilisable
        <----
      (recharge par la respiration)

L'ATP est une monnaie, pas une réserve : une cellule n'en stocke que quelques secondes de consommation. Un adulte en recycle environ son propre poids par jour — non pas en en fabriquant 70 kg, mais en réutilisant sans cesse les mêmes molécules.

1 glucose  ->  environ 30 ATP        (respiration, avec O₂)
1 glucose  ->  2 ATP                 (fermentation, sans O₂)

Le rapport est de quinze pour un. C'est ce qui explique que la vie complexe soit apparue après l'oxygénation de l'atmosphère : sans oxygène, le rendement énergétique interdit les organismes de grande taille.

Quand l'oxygène manque : la fermentation

RESPIRATION (avec O₂)              FERMENTATION (sans O₂)
glucose entièrement dégradé        dégradation incomplète
-> CO₂ + H₂O                       -> acide lactique (muscle)
                                   -> éthanol + CO₂ (levure)
30 ATP                             2 ATP

Lors d'un effort intense, l'apport d'oxygène ne suit plus : les muscles basculent en fermentation lactique. Le rendement s'effondre, l'acide lactique s'accumule, et l'effort ne peut être maintenu longtemps.

La fermentation alcoolique des levures, elle, est à l'origine du pain, de la bière et du vin — trois techniques millénaires exploitant l'incapacité d'un micro-organisme à respirer en milieu clos.

Ce qui circule dans la biosphère

        photosynthèse
   CO₂ -----------------> matière organique
    ^                            |
    |                            | respiration
    +----------------------------+

        O₂ suit le chemin inverse

Le carbone et l'oxygène tournent en boucle entre monde minéral et monde vivant. La seule chose qui ne tourne pas, c'est l'énergie : elle entre sous forme de lumière et sort sous forme de chaleur, en un flux à sens unique. Un écosystème recycle sa matière, jamais son énergie.

En résumé

• Respiration : glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + ATP, l'inverse de la photosynthèse.
• Elle a lieu dans les mitochondries, chez tous les êtres vivants, en permanence.
• L'ATP est la monnaie énergétique : recyclée en continu, jamais stockée longtemps.
• Respiration : 30 ATP par glucose ; fermentation : 2 ATP seulement.
• Sans oxygène : fermentation lactique (muscle) ou alcoolique (levure).
• La matière tourne en cycle ; l'énergie traverse en flux, de la lumière à la chaleur.