Cours : Le métabolisme des cellules

Introduction : 

La cellule est la plus petite unité structurale et fonctionnelle du vivant. Chaque cellule Eucaryotes possède de nombreux organites dans leur cytoplasme, ce qui assure les différentes fonctions. En revanche, toutes les cellules sont capables de réaliser de nombreuses réactions chimiques (transformations moléculaires). L’ensemble de ces réactions est appelé métabolisme et constitue une des bases pour que les êtres vivants fonctionne.

Problème : Comment définir le métabolisme du vivant ? Quels relations existent-ils entre un être humain et son microbiote  ? Existe-t-il des différences entre humains ? Le microbiote peut-il évoluer dans le temps, peut-il guérir certaines pathologie ?

I- Notion de métabolisme    

A- Définitions

Métabolisme : Ensemble des processus de transformation de matière et d’énergie par la cellule ou l’organisme.

B- Les différents types de métabolisme

Dans le cas où le métabolisme concerne des réactions d’édification de matière, des molécules sont élaborées en consommant de l’énergie. On parle alors d’anabolisme. Exemple : la photosynthèse est un anabolisme. Du sucre (C6H12O6 = le glucose) est élaboré grâce à un apport d’énergie et à partir de molécule plus simple que sont le dioxyde de carbone et l’eau.

Dans le cas où le métabolisme concerne des réactions de dégradation de matière, des molécules sont détruites en produisant de l’énergie. On parle alors de catabolisme. Exemple : la respiration ou la fermentation constituent des catabolismes. Du sucre (C6H12O6 = le glucose) est dégradé entièrement ou partiellement pour produire de l’énergie.

Les voies métaboliques constituent des successions de réactions biochimiques. Elles sont nombreuses et très généralement, sont sous la dépendance de molécules produites par la cellule appelées enzymes, ou encore qualifiées de biocatalyseurs.

Définition : Une enzyme est une protéine produite par la cellule, déterminée génétiquement et spécialisée dans l’accomplissement et l’accélération d’une réaction chimique. 

II- Le type d’organite et le métabolisme correspondant  

A-  La production de matière organique 

a- chloroplastes dans des cellules végétales de feuille       b- schéma d’un chloroplaste (ac-dijon.fr)

Les chloroplastes sont les organites grâce auxquels les végétaux peuvent réaliser la photosynthèse.

Ainsi, les végétaux sont des organismes autotrophes., c’est à dire qui produisent de la matière organique à partir de matière minérale. La photosynthèse est le mécanisme responsable de la production de glucose (matière organique) à partir de dioxyde de carbone et d’eau (matière minérale) et grâce à l’énergie lumineuse.

Equation bilan : 

Chloroplaste

6 CO2 + 6 H2O ——————————> C6H12O6 + 6 O2 

Energie lumineuse

            Dioxyde de carbone   eau                               glucose         dioxygène

B-  La production d’énergie : 2 types de stratégies.

Les organismes qui produisent leur matière organique à partir d’autre matière organique sont qualifiés d’hétérotrophes. C’est le cas des champignons et des animaux. Par contre, tous les organismes produisent de l’énergie, y compris les cellules végétales. Il existe 2 types de production d’énergie par catabolisme : 

1- Soit pour des cellules eucaryotes gourmandes en énergie.

Les mitochondries sont les organites spécialisés dans la production d’énergie. Le mécanisme est la respiration cellulaire et permet de dégrader une molécule de glucose afin de produire de l’énergie qui peut être utilisée. La dégradation est complète et ne laisse comme déchets que du dioxyde de carbone et de l’eau.

Equation bilan : 

Mitochondrie    

C6H12O6 + 6 O2 ———————> 6 CO2 + 6 H2O + Energie 

glucose         dioxygène       Dioxyde de carbone   eau

2- Soit pour des bactéries ou pour des cellules eucaryotes dans des situations particulières

Les petits organismes, comme les bactéries, ou les cellules eucaryote en anoxie ou en l’absence de mitochondrie, peuvent produire de l’énergie en utilisant un autre catabolisme : la fermentation. Le glucose est la molécule de départ, mais contrairement à la respiration, la molécule n’est pas intégralement dégradée et est transformée en alcool par exemple.

Equation bilan : 

Cytoplasme   

C6H12O———————> 2 C2H6O  + 2 CO2 + Energie 

glucose                   Ethanol            Dioxyde de carbone

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