Pour réaliser leurs fonctions, les cellules ont besoin de différentes molécules et aussi d’énergie.
Cette énergie est contenue dans la molécule d’ATP.
L’ATP, comme toutes les molécules nécessaires à la vie cellulaire, est synthétisée dans les cellules par des ensembles de réactions chimiques successives que l’on appelle des métabolismes énergétiques.
Rappels sur les réactions chimiques
–>Comment les réactions métaboliques permettent-elles la production d’ATP et de matière organique ?
–>D’où viennent les réactifs ? Que deviennent les produits ?
I- Différents métabolismes permettent de produire énergie et molécules
Il existe 3 principaux métabolismes qui permettent de fabriquer de l’ATP :
- Photosynthèse : 6 CO2 + 6 H2O —> 1 C6H12O6 + 6 O2 + ATP
- Respiration cellulaire : 6 O2 + 1 C6H12O6—> 6 CO2+ 6 H2O + 36 ATP
- Fermentation alcoolique :1 C6H12O6 —> 2 C2H6O (éthanol) + 2 CO2 + 2 ATP
A- Métabolismes autotrophes et hétérotrophes
Il existe 2 types de matière : minérale et organique.
La matière organique est composée des atomes C+ H+ O au minimum.
On classe les métabolismes selon la source de matière (c’est à dire selon les réactifs) :
- Si la source de matière est uniquement minérale, le métabolisme est autotrophe
- Si la source de matière est organique, le métabolisme est hétérotrophe
La respiration cellulaire et la fermentation sont des métabolismes hétérotrophes (car le glucose, qui est un de leur réactif est une molécule organique)
La photosynthèse est un métabolisme autotrophe car ses réactifs (CO2 et H2O) sont des molécules minérales
Pour réaliser leurs métabolismes, les cellules utilisent des réactifs qui proviennent du milieu extérieur .
Ainsi, lorsque la composition de ce milieu change, le métabolisme d’une même cellule peut changer.
Par exemple : la levure réalise la respiration cellulaire en milieu oxygéné et la fermentation en milieu désoxygéné.
La luminosité du milieu influence aussi le métabolisme car la photosynthèse ne peut se faire qu’à la lumière.
Les réactions chimiques sont aussi influencées par la température du milieu : plus la température diminue, plus le métabolisme ralentit.
C- Métabolismes et flux de matière
Chaque métabolisme a lieu dans un organite particulier (voir II).
Les réactifs sont puisés dans le cytoplasme et les produits sont rejetés dans le cytoplasme. Ainsi, à l’intérieur d’une cellule, des flux de matière ont lieu.
Cela est vrai aussi à l’échelle d’un écosystème : les organismes autotrophes et hétérotrophes s’échangent de la matière nécessaire à leurs métabolismes respectifs.
Par exemple, les végétaux qui font la photosynthèse rejettent du dioxygène dans l’air. Ce dioxygène est récupéré par les êtres vivants qui font la respiration cellulaire, qui rejettent eux même du dioxyde de carbone utilisé par les végétaux.
Schéma flux de matière
II- Métabolismes, enzymes et spécialisation cellulaire
Dans les cellules, les réactions chimiques sont accélérées par des molécules de la famille des protéines que l’on appelle les enzymes.
Ces molécules accélèrent les réactions chimiques en se liant aux réactifs et en favorisant les conditions permettant les réactions.
Sans les enzymes, les réactions chimiques sont trop lentes pour être compatibles avec la vie.
(–> Le fonctionnement des enzymes est traité en classe de 1ere – spécialité SVT)
Une cellule peut réaliser un ou plusieurs métabolismes en fonction des enzymes qu’elle possède
- La photosynthèse ne peut avoir lieu que dans les cellules ayant des chloroplastes, car ils contiennent les enzymes indispensables à la photosynthèse
- La respiration cellulaire ne peut avoir lieu que dans les cellules ayant des mitochondries, car elles contiennent les enzymes permettant les réactions chimiques de la respiration
- La fermentation a lieu dans le cytoplasme car les enzymes fermentaires y sont localisées
Les métabolismes ne peuvent donc se réaliser que si la cellule possède les enzymes adaptées, dans les organites adaptés.