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Diversité des métabolismes à l'échelle de la cellule

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Objectif

Comprendre les deux métabolismes cellulaires existants.

Points clés
  • Le métabolisme rend compte de l’ensemble des réactions biochimiques qui ont lieu dans la cellule pour assurer sa survie.
  • Il existe deux grands types de métabolismes chez les être vivants : l'hétérotrophie et l'autotrophie.
  • Les organismes hétérotrophes utilisent de la matière organique pour former leur propre matière organique.
  • Les organismes autotrophes fabriquent leur matière organique à partir de matière minérale que l’on retrouve uniquement chez les êtres photosynthétiques.
Pour bien comprendre
  • La cellule et ses organites
  • Molécules organiques / minérales
  • Organisme unicellulaire / pluricellulaire

Les cellules sont le siège de nombreuses réactions chimiques. Des molécules sont fabriquées et d'autres sont dégradées. Ces réactions chimiques permettent la reproduction et la croissance des êtres vivants.

On appelle métabolisme l'ensemble de ces réactions biochimiques.

Il existe deux grands types de métabolismes chez les être vivants :

  • l’hétérotrophie ;
  • l’autotrophie.
1. Les organismes hétérotrophes
L’hétérotrophie est le métabolisme des cellules animales, des cellules végétales non chlorophylliennes, des champignons et de certaines bactéries. Elle consiste à fabriquer des molécules organiques à partir d’autres molécules organiques prélevées dans l’environnement par l’alimentation.
Les molécules de départ peuvent aussi avoir été fabriquées par la cellule auparavant.

L’hétérotrophie est associée au phénomène de respiration cellulaire. La respiration cellulaire se déroule dans les mitochondries et permet aux cellules de produire l’énergie indispensable à la synthèse des molécules organiques par le biais d’une molécule appelée l’adénosine triphosphate (ATP). La respiration cellulaire correspond à la destruction de molécules de glucose par le dioxygène (O2). Outre la production d’énergie, elle aboutit aussi à la formation de molécules de dioxyde de carbone (CO2) et de molécules d’eau (H2O).


Hétérotrophie dans une cellule non chlorophyllienne

Équation de la réaction :
glucose (C6H12O6) + dioxygène (O2) → dioxyde de carbone (CO2) + eau (H2O)

Exemple : le métabolisme des levures.
Une étude de la croissance de levures est faite sur 4 milieux différents (voir tableau ci-dessous). L’observation d’une croissance cellulaire signifie que les cellules ont trouvé tous les éléments essentiels à leurs développement.
  Milieu A Milieu B Milieu C Milieu D
Eau distillée 1 000 mL 1 000 mL 1 000 mL 1 000 mL
Sels minéraux - 3,75 g 3,75 g -
MO - 30 g - 30 g

Observations :

  • Une croissance cellulaire est observée pour les milieux B et D.
  • Les points communs à ces deux milieux sont l’eau distillée et l’ajout de matière organique.

Conclusion :
La croissance des levures est dépendante de la présence de matière organique dans le milieu de culture ce qui est caractéristique des organismes possédant un métabolisme hétérotrophe.

2. Les organismes autotrophes
L’autotrophie est le métabolisme des cellules végétales chlorophylliennes (et de certaines bactéries). Elle consiste à fabriquer des molécules organiques à partir de substances minérales uniquement qui sont prélevées dans l’environnement (eau et sels minéraux dans la terre ; CO2 dans l’air).

L’autotrophie est associée au phénomène de photosynthèse qui se déroule dans les chloroplastes. La photosynthèse permet aux cellules chlorophylliennes de fabriquer de l’amidon à partir de CO2 prélevé dans l’air par les feuilles et de molécules d'H2O prélevées dans le sol. Cette synthèse aboutit également à la production d’O2. Elle nécessite de l’énergie. Les cellules chlorophylliennes utilisent celle de la lumière (Soleil).

Équation de la réaction :
dioxyde de carbone (CO2) + eau (H2O) → amidon + dioxygène (O2)

L’amidon est ensuite dégradé dans les mitochondries afin de permettre aux cellules chlorophylliennes de produire l’énergie dont elles ont besoin pour fabriquer les autres substances organiques. Donc les cellules autotrophes « respirent » comme les cellules hétérotrophes.


Autotrophie dans une cellule chlorophyllienne
Exemple : le métabolisme des euglènes (algues unicellulaires).
Une étude de la croissance des euglènes est faite sur 4 milieux différents (voir tableau ci-dessous). L’observation d’une croissance cellulaire signifie que les cellules ont trouvé tous les éléments essentiels à leur développement.
  Milieu A Milieu B Milieu C Milieu D
Eau distillée 1 000 mL 1 000 mL 1 000 mL 1 000 mL
Sels minéraux - 3,75 g 3,75 g -
MO - 30 g - 30 g

Toutes les cultures ont été réalisées à la lumière.

Observations :

  • Une croissance cellulaire est observée pour les milieux B et C.
  • Les points communs à ces deux milieux sont l’eau distillée et les sels minéraux.

Conclusion :
La croissance des euglènes n’est pas dépendante de la présence de matière organique mais bien de celle de sels minéraux dans le milieu de culture à la lumière. Ce qui est caractéristique des organismes possédant un métabolisme autotrophe.

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