le métabolisme cellulaire

2. Des voies métaboliques différentes pour produire de l'énergie

1. Des métabolismes différents selon les molécules utilisées

3. Des voies métaboliques interconnectées

2.A

1.A

3A

Le Métabolisme cellulaire

La respiration cellulaire

Au sein d'un organisme

2.B

La fermentation

3B

Le métabolisme hétérotrophe

Introduction

2.C

1.B

+ INFO

Le rôle des enzymes

2.D

Au sein d'un écosytème

Le métabolisme autotrophe

Voie métabolique

pour aller plus loin

Introduction

Le fonctionnement d’une cellule nécessite de nombreuses réactions chimiques qui constituent le métabolisme de la cellule. Selon la nature des molécules prélevées, on distingue deux types de métabolismes : le métabolisme hétérotrophe et le métabolisme autotrophe.

Problématique générale : Comment les cellules assurent-elles leurs besoins fonctionnels ?

1. Des métabolismes différents selon les molécules utilisées

1.A. Les cellules hétérotrophes

Problème: Qu’est-ce qu’une cellule hétérotrophe ?

+ INFO

1. Des métabolismes différents selon les molécules utilisées

1.B. Les cellules autotrophes

Problème: Qu’est-ce qu’une cellule autotrophe?

O2 CO2

O2

Matière minérale prélevée dans l'environnement (CO2, H2O)

Photosynthèse

Matière organique

synthèse de nouvellesmolécules

transportée par la sève

+ INFO

2. Des voies métaboliques différentes pour produire de l'énergie

2.A. La respiration cellulaire

Problèmes : Qu’est-ce que la respiration cellulaire, à quoi sert-elle ? Quels sont les organites spécialisés dans la respiration cellulaire et donc nécessaire à la production d’énergie ?

O2 CO2

O2 CO2

Matière organique prélevée dans l'environnement

Respiration

Respiration

synthèse de nouvelles molécules

Matière organique

synthèse de nouvellesmolécules

transportée par la sève

+ INFO

2. Des voies métaboliques différentes pour produire de l'énergie

2.B. La fermentation

Problème : Qu’est ce que la fermentation, à quoi sert-elle ?

Molécule organique

Dioxyde de carbone

Ethanol

+ INFO

2. Des voies métaboliques différentes pour produire de l'énergie

2.C. Le rôle des enzymes

Problèmes : Quels sont les organites spécialisés dans la photosynthèse ? Qu’est-ce qu’une enzyme ?

O2 CO2

O2

matière minérale prélevée dans l'environnement (CO2, H2O)

Respiration

Photosynthèse

Matière organique

+ INFO

synthèse de nouvellesmolécules

transportée par la sève

2. Des voies métaboliques différentes pour produire de l'énergie

2.D. La voie métabolique

Problème : Qu’est ce qu'une voie métabolique?

+ INFO

3. Des voies métaboliques interconnectées

3.A. Au sein d'un organisme.

Problèmes: Est-ce qu’un organisme chlorophyllien peut aussi posséder des cellules hétérotrophes ? Comment se font les échanges entre ces deux types de cellules ?

cellule autotrophe

Molécules minérales

Photosynthèse

Respiration

Energie

Matière organique

Respiration

+ INFO

Energie

cellule hétérotrophe

3. Des voies métaboliques interconnectées

3.B. Au sein d'un écosystème.

Problème : Y-a-t-il des échanges entre les différents organismes ?

+ INFO

Une voie métabolique: C’est une succession de réactions/transformations biochimiques transformant une molécule en une autre. Le produit d’une réaction étant lui-même le substrat de la réaction suivante.

LLa 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 d’enzymes spécifiques. Les enzymes constituent une famille de molécules dont la présence accélère des réactions chimiques spécifiques (on parle alors de catalyseurs). Ainsi, grâce à certaines enzymes spécifiques, les réactions de la photosynthèse (donc la production de glucose à partir de CO2 et de H2O), de la respiration cellulaire et de la fermentation sont possibles. Sans la présence de ces molécules spécialisées et de ces organites spécialisés, ni la photosynthèse, ni la respiration cellulaire, ni la fermentation, ne pourraient avoir lieu. La fermentation, la respiration et la photosynthèse dépendent donc de l’équipement en organites et en enzymes des cellules.

Au sein d’un écosystème, les êtres vivants échangent de la matière et de l’énergie avec leur 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 (végétaux chlorophylliens verts). 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.

Le métabolisme autotrophe

Le métabolisme autotrophe se caractérise par l’utilisation exclusive de molécules minérales, comme le CO2 ou l’ H2O, afin de produire de la matière organique dans la cellule. . Ainsi, les molécules de CO2 et de H20 sont transformées en molécules de glucose (C6H1206) en présence de lumière. On parle alors de photosynthèse. C’est le métabolisme utilisé par les cellules végétales chlorophylliennes.

Certaines cellules, comme les levures ou certaines bactéries, utilisent la fermentation pour produire de l’énergie à partir de molécules organiques, comme le glucose (comme pour la respiration). Elle 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. Cependant la fermentation n’est possible que grâce à la présence d’enzymes spécifiques à celle-ci.

Centre des maladies métaboliques héréditairesLes maladies héréditaires du métabolisme concernent des pathologies génétiques liées à une perturbation d'une réaction biochimique dans le corps. Ces réactions interviennent dans la dégradation et la synthèse des différents constituants de notre corps: protéines, sucres et graisses et sont en relation avec l'alimentation. Certaines de ces maladies sont traitables par un régime alimentaire. D’autres sont traitées en remplaçant l’enzyme déficiente. Le but du centre est de permettre une prise en charge multidisciplinaire de ces patients.

Au sein d’un organisme pluricellulaire comme un végétal chlorophyllien, il existe donc 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 …).

Le métabolisme hétérotrophe se caractérise par l’utilisation de molécules organiques prélevées dans l'environnement afin de répondre aux besoins fonctionnels de la cellule. C’est le métabolisme utilisé par les cellules animales, les cellules végétales non chlorophylliennes (ex : cellules de racine) et les cellules de champignons, ou encore les levures (unicellulaire).

Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour leur fonctionnement. Celle-ci peut être produite par le biais de la respiration cellulaire au cours de laquelle des molécules organiques (le glucose en particulier) sont consommées en présence d’O2, tandis que du CO2 est produit. La respiration cellulaire nécessite la présence de mitochondries (organites spécialisés dans la respiration) mais aussi d'enzymes spécialisées. La respiration cellulaire se réalise dans les cellules autotrophes et hétérotrophes. Donc les levures respirent ainsi que les euglènes.