Les activités cellulaires se traduisent par des synthèses à partir de molécules organiques préexistantes, des destructions, des mouvements, des émissions de chaleur et la création de potentiels électriques.Toutes ces activités nécessitent un apport d’énergie.
Elles sont couplées à des réactions chimiques faisant intervenir des intermédiaires métaboliques, en particulier l’ATP ( adénosine triphosphate ).
Les activités cellulaires nécessitent une source d’énergie.
L’utilisation de l’ATP dans la cellule
L’ATP est une molécule énergétique intermédiaire dans les réactions métaboliques au sein de la cellule.
Les synthèses de molécules organiques à partir de molécules préexistantes consomment, la plupart du temps, de l’ATP.
L’ATP intervient dans le mouvement cellulaire.
L’énergie chimique de l’ATP est convertie en énergie mécanique au niveau du complexe actine-myosine (myofibrilles), ce qui permet la contraction des fibres musculaires.
Dans les cellules animales, l’ATP permet les mouvement des flagelles des spermatozoïdes.
Dans les cellules végétales, il permet le mouvement du cytoplasme ( ou cyclose) qui entraîne les chloroplastes et les autres organites autour de la vacuole centrale.
Dans tous ces exemples, des éléments du cytosquelette interviennent. Ils sont composés de microtubules et de protéines motrices.
Le stockage de l’ATP
Dans les cellules, l’ATP ne constitue pas une réserve énergétique:
- sa quantité reste faible;
- sa consommation est permanente
- il doit donc être constamment renouvelé.
Les modalités de régénération de l’ATP dans les cellules
La respiration, un processus efficace
Le métabolisme utilise les molécules organiques telles que le glucose comme source d’énergie.
Une oxydation partielle dans le cytosol: la glycolyse
Cette première étape de l’oxydation d’une molécule de glucose aboutit à la formation de deux ions pyruvates: CH3 COCOO-.
Elle conduit à la réduction de deux composés intermédiaires selon l’équation:
R’+ 2H+ + 2e- => R’H2
L’énergie libérée par l’oxydation d’une molécule de glucose permet la régénération de deux adenosines triphosphates (ATP) à partir de deux adenosines diphosphates (ADP) et de deux ions hydrogénophosphates.
La régénération de l’ATP est ainsi couplée aux réactions d’oxydation du glucose.
L’oxydation complète dans les mitochondries en présence de dioxygène
Dans la matrice mitochondriale, les ions pyruvates subissent une suite de décarboxylations oxydatives.
L’oxydation d’un ion pyruvate conduit à la production de 3 molécules de dioxyde de carbone.
Elle s’accompagne de la formation de 5 composés réduits R’H2. L’énergie libérée par l’oxydation d’un ion pyruvate aboutit à la régénération d’un ATP. Il y a donc production à partir d’une molécule de glucose de 4 ATP et 12 R’H2.
Au niveau des crêtes mitochondriales, les composés réduits R’H2 sont oxydés par le dioxygène.
Ces crêtes, remplis de la membrane interne, renfermant la chaîne respiratoire.
Les réactions d’oxydoréduction successives libèrent l’énergie nécessaire à la régénération de la plus grande partie de l’ATP.
En fin des réactions, l’oxydation des composés réduits aboutit à la réduction du dioxygène en molécules d’eau.
L’oxydation des 12 R’H2 nécessite 6 molécules de dioxygène et produit 32 ATP.
Lors de la respiration, l’oxydation complète d’une molécule de glucose se déroule selon l’équation-bilan
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ⇒ 6CO2 + 12H2O
Elle permet la production de 36 ATP.
En absence de dioxygène, la fermentation permet une régénération peu efficace de l’ATP
La fermentation se déroule exclusivement dans le cytosol. En réduisant le pyruvate, elle permet la réoxydation des composés R’H2 formés lors de la glycolyse.
Dans la fermentation alcoolique, la réduction de l’acide pyrique conduit à la formation d’éthanol, composé organique organique encore oxydable.
Cette voie métabolique de dégradation du pyruvate ne régénère aucun nouvel ATP que les 2 produits au cours de la glycolyse.
2 pyruvates + 2R’H2 ⇒ 2 éthanol + 2R’ + 2 CO2.
La glycolyse est la première étape commune à la respiration et aux fermentations, la fermentation rend ainsi possible une vie sans oxygène.
Les compartiments de la cellule eucaryote sont spécialisés dans les réactions du métabolisme.
Ils présentent un équipement enzymatique spécifique. Le noyau dirige la synthèse des enzymes nécessaires au métabolisme de la cellule.
Chloroplastes et mitochondries proviennent de bactéries qui se seraient associés en symbiose avec une cellule eucaryote ancestrale: c’est l’endosymbiose.
Mise en evidence
Les glycolyse est la première étape commune à la respiration et aux fermentations.
Lors de la respiration, l’oxydation complète d’une molécule de glucose se déroule selon l’équation bilan:
6O2 + C6H12O6 ⇒ 6CO2 + 6H2O.
Elle permet la régénération de 36 ATP.
Lors de la fermentation, l’oxydation incomplète d’une molécule de glucose ne permet la régénération que de 2 ATP ( ceux produits par la glycolyse) :
C6H12O6 ⇒ 2C2H5OH + 2CO2.
La fermentation permet une vie sans dioxygène.
La fermentation alcoolique correspond au métabolisme anaérobie, elle est moins efficace que la respiration qui correspond à un métabolisme aérobie.
