Fermentation et Respiration Anaérobie

En l'absence d'oxygène, les microorganismes conservent l'énergie par fermentation, qui équilibre l'état redox en interne, ou par respiration anaérobie, qui utilise des accepteurs d'électrons terminaux alternatifs.

Definition

La fermentation est un catabolisme anaérobie, équilibré en électrons, qui conserve l'énergie par phosphorylation au niveau du substrat sans accepteur d'électrons externe, tandis que la respiration anaérobie conserve l'énergie par transport d'électrons vers un accepteur autre que l'oxygène.

Scope

Ce sujet aborde les principes de la fermentation et ses principales voies, y compris les fermentations lactique, alcoolique et acido-mixte ; la diversité des respirations anaérobies utilisant des accepteurs tels que le nitrate, le sulfate, le fer ferrique et le dioxyde de carbone ; ainsi que la signification écologique et appliquée du métabolisme anaérobie. Il met en contraste l'énergétique de ces stratégies avec la respiration aérobie.

Core questions

• Comment les cellules conservent-elles l'énergie lorsque l'oxygène est indisponible ?
• Quels produits caractérisent les principales voies de fermentation ?
• Quels accepteurs d'électrons alternatifs soutiennent la respiration anaérobie ?
• Pourquoi les stratégies anaérobies produisent-elles généralement moins d'énergie que la respiration aérobie ?

Key concepts

• Fermentation et équilibre redox interne
• Fermentations lactique, alcoolique et acido-mixte
• Accepteurs d'électrons alternatifs
• Respiration du nitrate, du sulfate et du carbonate
• Rendement énergétique du métabolisme anaérobie versus aérobie

Mechanisms

Dans la fermentation, un substrat est partiellement oxydé et ses électrons sont transférés à un intermédiaire organique, régénérant les transporteurs d'électrons et produisant de l'ATP par phosphorylation au niveau du substrat ; il en résulte des produits de fermentation caractéristiques. Dans la respiration anaérobie, les électrons circulent à travers une chaîne de transport vers un accepteur inorganique ou organique autre que l'oxygène, générant une force proton-motrice ; étant donné que ces accepteurs ont des potentiels de réduction inférieurs à ceux de l'oxygène, moins d'énergie est généralement conservée.

Clinical relevance

Le métabolisme anaérobie est central à de nombreux processus industriels et environnementaux, y compris la production d'aliments fermentés, de boissons et de biocarburants, le fonctionnement des habitats anaérobies tels que les sédiments et l'intestin, et le cycle global de l'azote et du soufre par des réductions respiratoires.

History

Les études de Louis Pasteur au XIXe siècle ont établi la fermentation comme un processus biologique réalisé par des microorganismes vivants en l'absence d'air, et des travaux ultérieurs ont caractérisé les nombreuses formes de respiration anaérobie qui exploitent des accepteurs d'électrons alternatifs dans les environnements anoxiques.

Key figures

• Louis Pasteur
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

En quoi la fermentation diffère-t-elle de la respiration anaérobie ?

Les deux se produisent sans oxygène, mais la fermentation équilibre les électrons en interne en utilisant une molécule organique comme accepteur final et produit de l'ATP par phosphorylation au niveau du substrat, tandis que la respiration anaérobie fait passer les électrons à travers une chaîne de transport vers un accepteur externe tel que le nitrate ou le sulfate, générant une force proton-motrice.