1A2-Le métabolisme des cellules

Plan du chapitre

• Introduction et problématique
• I – La respiration cellulaire
• II – La photosynthèse
• III – Les fermentations
• IV – Les enzymes et le métabolisme
• V – Métabolisme, équipement métabolique et condiitons du milieu
• Exercices

Exercice d’entrainement réalisés à partir du cours fournie à une intelligence artificielle (Nolej IA)

Ce site a été réalisé par Mme et Mr ESTHER

Introduction

Les êtres vivants du microbiote intestinal vivent dans des conditions très différentes les unes des autres. Certaines en présence de dioxygène, d’autres non, certaines en présence de nutriments, certaines dans des conditions acides, etc.  Il en est de même dans l’ensemble du monde vivant : selon les conditions du milieu, ils n’ont pas accès aux mêmes ressources (lumière, nutriment, eau, etc.).

On donc peut se demander comment les êtres vivants parviennent à produire l’énergie qui permet leur survie dans ces conditions très variées.

On appelle métabolisme l’ensemble des réactions chimiques permettant à un organisme de produire de l’énergie.

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1 – La respiration cellulaire

A – Description du métabolisme

Par ExAO, on peut mesurer les échanges gazeux entre des êtres vivants et leur milieu.

On a réalisé ce type d’expérience pour des levures (champignons unicellulaires eucaryotes) et on a constaté une consommation de dioxygène (O₂) et un rejet de dioxyde de carbone (CO₂). Ces échanges sont plus marqués en présence de glucose.

Les levures ont un métabolisme nommé « respiration », lié à de nombreuses réactions chimiques. L’équation bilan de ces réactions est :

O₂ + C₆H₁₂O₆    ->  CO₂ + H₂O

On observe ce métabolisme chez un grand nombre d’êtres vivants : animaux, végétaux, champignons, bactéries, etc.

Pour réaliser ces métabolismes, les êtres vivants prélèvent le dioxygène directement dans le milieu ou via des organes respiratoires. Le glucose et les autres nutriments sont prélevés directement dans le milieu ou grâce à des organes digestifs.

Les êtres vivants ayant pour métabolisme la respiration sont dit hétérotrophes car ils consomment de la matière organique produite par d’autres êtres vivants.

B – Le rôle des mitochondries

Chez les eucaryotes, on observe dans les cellules des organites spécialisés qui jouent un rôle important dans la respiration : les mitochondries.

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2 – La photosynthèse

A – Description du métabolisme

On a réalisé des mesures ExAO avec des organismes végétaux (euglène ou … ). On a observé une consommation de dioxyde de carbone (CO₂) et un rejet de dioxygène (O₂) en présence de lumière.

Les végétaux ont un métabolisme nommé « photosynthèse ». L’équation bilan de ce métabolisme est :

Pour réaliser ces métabolismes, les êtres vivants prélèvent le dioxygène directement dans le milieu ou via des organes respiratoires. Le glucose et les autres nutriments sont prélevés directement dans le milieu ou par des organes digestifs. Les êtres vivants capables de réaliser la photosynthèse sont dits autotrophes car ils fabriquent eux-mêmes leur matière organique à partir de matière minérale.

B – Le rôle des chloroplastes

Les êtres vivants réalisant la photosynthèse ont des organites nommés chloroplastes dans leurs cellules. Ces chloroplastes contiennent de la chlorophylle et jouent un rôle important dans l’absorption de la lumière et dans la photosynthèse.

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3 – Les fermentations

On a remarqué que les levures réalisent un autre métabolisme que la respiration en absence de dioxygène. Elles consomment du glucose, rejettent de l’alcool (éthanol) et du CO₂. Ce métabolisme est la fermentation alcoolique.

Remarque : les réactions par des levures de fermentation sont utilisés dans l’industrie agro-alimentaire pour la fabrication du vin, de bière, du yaourt etc.

Des bactéries font un autre type de fermentation : la fermentation lactique. C’est la cas notamment des bactéries utilisées dans la fabrication du yaourt.

Question : comment expliquer que certains vivants, certaines cellules puissent faire un métabolisme mais pas un autre ?

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4 – Les enzymes et le métabolisme

Comme on l’a dit plutôt les métabolismes sont permis par un ensemble de réaction chimiques. Ces réactions chimiques sont réalisées grâce à des molécules fabriquées par l’être vivant : les enzymes.

Les enzymes sont des molécules favorisant l’efficacité des réactions chimiques, elles agissent comme des outils moléculaires. On peut utiliser une métaphore : les enzymes sont des « outils » moléculaires permettant aux cellules de réaliser leur métabolisme. Si une cellule ou un être vivant n’a pas les bons outils, il ne peut faire le métabolisme associé.

5 – Métabolisme, équipement métabolique et conditions du milieu

Certains êtres vivants ou certaines cellules sont capables de réaliser plusieurs métabolismes. Le métabolisme qu’ils mettent en place dépend :

• de leur équipement métabolique (présence ou absence de mitochondries/chloroplastes, présence des enzymes nécessaires pour réaliser les réactions chimiques) ;
• des conditions du milieu : présence de lumière, présence de nutriments, présence d’O2 (milieu aérobie), absence d’O2 (milieu anaérobie), température, pH, etc.

On peut prendre trois exemples :

• Les végétaux : selon la présence ou l’absence de lumière, les cellules des feuilles font soit de la photosynthèse et de la respiration ; soit de la respiration seulement.

• Les cellules musculaires de l’être humain : au début d’un effort physique, elles ont peu de dioxygène, elles font de la fermentation lactique ; si l’effort se prolonge, elles ont accès à plus de dioxygène, elles font donc de la respiration ;

• Les levures : en condition aérobie (présence d’O₂) elles font de la respiration, en condition anaérobie (absence d’O₂) elles font de la fermentation alcoolique (voir encadré ci-dessous)

Conclusion

On a vu trois grands exemples de métabolisme : respiration cellulaire, photosynthèse et fermentation. Il en existe de nombreux autres dans la nature.

Quelque soit le métabolisme réalisé, les êtres vivants utilisent les ressources de leur environnement pour produire l’énergie ce qui permet le fonctionnement de leurs cellules.

Ils rejettent dans l’environnement une partie des déchets de leur métabolisme. Les êtres vivants interagissent avec leur environnement et le modifient.

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à venir…