Le métabolisme des cellules

Activité - Expérimenter sur le métabolisme autotrophe du géranium

Activité - Expérimenter sur le métabolisme hétérotrophe des levures

Activité - Comparer les voies métaboliques des cellules autotrophes et hétérotrophes

• Le métabolisme est l’ensemble des transformations biochimiques réalisées dans une cellule. Il dépend notamment des organites et des enzymes qu’elle possède.

• Les cellules chlorophylliennes ont un métabolisme autotrophe : elles réalisent la photosynthèse dans les chloroplastes grâce à l’énergie lumineuse :

énergie lumineuse + dioxyde de carbone + eau → matière organique + dioxygène

• Les cellules hétérotrophes prélèvent de la matière organique dans leur environnement. La respiration cellulaire, réalisée dans les mitochondries, permet de fournir de l’énergie utilisable par la cellule :

glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau + énergie utilisable

• En absence de dioxygène, les levures peuvent réaliser une fermentation alcoolique dans le cytoplasme. Les voies métaboliques possibles dépendent donc de l’équipement de la cellule et des conditions du milieu.

1. Le métabolisme correspond à l’ensemble des transformations biochimiques d’une cellule

Toutes les cellules réalisent en permanence des transformations chimiques indispensables à leur fonctionnement. L’ensemble de ces transformations constitue le métabolisme cellulaire.

Ces transformations sont organisées en différentes voies métaboliques, c’est-à-dire des successions de réactions chimiques. Elles permettent notamment de fabriquer ou de dégrader des molécules et de fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule.

Les réactions métaboliques sont facilitées par des enzymes, qui sont des protéines permettant la réalisation des réactions chimiques dans les conditions cellulaires.

Le métabolisme d’une cellule dépend donc notamment de son équipement enzymatique et des organites qu’elle possède.

2. La photosynthèse est une voie métabolique autotrophe

Les cellules chlorophylliennes des végétaux peuvent réaliser la photosynthèse. Cette voie métabolique permet de produire de la matière organique à partir de matière minérale grâce à l'énergie lumineuse.

Le géranium absorbe ainsi du dioxyde de carbone (CO₂) dans l'air et de l'eau (H₂O) provenant du sol. Grâce à l'énergie lumineuse, ses cellules chlorophylliennes utilisent ces molécules pour produire de la matière organique, notamment du glucose, et libèrent du dioxygène (O₂).

On peut résumer la photosynthèse par :

Dioxyde de carbone + eau → matière organique + dioxygène

en présence de lumière

Une partie du glucose produit peut notamment être transformée et stockée sous forme d’amidon.

Comme la cellule chlorophyllienne est capable de produire sa matière organique à partir de matière minérale, son métabolisme est qualifié d’autotrophe.

3. Les chloroplastes permettent la réalisation de la photosynthèse

La photosynthèse ne peut être réalisée que par les cellules possédant l’équipement nécessaire. Chez le géranium, elle se déroule dans les chloroplastes, organites présents dans les cellules chlorophylliennes des feuilles.

Les chloroplastes contiennent notamment de la chlorophylle, un pigment capable de capter une partie de l’énergie lumineuse.

Ils contiennent également les enzymes nécessaires aux différentes réactions de la photosynthèse.

L'équipement cellulaire détermine donc les capacités métaboliques d'une cellule :

• Cellule possédant des chloroplastes → photosynthèse possible

• Cellule sans chloroplaste → photosynthèse impossible

La photosynthèse illustre ainsi les échanges de matière et d’énergie entre une cellule et son environnement : la cellule prélève de l’eau et du CO₂, reçoit de l’énergie lumineuse et produit de la matière organique et du dioxygène.

4. La respiration et la fermentation sont des voies métaboliques hétérotrophes

Contrairement aux cellules chlorophylliennes, les levures ne possèdent pas de chloroplastes. Elles ne peuvent donc pas fabriquer leur matière organique par photosynthèse à partir d’eau et de CO₂.

Elles doivent prélever de la matière organique, par exemple du glucose, dans leur environnement : leur métabolisme est hétérotrophe.

Le glucose peut alors être utilisé par différentes voies métaboliques permettant de fournir de l’énergie à la cellule.

En présence de dioxygène, les levures peuvent réaliser la respiration cellulaire. Cette voie consomme notamment du glucose et du dioxygène et produit du dioxyde de carbone et de l’eau tout en fournissant de l’énergie utilisable par la cellule.

Glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau + énergie utilisable

En absence de dioxygène, les levures peuvent réaliser la fermentation alcoolique. Le glucose est alors transformé notamment en éthanol et en dioxyde de carbone, avec libération d’énergie utilisable par la cellule.

Glucose → éthanol + dioxyde de carbone + énergie utilisable

La respiration et la fermentation sont donc deux voies métaboliques différentes permettant aux levures d’exploiter l’énergie chimique contenue dans la matière organique.

5. Les voies métaboliques dépendent de l’équipement des cellules

Les différentes voies métaboliques ne se déroulent pas nécessairement dans les mêmes compartiments de la cellule.

Chez les cellules eucaryotes, la respiration cellulaire fait notamment intervenir les mitochondries, tandis que la fermentation se déroule dans le cytoplasme. La photosynthèse se déroule quant à elle dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes.

Ces voies nécessitent également des enzymes spécifiques.

Ainsi, les capacités métaboliques d’une cellule dépendent à la fois :

• des organites qu’elle possède ;

• des enzymes qu’elle produit ;

• des molécules disponibles dans son environnement.

Une cellule ne peut donc réaliser que les voies métaboliques pour lesquelles elle possède l’équipement nécessaire.

6. Les cellules présentent des métabolismes différents et spécialisés

Toutes les cellules ne réalisent donc pas les mêmes transformations biochimiques.

Une cellule chlorophyllienne de géranium peut réaliser la photosynthèse grâce à ses chloroplastes. Elle possède ainsi un métabolisme autotrophe lui permettant de fabriquer de la matière organique à partir de matière minérale.

Une levure, dépourvue de chloroplastes, doit au contraire prélever de la matière organique dans son environnement. Elle possède un métabolisme hétérotrophe et peut utiliser le glucose par respiration ou fermentation.

Le métabolisme dépend donc du type cellulaire, de son équipement et des conditions du milieu.

Cette diversité des métabolismes participe à la spécialisation fonctionnelle des cellules : chaque type de cellule réalise les transformations biochimiques correspondant à son équipement et à ses fonctions.

Équipement cellulaire (organites + enzymes) + conditions du milieu → voies métaboliques possibles → fonctionnement de la cellule.

1. Qu’est-ce que le métabolisme d’une cellule ?

A. L’ensemble des transformations biochimiques réalisées dans la cellule

B. L’ensemble des organites présents dans la cellule

C. La division de la cellule

D. Uniquement la production d’énergie

2. De quoi dépendent notamment les voies métaboliques possibles dans une cellule ?

A. Uniquement de sa taille

B. Uniquement de la quantité d’eau disponible

C. Des organites et des enzymes qu’elle possède

D. Du nombre de chromosomes qu’elle contient

3. Dans quel organite se déroule la photosynthèse ?

A. Le noyau

B. Le chloroplaste

C. La mitochondrie

D. Le cytoplasme

4. Quels sont les réactifs utilisés lors de la photosynthèse ?

A. Le glucose et le dioxygène

B. Le glucose et le dioxyde de carbone

C. Le dioxygène et l’eau

D. Le dioxyde de carbone et l’eau

5. Pourquoi le métabolisme des cellules chlorophylliennes est-il qualifié d’autotrophe ?

A. Elles fabriquent de la matière organique à partir de matière minérale

B. Elles prélèvent obligatoirement du glucose dans leur environnement

C. Elles ne réalisent aucune transformation biochimique

D. Elles utilisent uniquement du dioxygène

6. Dans quel organite se déroule principalement la respiration cellulaire ?

A. Le chloroplaste

B. Le noyau

C. La mitochondrie

D. Le cytoplasme

7. Quel bilan correspond à la respiration cellulaire ?

A. CO₂ + eau → glucose + O₂

B. Glucose + O₂ → CO₂ + eau + énergie utilisable

C. Glucose → O₂ + eau

D. CO₂ + O₂ → glucose + énergie utilisable

8. Une cellule hétérotrophe se caractérise notamment par le fait qu’elle :

A. réalise obligatoirement la photosynthèse

B. possède toujours des chloroplastes

C. fabrique toute sa matière organique à partir de CO₂

D. prélève de la matière organique dans son environnement

9. Que peuvent réaliser les levures en absence de dioxygène ?

A. Une fermentation alcoolique

B. Une photosynthèse

C. Une respiration utilisant davantage de dioxygène

D. Une production de chloroplastes

10. Où se déroule la fermentation alcoolique chez les levures ?

A. Dans les mitochondries

B. Dans les chloroplastes

C. Dans le cytoplasme

D. Dans le noyau

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