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Chapitre 2 : Le métabolisme des cellules

Le fonctionnement d’une cellule nécessite de nombreuses réactions chimiques qui constituent le métabolisme de la cellule. Parmi ces réactions, toutes les cellules doivent produire leur propre matière organique à partir des molécules qu’elles prélèvent. Selon la nature des molécules prélevées et selon l’origine de l’énergie indispensable à la production de nouvelles molécules, on distingue différents métabolismes.

I. Des métabolismes différents selon les molécules utilisées

Le métabolisme autotrophe se caractérise par l’utilisation exclusive de molécules minérales, comme le CO2 ou le H2O, pour la production de matière organique dans la cellule. Ainsi, les molécules de CO2 et de H20 sont transformées en molécules de glucose (C6H1206). C’est le métabolisme utilisé par les cellules végétales chlorophylliennes qui produisent leur matière organique au cours de la photosynthèse, réaction qui nécessite l’absorption de lumière.

La capacité des cellules végétales à réaliser la photosynthèse, donc à être autotrophes, s’explique par la présence des chloroplastes (organites où a lieu la photosynthèse) et de différentes molécules, appartenant à la famille des enzymes. Les enzymes constituent une famille de molécules dont la présence accélère des réactions chimiques spécifiques. Ainsi, grâce à certaines enzymes spécifiques, les réactions de la photosynthèse (donc la production de glucose à partir de CO2 et de H2O) sont possibles.

Le métabolisme hétérotrophe se caractérise par l’utilisation de molécules organiques par une cellules pour produire sa propre matière organique. C’est le métabolisme utilisé par les cellules animales, les cellules végétales non chlorophylliennes et les cellules de champignons (comme les levures), toutes ces cellules étant dépourvues de chloroplastes.

II. Des voies métaboliques différentes pour produire de l’énergie.

Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour leur fonctionnement. Celle-ci peut être produite par la respiration cellulaire au cours de laquelle des molécules organiques (le glucose en particulier) sont consommées en présence d’O2, cette réaction s’accompagne d’une production de CO2 . La respiration cellulaire nécessite la présence de mitochondries (organites spécialisés) et se réalise dans les cellules autotrophes et hétérotrophes.

Certaines cellules, comme les levures ou certaines bactéries, utilisent la voie de la fermentation pour produire de l’énergie également à partir de molécules organiques, comme le glucose. Cette réaction se déroule en absence d’O2 et de mitochondries. Au cours de la fermentation, les cellules produisent également du CO2 et des molécules secondaires, comme l’éthanol dans la fermentation alcoolique ou l’acide lactique dans la fermentation lactique.

Ces différentes réactions (respiration et fermentation) nécessitent la présence d’autres enzymes spécifiques.

Ainsi, les réactions métaboliques dans une cellule donnée dépendent de son équipement en organites et en enzymes.

Métabolismes hétérotrophe et autotrophe (Manuel Belin 2de-2019)

III. Des voies métaboliques interconnectées

(voir correction TD6 ci-dessous)

Au sein d’un organisme pluricellulaire comme un végétal chlorophyllien, il existe des échanges de matière et d’énergie entre les organes et donc entre les cellules. Ainsi, les matières minérales prélevées dans les racines et les feuilles sont acheminées vers les cellules chlorophylliennes autotrophes où se réalise la photosynthèse. Les molécules organiques produites par ces cellules autotrophes sont transportées vers les différentes cellules hétérotrophes qui vont utiliser ces molécules organiques pour leur fonctionnement (ex : fruits, tubercules …). Les métabolismes autotrophes et hétérotrophes sont donc interconnectés au sein de la plante.

Au sein d’un écosystème, les êtres vivants échangent de la matière et de l’énergie avec le milieu et les autres êtres vivants. Les organismes hétérotrophes (herbivores, carnivores, décomposeurs, champignons) consomment la matière organique qu’ils ont prélevée dans les organismes autotrophes. Tous ces êtres vivants, produisent par la respiration et la fermentation, des molécules minérales (CO2, H20) qui seront restituées au milieu, avant d’être prélevées par les organismes autotrophes. Les métabolismes autotrophes et hétérotrophes sont donc interconnectés au sein d’un même écosystème.

(Manuel Belin 2de – 2019)