Métabolisme

Chapitre 3 : Le métabolisme des cellules

Comment sont assurés les besoins des cellules ?

Activité de rappel : les besoins nutritifs des végétaux verts et production de matière. Mise en évidence des sucres dans des végétaux (canne à sucre, igname, banane...)

Les végétaux ont besoin d’eau, de minéraux, de CO₂ (dioxyde de carbone) en présence de lumière pour se nourrir. Ils produisent de la matière organique comme des sucres et du O₂ (dioxygène).

C’est la photosynthèse :

6H₂O + 6CO₂ + lumière→ 6O₂ + C₆H₁₂O₆ (glucose)

Elle a lieu dans les feuilles, vertes car elles contiennent de la chlorophylle qui permet de capter la lumière.

L’eau provient du sol et monte par les racines et le long de la tige dans des vaisseaux conducteurs formés par des cellules spécialisées (parois en spirale) jusqu’aux feuilles ; c’est la sève brute.

Nous avons montré la présence de glucose dans les feuilles (grâce aux bandelettes-test de glucose), dans la tige (en grande quantité dans la canne à sucre), les fruits et les racines.

Ce glucose circule dans la plante dans des vaisseaux conducteurs de sève élaborée.

Les végétaux peuvent concentrer le glucose sous forme d’amidon, dans les fruits ou les racines. Nous avons mis en évidence l’amidon grâce à l’eau iodée (=lugol) qui se colore en bleu-violet foncé.

Schéma

Les réserves produites sous forme d’amidon servent pour la reproduction (graines) ou pour passer la saison sèche (ou froide) et repousser en saison humide (tubercules).

Les végétaux chlorophylliens n’ont besoin pour se nourrir et produire de la matière organique que de matière minérale et de lumière trouvée dans le milieu : ce sont des organismes autotrophes.

Activité de rappel 2 : nutrition et respiration des êtres vivants ; mise en évidence de la respiration-ExAO

Les végétaux, comme les animaux respirent : ils utilisent le glucose pour produire de l’énergie nécessaire à leur fonctionnement :

C’est la respiration :

C₆H₁₂O₆ (glucose) + 6O₂→6H₂O + 6CO₂ + énergie

Pour produire leur propre matière, les animaux consomment de la matière organique produite par d’autres êtres vivants : ce sont des organismes hétérotrophes.

Comment les réactions du métabolisme sont-elles contrôlées ?

Activité : Etude de la localisation des réactions du métabolisme

Les expériences avec les levures (p.43) montrent que la respiration cellulaire se déroule en deux étapes :

- utilisation du glucose et formation de pyruvate dans le cytoplasme,

- utilisation du O₂ et production de CO₂ dans les mitochondries pour produire de l’énergie.

Les mitochondries sont les organites intervenant dans la respiration cellulaire.

Les expériences de Calvin et Benson (p.44) montrent que la production de glucose par les végétaux se fait en plusieurs étapes avec des molécules intermédiaires comme l’APG et le RUBP.

L’observation de chloroplastes à la lumière et à l’obscurité montre production d’amidon, polymère de glucose lorsque les végétaux sont éclairés.

Les chloroplastes sont les organites intervenant dans la photosynthèse.

Activité : Comment expliquer l’albinisme ? Etude de la production de la mélanine

Les personnes atteintes d’albinisme possèdent une mutation dans la séquence d’ADN correspondant au gène de la tyrosinase. Cette enzyme intervient dans la réaction chimique permettant la formation de mélanine, pigment coloré de la peau. En l’absence de tyrosinase, la mélanine ne peut pas se former, les personnes ont la peau très claire.

Cette étude permet de montrer l’importance des enzymes dans les réactions du métabolisme.

Le métabolisme s’effectue par étapes : les différentes voies métaboliques sont des successions de réactions chimiques dont le produit d’une réaction devient le substrat d’une autre. Chacune de ces réactions est contrôlée par une enzyme spécifique.

Les enzymes sont des protéines fabriquées par la cellule grâce à son information génétique. Chaque enzyme est le résultat de l’expression de son gène (le gène est «lu» pour fabriquer la protéine). Des modifications de la séquence d’ADN (mutations) peuvent entraîner un changement de forme de l’enzyme et la rendre non fonctionnelle, ce qui bloque la voie métabolique et aboutit parfois à des anomalies ou des maladies.

Le métabolisme d’une cellule est directement déterminé par les enzymes qu’elle synthétise et donc par son génome.

L’essentiel :

Le métabolisme correspond à l'ensemble des réactions chimiques qui se produisent dans une cellule (ou un organisme).

Le métabolisme d’une cellule dépend directement des organites et des enzymes de la cellule, le tout contrôlé par l’expression de l’ADN.

Schéma fonctionnel :

Présentez les échanges entre des cellules d’organismes autotrophes et hétérotrophes entre elles et avec leur milieu.