AÉROBIOSE & ANAÉROBIOSE

Conditions bioénergétiques de l'utilisation d'oxygène

On peut considérer qu'un être vivant diffère d'un être inerte par sa faculté d'assimilation, c'est-à-dire d'autosynthèse à partir de matériaux, relativement simples, prélevés sur le milieu extérieur : les aliments.

L'être vivant possède une organisation extrêmement poussée qui consiste essentiellement en :

1. une machinerie très complexe, constituée de catalyseurs protéiques, les enzymes, répartis dans les différents organites cellulaires et capables d'assurer, dans des conditions de milieu relativement étroites, un très grand nombre de réactions chimiques.

2. une information, dite « génétique », constituée par les molécules d'acide désoxyribonucléique, contenant le plan extrêmement détaillé de la fabrication des composants élémentaires, de l'assemblage défini de ces composants dans l'espace, de la programmation de ces opérations dans le temps, de leur régulation en fonction des circonstances.

La vie consiste ainsi en l'élaboration de cette information et de cette machinerie, selon cette information et par cette machinerie, à partir des aliments, substances minérales pour les « autotrophes », petites molécules organiques pour les « hétérotrophes ». Cette élaboration nécessite de l'énergie, fournie par des réactions d' oxydoréduction.

Lavoisier ayant montré que l'oxygène atmosphérique intervient comme oxydant, assurant la combustion du carbone et de l'hydrogène des êtres vivants, il est a priori légitime de penser que l'oxygène intervient dans les processus énergétiques des phénomènes vitaux. Les progrès de la biochimie ont confirmé ce point de vue.

Ainsi on peut déjà admettre : que les organismes aérobies stricts ont une énergétique liée à des réactions d'oxydation faisant intervenir obligatoirement l'oxygène atmosphérique ; que les aérobies ou anaérobies facultatifs ont une énergétique pouvant faire intervenir l'oxygène atmosphérique ; que les anaérobies stricts ont une énergétique ne faisant certainement pas intervenir l'oxygène, ce gaz leur étant, de plus, toxique.

L'énergie chimique des liaisons pyrophosphates de l'adénosine triphosphate (ATP) constitue quasiment la seule forme d'énergie utilisable pour les processus vitaux. Ces liaisons sont formées par couplage avec les réactions d'oxydoréduction biologiques, à partir de l'ADP (adénosine diphosphate) et du phosphore minéral (Pi).

Ces réactions consistent en un transfert de pouvoir réducteur (protons et électrons) d'une molécule donneuse (réduite, elle s'oxyde) à une molécule acceptrice (oxydée, elle se réduit). Généralement, il existe une chaîne de transfert, avec un donneur initial, un accepteur final et un nombre plus ou moins grand d'intermédiaires. Chaque transfert, qui s'effectue des systèmes ayant les potentiels d'oxydoréduction les plus bas vers les systèmes ayant les potentiels les plus élevés, libère de l'énergie pouvant être utilisée pour la synthèse d'une molécule d'ATP.

Une telle séquence est figurée dans le schéma ci-dessus, dans lequel DH₂ figure le donneur initial, H₂ le pouvoir réducteur transféré, T₁, T₂, T_n les différents intermédiaires et A l'accepteur final.

Pour qu'un tel mécanisme puisse fonctionner, il est nécessaire que le donneur initial et l'accepteur final soient toujours disponibles. La forme réduite de l'accepteur tend à s'accumuler tandis que les transporteurs intermédiaires, toujours régénérés, peuvent être en quantités catalytiques.

L'oxygène atmosphérique est précisément l'un des accepteurs terminaux. La réduction de l'oxygène est catalysée par des enzymes nommés oxydases, le produit de réduction est[...]