En biologie, la respiration anaérobie est le processus métabolique par lequel les cellules produisent de l’énergie chimique sans utiliser d’oxygène. C’est un type de respiration cellulaire, une partie essentielle du métabolisme et la source de toute la croissance, la reproduction et la réparation qui se produisent dans les cellules. La glycolyse, qui convertit le sucre en molécules énergétiques, est le principal type de voie anaérobie que l’on trouve dans la plupart des organismes. Le métabolisme anaérobie facilite d’importants échanges chimiques entre les organismes et l’environnement, comme le cycle de l’azote.
Tous les organismes vivants utilisent de l’énergie pour alimenter leur croissance et leur reproduction. La respiration cellulaire est un type de métabolisme cellulaire qui extrait l’énergie biochimique de divers produits chimiques nutritifs et la convertit en ATP, la molécule universelle de transfert d’énergie. La respiration anaérobie est le type de respiration cellulaire qui se produit dans les cellules qui n’utilisent pas de molécules d’oxygène dans leur métabolisme. La principale voie chimique de la respiration anaérobie – en dehors des bactéries ingérant des métaux extrêmes – est la glycolyse, qui divise une molécule de sucre simple glucose en deux molécules d’acide pyruvique, produisant deux molécules d’ATP dans le processus.
La respiration aérobie – utilisant de l’oxygène – est plus courante que l’anaérobie dans la plupart des organismes supérieurs, qui dépendent efficacement de l’oxygène pour la respiration. Elle produit beaucoup plus d’ATP — 38 molécules — que la glycolyse, qui n’en produit que deux. Dans les premières périodes de l’évolution de la vie sur terre, cependant, il n’y avait pas suffisamment d’oxygène dans l’atmosphère pour que les cellules se métabolisent, elles se sont donc appuyées sur diverses autres molécules pour produire de l’énergie de manière anaérobie. Les organismes primitifs, y compris les plus anciennes bactéries et créatures survivantes vivant dans les sources chaudes et au fond de l’océan, en dépendent toujours ; beaucoup d’entre eux mourront s’ils sont exposés à l’oxygène.
Les humains et les autres animaux utilisent à la fois la respiration aérobie et anaérobie. Ce dernier est important lors de courtes poussées d’activité musculaire, qui alimente le mouvement à l’aide de la glycolyse et produit de l’acide lactique. Si cet acide s’accumule, il en résulte des douleurs musculaires et des crampes. Certaines levures incorporent un type particulier de respiration anaérobie – la fermentation – dans leur métabolisme. La fermentation digère les sucres et produit de l’alcool éthylique et certains gaz en tant que sous-produit; c’est la raison pour laquelle le pain lève, car les processus biochimiques de la levure modifient les réactions chimiques dans la pâte.
Les échanges élémentaires d’azote, de soufre et de carbone à la surface de la terre et dans l’atmosphère sont modérés par la respiration anaérobie. Par exemple, les protéines et autres composés biologiquement essentiels contiennent une grande quantité d’azote, qui est rejeté dans l’atmosphère par le métabolisme anaérobie bactérien. Lorsque certaines bactéries métabolisent des carburants sans oxygène, elles libèrent également du méthane. Si cette fonction est utile en microbiologie et dans l’industrie pétrolière, la surproduction de méthane est un problème car il est autant un gaz à effet de serre que le dioxyde de carbone, lié au changement climatique.