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Les voies empruntées par notre corps pour digérer ce que nous consommons peuvent être considérées comme le métabolisme. Nous devons comprendre ces processus parce qu'ils opèrent en permanence dans notre corps, nous permettent de fonctionner et font circuler les nutriments dans les différents organismes pour maintenir l'équilibre de notre écosystème.
Alors, plongeons dans les voies métaboliques!
- Tout d'abord, nous verrons la définition d'une voie métabolique.
- Ensuite, nous explorerons les différents types de voies métaboliques.
- Ensuite, nous examinerons un tableau montrant quelques voies métaboliques.
- Enfin, nous verrons quelques exemples impliquant des voies métaboliques.
Définition des voies métaboliques
Commençons par examiner la définition d'une voie métabolique.
Une voie métabol ique est une série de réactions chimiques interconnectées par des intermédiaires dans un organisme vivant.
Les intermédiaires sont des produits chimiques intermédiaires qui sont fabriqués à partir de la réaction de départ lorsque l'on considère le métabolisme dans son ensemble.
Lemétabolisme peut être considéré comme l'ensemble des changements chimiques qui se produisent au sein d'un organisme vivant.
Le mot métabolisme dérive du mot grec "metabolismos", qui signifie changement. Ce changement fait référence à tous les processus chimiques qui se produisent à l'intérieur du corps.
Lesvoies métaboliques consistent généralement en une séquence de réactions activées par des enzymes où le produit de la réaction précédente devient le point de départ ou le réactif de la réaction suivante.
Lesenzymes sont des protéines qui accélèrent ou catalysent les réactions chimiques dans le corps.
Lesprotéines sont des composés organiques qui remplissent des fonctions essentielles telles que le transport de matières, le contrôle de processus physiologiques comme la croissance, l'accélération de réactions chimiques, le stockage de choses, etc. Elles sont constituées de molécules plus petites appelées acides aminés qui peuvent être liés entre eux pour former des polypeptides.
Lescomposés organiques sont des composés qui contiennent principalement du carbone et qui peuvent entretenir la vie. Les composés organiques sont aussi généralement constitués d'hydrogène, d'oxygène ou d'azote.
Les principales voies métaboliques consistent principalement en la synthèse de composés organiques qui contribuent à la reproduction, à la croissance cellulaire, à la réparation, à l'absorption d'énergie, etc.
Types de voies métaboliques
Il existe trois types de voies métaboliques que tu dois connaître : les voies anaboliques, cataboliques et amphiboliques .
Les voiesanaboliques sont des voies qui nécessitent de l'énergie pour construire des molécules, comme le montre la figure 1. Par exemple, l'accumulation de glucides est un exemple de voie anabolique.
Lesvoies cataboliques créent de l'énergie en décomposant les molécules, comme le montre la figure 1. La dégradation des glucides est un exemple de voie catabolique.
Lesvoies amphiboliques sont des voies qui comprennent à la fois des processus anaboliques et cataboliques.
L'une des voies métaboliques les plus importantes peut impliquer la décomposition ou l'accumulation de composés organiques appelés hydrates de carbone afin de synthétiser de l'énergie pour notre corps.
Glucides sont des composés organiques constitués d'hydrogène, de carbone et d'oxygène qui stockent de l'énergie. Ils constituent la principale source d'énergie de l'organisme.
Pour se rappeler que les voies cataboliques impliquent la décomposition des molécules, il suffit de penser que le c de catabolique signifie "couper" les molécules. En revanche, anabolique serait le contraire de catabolique.
Figure 1 : Types de voies métaboliques. Daniela Lin, StudySmarter Originals.
Un autre exemple de voie anabolique est la fabrication de sucre à partir de dioxyde de carbone ou la construction de polypeptides à partir d'acides aminés. La décomposition des acides aminés en leurs intermédiaires, en revanche, est un exemple de voie catabolique.
Tableau des voies métaboliques
Il existe une tonne de voies métaboliques, dont certaines sont représentées dans le tableau ci-dessous (figure 2). Faisons donc un tour d'horizon de certaines des voies métaboliques les plus importantes chez l'homme :
| Nom du processus | Type de voie d'accès | Description du processus |
| Glycogénèse | Anabolique | Ce processus implique la formation de glycogène à partir de glucose ou de sucre. |
| Glycolyse | Catabolique | La glycolyse est le processus de décomposition du glucose. |
| Gluconéogenèse | Anabolique | La gluconéogenèse est la formation de glucose à partir d'éléments non glucidiques. Cela se produit lorsque notre corps n'a pas assez de glucose ou d'hydrates de carbone. |
| Oxydation des acides gras | Catabolique | Processus de décomposition des acides gras en produit pour démarrer le cycle de l'acide citrique. |
| Cycle de l'acide citrique (cycle de Kreb ou cycle de l'acide tricarboxylique) | Amphibolique | Commence par le produit de la glycolyse et le réduit en NADH (nicotinamide adénine dinucléotide). |
| Phosphorylation oxydative (chaîne de transport d'électrons) | Catabolisme | Processus de synthèse de l'ATP par la dégradation des transporteurs d'électrons. |
| Voie des pentoses phosphates (PPP) | Amphibolique | Elle décompose un intermédiaire de la glycolyse pour fabriquer des composants importants pour l'ARN et l'ADN. |
| Cycle de l'urée | Catabolique | Élimine l'ammoniac toxique de l'organisme en le décomposant en urée qui est ensuite excrétée dans l'urine. |
Les définitions essentielles pour comprendre les processus dans le tableau ci-dessus et pour les prochaines sections sont :
Leglycogène est un polysaccharide utilisé par les animaux, les champignons et les bactéries pour stocker de l'énergie. Le glycogène est constitué de nombreuses molécules de glucose liées entre elles. En revanche, le glucose, un monosaccharide, est la forme la plus simple de sucre à partir de laquelle les glucides peuvent être construits.
Lespolysaccharides sont des glucides auxquels sont liés plusieurs acides aminés.
LeNADH ou nicotinamide adénine dinucléotide est un coenzyme qui agit comme un transporteur d'énergie en transférant des électrons d'une réaction à l'autre. Le NADPH fait la même chose que le NADH, mais il est impliqué dans la photosynthèse.
\(\text {FADH}_2\) ou flavine adénine dinucléotide est un coenzyme qui agit comme un transporteur d'énergie, tout comme le NADH. Nous utilisons parfois la flavine adénine dinucléotide à la place du NADH parce qu'une étape du cycle de l'acide citrique n'a pas assez d'énergie pour réduire le NAD+.
Un coenzyme ou cofacteur est un composé qui n'est pas une protéine et qui aide une enzyme à fonctionner.
L'oxydation se produit lorsqu'un réactif perd des électrons au cours d'une réaction chimique. En comparaison, la réduction se produit lorsqu'un réactif gagne des électrons au cours d'une réaction chimique.
L'ATP, ou adénosine triphosphate, est un composé organique qui fournit de l'énergie à nos cellules.
Lesacides gras sont les éléments constitutifs des lipides, les composés organiques qui stockent l'énergie et constituent la membrane cellulaire. Les huiles et les cires sont des exemples de lipides.
ADN signifie acide désoxyribonucléique. Il s'agit d'une molécule à double brin qui transporte l'information génétique des organismes vivants.
ARN signifie acide ribonucléique. Il s'agit d'une molécule simple brin fabriquée à partir de l'ADN qui synthétise les protéines.
Si le tableau ci-dessus ne montrait pas à quel point le métabolisme est complexe, la figure 2, elle, le montre bien ! À l'œil, cela ressemble juste à un fouillis de lignes, mais ces lignes représentent les connexions de tous les réactifs, intermédiaires et produits des processus interconnectés. Notre corps fait vraiment beaucoup pour nous garder en vie !
Figure 2 : Illustration des voies métaboliques dans le corps. Daniela Lin, StudySmarter Originals.
Es-tu déjà submergé par le tableau d'ensemble ? Ne t'inquiète pas ! Ensuite, nous allons examiner certains des exemples les plus importants de voies métaboliques pour mieux comprendre le métabolisme.
Exemples de voies métaboliques
Examinons deux des processus les plus vitaux qui permettent aux organismes vivants d'obtenir de l'énergie et de la décomposer pour l'utiliser : la photosynthèse et la respiration cellulaire.
La photosynthèse est une voie anabolique
La photosynthèse est le processus que les plantes utilisent pour produire de l'énergie.
Laphotosynthèse est un processus anabolique global parce que les plantes obtiennent l'énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone (\(CO_2\)) en glucose (\(C_6H_{12}O_6\)) ou en sucre.
Les plantes utilisent ces sucres pour leurs propres besoins, mais nous pouvons consommer les plantes pour obtenir leur énergie. La réaction globale de la photosynthèse est la suivante :
$$ 6CO_2+ 6H_2O + \text{énergie solaire} \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2 $$
Les étapes de la photosynthèse sont :
1. Réactions dépendantes de la lumière : L'énergie solaire est convertie en énergie chimique sous forme d'ATP et de NADPH.
Les complexes protéiques et les molécules de chlorophylle des photosystèmes produisent ensemble de l'énergie chimique.
Étant donné que de l'énergie chimique est formée sous forme d'ATP et de NADPH, ce processus est anabolique.
2. Réactions indépendantes de la lumière ou cycle de Calvin : Utilise l'énergie chimique des réactions dépendantes de la lumière pour former du glucose.
Comme le glucose est formé à partir d'ATP et de NADPH, ce processus est également anabolique.
La respiration cellulaire est une voie catabolique
Ensuite, nous avons la respiration cellulaire.
Larespiration cellulaire est le processus que nous utilisons pour décomposer le glucose en énergie, ce qui en fait un processus catabolique global.
La réaction globale de la respiration cellulaire est la suivante
\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \longrightarrow 6CO_2+ 6H_2O + \text {énergie chimique}\)
Les étapes de la respiration cellulaire sont les suivantes :
1. Glycolyse : La glycolyse est le processus de décomposition du glucose, ce qui en fait un processus catabolique.
La glycolyse commence par le glucose et finit par se décomposer en pyruvate.
La conversion ou l'oxydation du pyruvate issu de la glycolyse en acétyl-COA, un cofacteur essentiel.
Ce processus est catabolique puisqu'il implique l'oxydation du pyruvate en acétyl-COA.
3. Cycle de l'acide citrique (TCA ou cycle de Kreb) :
Commence par le produit de l'oxydation du pyruvate et le réduit en NADH (nicotinamide adénine dinucléotide).
Ce processus est amphibolique ou à la fois anabolique et catabolique.
La partie catabolique se produit lorsque l'acétyl-COA est oxydé en dioxyde de carbone.
La partie anabolique se produit lorsque le NADH et le \(\text {FADH}_2\) sont synthétisés.
4. Phosphorylation oxydative :
La phosphorylation oxydative implique la décomposition des transporteurs d'électrons NADH et \(\text {FADH}_2\) pour produire de l'ATP.
La dégradation des transporteurs d'électrons en fait un processus catabolique.
Remarque que les réactions globales de la respiration cellulaire et de la photosynthèse sont presque opposées. En effet, les plantes utilisent l'énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone que d'autres organismes rejettent par la respiration cellulaire en glucose, que nous décomposons pour obtenir de l'énergie.
Simultanément, les plantes libèrent également de l'oxygène que nous utilisons pour respirer et effectuer la respiration cellulaire. Le glucose décomposé nous permet d'utiliser l'énergie chimique sous forme d'ATP, qui peut fournir de l'énergie pour de nombreux processus cellulaires. Ce "cycle de la vie", illustré à la figure 3, est essentiel à la survie.
Figure 3 : Comparaison des processus métaboliques. Daniela Lin, StudySmarter Originals.
N'oublie pas qu'il existe d'autres processus métaboliques qui ne sont pas aérobies ou qui n'impliquent pas d'oxygène. Ces processus sont appelés processus anaérobies, comme la fermentation. Le métabolisme anaérobie peut décomposer les glucides pour obtenir de l'énergie en l'absence d'oxygène.
Les scientifiques pensent que les processus anaérobies comme la glycolyse ont évolué il y a de nombreuses années, lorsqu'il n'y avait pas d'oxygène dans l'atmosphère. Malgré la complexité du métabolisme, les organismes vivants partagent toujours certaines voies indiquant notre histoire évolutive commune.
Voies métaboliques - Principaux enseignements
- Une voie métabolique est une série de réactions chimiques reliées par des intermédiaires.
- Les voies métaboliques existent parce que les cellules doivent effectuer des réactions chimiques pour maintenir les fonctions corporelles qui te permettent de rester en vie. Ces processus transforment ce que nous mangeons et buvons en énergie pour que notre corps fonctionne.
- Les voies anaboliques sont des voies qui nécessitent de l'énergie pour construire des molécules. Par exemple, la photosynthèse est une voie anabolique importante.
- Les voies cataboliques sont des voies qui créent de l'énergie en décomposant des molécules. Par exemple, la respiration cellulaire est une voie catabolique majeure.
- Les voies amphiboliques sont des voies qui comprennent à la fois des processus anaboliques et cataboliques.
Références
- https://openoregon.pressbooks.pub/nutritionscience/chapter/3b-photosynthesis-and-metabolism/
- http://www.metabolicpathways.teithe.gr/?part=all〈=fr
- https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/metabolic-pathway
- http://homepage.ufp.pt/pedros/bq/integration.htm#:~:text=Dans%20les%20humains%2C%20les%20plus%20importants,la%20glycolyse%20et%20le%20cycle%20acide%20citrique.
- https://openstax.org/books/biology-2e/pages/8-3-using-light-energy-to-make-organic-molecules
- https://openstax.org/books/biology-2e/pages/6-1-energy-and-metabolism
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