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Aperçu du métabolisme

Aperçu des processus métaboliques, du flux de l'énergie dans une cellule, de l'anabolisme et du catabolisme.

Introduction

Que se passe-t-il dans votre corps en ce moment ? Votre première réponse pourrait être que vous avez faim, que vos muscles sont douloureux parce que vous avez couru ou que vous vous sentez fatigués. Mais allons encore plus loin, au-delà de notre conscience, en regardant ce qui se passe dans vos cellules.
Si vous pouviez jeter un coup d’œil à l’intérieur de n’importe quelle cellule de votre corps, vous constateriez qu’il s’agit d’une concentration remarquable d’activité, plus comme un marché en plein air occupé qu'une pièce tranquille. Que vous soyez éveillé ou en train de dormir, de courir ou de regarder la télévision, l'énergie est transformée à l'intérieur de vos cellules, changeant de forme lorsque les molécules subissent des réactions chimiques qui vous maintiennent en vie et fonctionnel.

Aperçu du métabolisme

Les cellules exécutent constamment des milliers de réactions chimiques nécessaires afin de garder la cellule et le corps dans son ensemble en vie et en bonne santé. Ces réactions chimiques sont souvent reliées entre elles dans des chaînes de réaction ou au sein de processus. Toutes les réactions chimiques qui se produisent à l'intérieur d'une cellule sont collectivement appelées le métabolisme de la cellule.
Pour comprendre la complexité du concept de métabolisme, regardons le diagramme métabolique ci-dessous. Pour moi, cette concentration de lignes ressemble au plan d'un très grand système de métro, ou peut-être à une carte de circuit fantaisiste. En fait, c'est un diagramme des voies métaboliques de base d'une cellule eucaryote, tout comme les cellules qui composent le corps humain. Chaque ligne est une réaction, et chaque cercle est un réactif ou un produit.
Crédit Image : "Metabolism diagram", par Zlir'a (domaine public).
Dans le métabolisme de la cellule, certaines réactions chimiques libèrent de l'énergie et peuvent se produire spontanément (sans entrée d'énergie). Cependant, d'autres ont besoin d'énergie supplémentaire pour pouvoir se réaliser. Tout comme vous devez continuellement manger de la nourriture pour remplacer ce que votre corps utilise, les cellules ont besoin d'un flux continu d'énergie pour alimenter leurs réactions chimiques qui nécessitent de l 'énergie. En fait, la nourriture que vous mangez est la source d'énergie qu'utilisent vos cellules !
Pour rendre le concept de métabolisme plus concret, regardons deux processus métaboliques qui sont cruciaux pour la vie sur terre : ceux qui assemblent les sucres, et ceux qui les divisent.

Décomposer le glucose : la respiration cellulaire

Comme exemple de processus de libération d'énergie, voyons comment une de vos cellules peut décomposer une molécule de sucre (par exemple, à partir de ce bonbon que vous avez mangé pour le dessert).
De nombreuses cellules, y compris la plupart des cellules de votre corps, obtiennent de l'énergie à partir du glucose (C6H12O6) dans un processus appelé respiration cellulaire. Au cours de ce processus, la molécule de glucose est progressivement décomposée par de nombreuses petites étapes. Cependant, le processus a une réaction globale qu'on peut écrire comme suit :
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + énergie
La décomposition du glucose libère de l'énergie, qui est capturée par la cellule sous la forme d'adénosine triphosphate, ou ATP. L'ATP est une petite molécule qui permet aux cellules de stocker temporairement l'énergie.
Une fois composée, l'ATP peut être utilisé comme source d'énergie pour d'autres réactions qui ont lieu dans la cellule. Tout comme nous, les humains, utilisons de l'argent car il est plus facile de l'utiliser comme monnaie d'échange que de troquer chaque fois que nous avons besoin de quelque chose, la cellule utilise la molécule ATP comme moyen standardisé pour transférer de l'énergie. Pour cette raison, la molécule d'ATP est parfois appellée « monnaie énergétique» de la cellule.

Composer le glucose : la photosynthèse

Comme exemple de processus métabolique nécessitant de l'énergie, retournons ce dernier exemple et voyons comment une molécule de sucre est composée.
Les sucres comme le glucose sont fabriqués par les plantes dans un processus appelé photosynthèse. Dans la photosynthèse, les plantes utilisent l'énergie de la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone gazeux en molécules de sucre. La photosynthèse se divise en de nombreuses petites étapes, mais sa réaction globale correspond simplement à la réaction de respiration cellulaire à l'envers :
6CO2 + 6H2O + énergie C6H12O6 + 6O2
Comme nous, les plantes ont besoin d’énergie pour alimenter leurs processus cellulaires, de sorte que certains sucres sont utilisés par la plante elle-même. Ils peuvent également fournir une source de nourriture pour les animaux qui mangent la plante, comme l'écureuil ci-dessous. Dans les deux cas, le glucose sera décomposé par la respiration cellulaire, générant un ATP pour maintenir les cellules actives.
Crédit Image : OpenStax Biology. "Gland", modification du travail par Noel Reynolds; "Écureuil", modification du travail par Dawn Huczek.

Processus anaboliques et cataboliques

Les processus de composition et de décomposition des molécules de glucose sont tous deux des exemples de processus métaboliques. Un processus métabolique est une série de réactions chimiques connectées qui s'alimentent les unes les autres. Le processus démarre avec une ou plusieurs molécules et les transforment en produits par une série d'étapes intermédiaires.
Les processus métaboliques peuvent être largement répartis en deux catégories en fonction de leurs effets. La photosynthèse qui produit des sucres à partir de molécules plus petites, est un processus de composition ou anabolique. Par contre, la respiration cellulaire décompose le sucre en molécules plus petites, c'est donc un processus de "décomposition", ou catabolique.
Image modifiée à partir de OpenStax Biology.
Les processus anaboliques composent des molécules complexes à partir de molécules plus simples et ont généralement besoin d'un apport d'énergie. La composition de glucose à partir du dioxyde de carbone en est un exemple. Parmi les autres exemples, citons la synthèse de protéines à partir d'acides aminés ou encore la constitution de brins d'ADN à partir des nucléotides (blocs d'acide nucléique). Ces processus biosynthétiques sont essentiels à la vie de la cellule, ont lieu constamment et utiliser l'énergie transportée par l'ATP et d'autres molécules de stockage d'énergie de courte durée.
Les processus cataboliques consistent en la décomposition des molécules complexes en molécules plus simples et libèrent généralement de l'énergie. L'énergie stockée dans les liaisons des molécules complexes, telles que le glucose et les graisses, est libérée lors du processus catabolique. Elle est ensuite récoltée et stockée sous des formes qui permettent d'alimenter le travail de la cellule (par exemple, à travers la synthèse de la molécule d'ATP).
Une dernière remarque importante : les réactions chimiques dans les processus métaboliques ne se font pas automatiquement, sans guide. Chaque étape de réaction dans un processus est facilitée ou catalysée par une protéine appelée enzyme. Vous pouvez en apprendre plus sur les enzymes et la manière dont elles contrôlent les réactions biochimiques dans enzymes.

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