La production d’énergie est essentielle pour tous les êtres vivants, y compris pour nos chers micro-organismes du levain, tout comme nous! C’est ce à quoi servent la fermentation et la respiration. grâce à cette énergie, les êtres vivants peuvent réaliser toutes les fonctions vitales, de la croissance à la reproduction. Il existe deux catégories d’êtres vivants : les hétérotrophes et les autotrophes, chacun ayant des méthodes spécifiques pour produire de l’énergie.
Les Deux Catégories d’Êtres Vivants
Les hétérotrophes
Ce sont des organismes qui se nourrissent de matière organique provenant d’autres organismes vivants. Les animaux et les champignons en font partie. Ils dépendent donc d’autres êtres vivants pour obtenir les nutriments nécessaires à leur survie et leur croissance. Par exemple, les animaux consomment des plantes ou d’autres animaux pour obtenir des glucides, des protéines et des lipides, qui sont ensuite convertis en énergie.
Les autotrophes
Ceux-là, en revanche, sont capables de produire de la matière organique à partir de matière minérale. Par exemple, les plantes et certaines bactéries réalisent la photosynthèse, utilisant la lumière du soleil et le CO2 atmosphérique pour produire du glucose et de l’oxygène. Le glucose est ensuite utilisé comme source d’énergie. Un autre groupe d’autotrophes comprend les organismes qui réalisent la chimiosynthèse, comme certaines bactéries vivant dans des environnements extrêmes (fonds marins, sources chaudes), produisant de l’énergie par oxydation de substances inorganiques comme le sulfure d’hydrogène.
La Production d’Énergie chez les Hétérotrophes
Les bactéries et levures du levain sont hétérotrophes, c’est pourquoi nous nous intéressons spécifiquement à cette catégorie. Donc, parmi les hétérotrophes, il existe deux façons principales de convertir la matière organique en énergie : la fermentation et la respiration.
La Fermentation
Dans un milieu sans oxygène, certaines cellules produisent l’énergie nécessaire à leur survie par la fermentation. C’est une oxydation incomplète du glucose (ou autre matière organique). Par exemple, les levures réalisent la fermentation alcoolique, produisant de l’éthanol et du dioxyde de carbone. Ce processus est utilisé depuis des millénaires pour fabriquer… Et, oui, vous l’aurez deviné: du pain, de la bière, du vin et autres délicieux produits fermentés. Dans les muscles humains, lorsque l’oxygène vient à manquer pendant un effort intense, les cellules musculaires peuvent produire de l’acide lactique par fermentation pour continuer à générer de l’énergie, bien que ce soit moins efficace et que l’accumulation d’acide lactique provoque une sensation de brûlure.
La Respiration
En présence d’oxygène, la plupart des cellules produisent de l’énergie par la respiration. C’est une oxydation totale du glucose, beaucoup plus efficace que la fermentation. Ce processus se déroule en plusieurs étapes et produit une grande quantité d’ATP (adénosine triphosphate), la molécule énergétique de la cellule. La respiration a lieu dans les mitochondries des cellules eucaryotes. Elle comprend trois étapes principales : la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne de transport des électrons. Chacune de ces étapes contribue à la libération d’énergie utilisable par la cellule.
Les Voies Métaboliques
La voie métabolique de la respiration comprend plusieurs étapes :
- Glycolyse : La première étape se déroule dans le cytoplasme et transforme une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate, produisant une petite quantité d’ATP et de NADH (une molécule transportant des électrons).
- Cycle de Krebs : Le pyruvate entre dans les mitochondries et est dégradé en dioxyde de carbone. Ce cycle libère encore plus de NADH et de FADH2, ainsi qu’une petite quantité d’ATP.
- Chaîne de Transport des Électrons : Les électrons des molécules de NADH et FADH2 sont transférés à travers une série de complexes protéiques dans la membrane mitochondriale, produisant une grande quantité d’ATP. L’oxygène joue un rôle crucial ici, acceptant les électrons à la fin de la chaîne et se combinant avec des protons pour former de l’eau.
La voie métabolique de la fermentation, en revanche, se limite à la glycolyse et une ou deux étapes supplémentaires, produisant des sous-produits encore riches en énergie, comme l’éthanol ou l’acide lactique. Par exemple, les bactéries lactiques réalisent la fermentation lactique, utilisée dans la production de yaourts, de certains fromages, mais aussi du pain!
Respiration, fermentation et reproduction chez les bactéries et levures du levain
Les bactéries et les levures présentes dans le levain peuvent utiliser à la fois la respiration et la fermentation pour produire de l’énergie, ce qui leur permet de s’adapter à divers environnements.
Respiration et reproduction des bactéries et levures du levain
En présence d’oxygène (respiration aérobie), les bactéries et les levures du levain utilisent la respiration pour une oxydation complète du glucose, produisant une grande quantité d’ATP, l’énergie nécessaire à leurs activités cellulaires. De même, la levure Saccharomyces cerevisiae peut respirer lorsqu’il y a de l’oxygène disponible.
Les bactéries comme Lactobacillus sanfranciscensis qui respirent en présence d’oxygène obtiennent plus d’énergie, ce qui favorise une reproduction rapide par division binaire. En présence d’oxygène, la levure Saccharomyces cerevisiae respire et produit beaucoup d’énergie, ce qui accélère sa reproduction par bourgeonnement.
Fermentation et reproduction des bactéries et levures du levain
En l’absence d’oxygène, ces organismes utilisent la fermentation pour produire de l’ATP. La fermentation est une oxydation incomplète du glucose, produisant moins d’ATP, mais permettant quand même la survie et la croissance. Par exemple, les bactéries lactiques comme Lactobacillus sanfranciscensis fermentent pour produire de l’acide lactique, tandis que Saccharomyces cerevisiae produit de l’éthanol.
En absence d’oxygène, Lactobacillus sanfranciscensis fermente, produisant moins d’énergie mais suffisamment pour leur croissance et division cellulaire. Ces bactéries produisent de l’acide lactique, ce qui contribue à l’acidité du levain et favorise une bonne fermentation du pain. En absence d’oxygène, Saccharomyces cerevisiae fermente, produisant de l’éthanol et de l’ATP. Bien que moins efficace énergétiquement, la fermentation permet une croissance et une reproduction suffisantes, contribuant au levain en produisant des gaz qui aèrent la pâte.
Conclusion
En résumé, les bactéries et les levures présentes dans le levain peuvent respirer et fermenter pour produire de l’énergie, ce qui leur permet de se reproduire dans différentes conditions environnementales. La respiration, plus efficace, favorise une reproduction plus rapide, tandis que la fermentation reste suffisante pour la croissance et la division en absence d’oxygène. Ces processus sont essentiels pour la formation d’un levain actif et sain, indispensable pour la préparation du pain au levain.