Le métabolisme désigne l’ensemble des réactions chimiques qui ont lieu au sein d’un organisme et par lesquelles les molécules complexes sont décomposées pour produire de l’énergie et par lesquelles l’énergie est utilisée pour construire des molécules complexes. Un exemple de réaction métabolique est celle qui se produit lorsqu’une personne mange une cuillerée de sucre. Une fois dans l’organisme, les molécules de sucre sont décomposées en molécules plus simples, ce qui libère de l’énergie. Cette énergie est ensuite utilisée par le corps à des fins diverses, comme le maintien de la chaleur du corps et la construction de nouvelles molécules dans le corps.
Toutes les réactions métaboliques peuvent être réparties dans l’une des deux catégories générales suivantes : les réactions cataboliques et anaboliques. Le catabolisme est le processus par lequel les grosses molécules sont décomposées en molécules plus petites avec libération d’énergie. L’anabolisme est le processus par lequel l’énergie est utilisée pour construire des molécules complexes dont l’organisme a besoin pour se maintenir et se développer.
Le processus de digestion
Une façon de comprendre le processus du métabolisme est de suivre le parcours d’un nutriment typique lors de son passage dans le corps. Un nutriment est toute substance qui aide un organisme à rester en vie, à rester en bonne santé et à se développer. Trois grandes catégories de nutriments sont les glucides, les protéines et les graisses.
Mots à connaître
Anabolisme : Le processus par lequel l’énergie est utilisée pour construire des molécules complexes.
ATP (adénosine triphosphate) : Une molécule utilisée par les cellules pour stocker l’énergie.
Glucide : Composé constitué de carbone, d’hydrogène et d’oxygène que l’on trouve dans les plantes et qui sert de nourriture aux humains et aux autres animaux.
Catabolisme : Processus par lequel les grosses molécules sont décomposées en plus petites molécules avec libération d’énergie.
Liaison chimique : Une force d’attraction entre deux atomes.
Enzyme : Composés chimiques qui agissent comme des catalyseurs, augmentant la vitesse à laquelle les réactions ont lieu dans un organisme vivant.
Pool métabolique : La quantité totale de molécules simples formées par la dégradation des nutriments.
Nutriment : Substance qui aide un organisme à rester en vie, à rester en bonne santé et à se développer.
Protéine : Grosses molécules essentielles à la structure et au fonctionnement de toutes les cellules vivantes.
Supposons, par exemple, qu’une personne vient de manger un morceau de pain. Un nutriment important de ce pain est l’amidon, un glucide complexe. Dès que le pain entre dans la bouche d’une personne, la digestion commence à se produire. Les enzymes présentes dans la bouche commencent à décomposer les molécules d’amidon et à les convertir en molécules plus petites de substances plus simples : les sucres. Ce processus peut être observé facilement, car toute personne qui tient un morceau de pain dans sa bouche pendant un certain temps commence à reconnaître un goût sucré, le goût du sucre formé par la décomposition de l’amidon.
La digestion est une première étape nécessaire pour tous les aliments. Les molécules dont sont constitués les aliments sont trop grosses pour passer à travers la paroi du système digestif. La digestion entraîne la formation de molécules plus petites qui sont capables de passer à travers cette paroi et de pénétrer dans la circulation sanguine de la personne. Les molécules de sucre formées par la digestion de l’amidon entrent dans la circulation sanguine. Elles sont ensuite transportées vers les cellules individuelles dans tout le corps de la personne.
Les plus petites molécules en lesquelles les nutriments sont décomposés constituent le pool métabolique. Le pool métabolique est constitué des substances plus simples formées par la décomposition des nutriments. Il comprend les sucres simples (formés par la dégradation des glucides complexes), le glycérol et les acides gras (formés par la dégradation des lipides) et les acides aminés (formés par la dégradation des protéines). Les cellules utilisent les substances du pool métabolique comme matériaux de construction, tout comme un charpentier utilise du bois, des clous, de la colle, des agrafes et d’autres matériaux pour la construction d’une maison. La différence est, bien sûr, que les cellules construisent des parties du corps, et non des maisons, à partir des matériaux avec lesquels elles doivent travailler.
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Métabolisme cellulaire
Les substances qui composent le pool métabolique sont transportées vers les cellules individuelles par la circulation sanguine. Elles traversent les membranes cellulaires et pénètrent à l’intérieur de la cellule. Une fois à l’intérieur d’une cellule, un composé subit un nouveau métabolisme, généralement dans une série de réactions chimiques. Par exemple, une molécule de sucre est décomposée à l’intérieur d’une cellule en dioxyde de carbone et en eau, avec libération d’énergie. Mais ce processus ne se déroule pas en une seule étape. Au contraire, il faut environ deux douzaines de réactions chimiques distinctes pour transformer la molécule de sucre en produit final. Chaque réaction chimique implique un changement relativement modeste dans la molécule de sucre, l’élimination d’un seul atome d’oxygène ou d’un seul atome d’hydrogène, par exemple.
Le but de ces réactions est de libérer l’énergie stockée dans la molécule de sucre. Pour expliquer ce processus, il faut savoir qu’une molécule de sucre est constituée d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène maintenus ensemble au moyen de liaisons chimiques. Une liaison chimique est une force d’attraction entre deux atomes. Cette force d’attraction est une forme d’énergie. Une molécule de sucre comportant deux douzaines de liaisons chimiques peut être considérée comme contenant deux douzaines de petites unités d’énergie. Chaque fois qu’une liaison chimique est rompue, une unité d’énergie est libérée.
Les cellules ont développé des méthodes remarquables pour capturer et stocker l’énergie libérée dans les réactions cataboliques. Ces méthodes font appel à des composés chimiques très spéciaux, connus sous le nom de transporteurs d’énergie. Un exemple de ces composés est l’adénosine triphosphate, généralement connue sous le nom d’ATP. L’ATP se forme lorsqu’un composé plus simple, l’adénosine diphosphate (ADP), se combine avec un groupe phosphate. L’équation suivante représente ce changement :
ADP + P → ATP
L’ADP se combinera avec un groupe phosphate, comme indiqué ici, uniquement si de l’énergie lui est ajoutée. Dans les cellules, cette énergie provient du catabolisme des composés du pool métabolique, comme les sucres, le glycérol et les acides gras. En d’autres termes :
catabolisme : sucre → dioxyde de carbone + eau + énergie ;
énergie provenant du catabolisme + ADP + P → ATP
La molécule d’ATP ainsi formée a donc repris l’énergie précédemment stockée dans la molécule de sucre. Chaque fois qu’une cellule a besoin d’énergie pour un processus quelconque, elle peut l’obtenir à partir d’une molécule d’ATP.
L’inverse du processus illustré ci-dessus a également lieu à l’intérieur des cellules. C’est-à-dire que l’énergie d’une molécule d’ATP peut être utilisée pour assembler des molécules plus simples afin de fabriquer des molécules plus complexes. Par exemple, supposons qu’une cellule doive réparer une rupture de sa paroi cellulaire. Pour ce faire, elle doit produire de nouvelles molécules de protéines. Ces molécules de protéines peuvent être fabriquées à partir des acides aminés du pool métabolique. Une molécule de protéine est constituée de centaines ou de milliers de molécules d’acides aminés jointes les unes aux autres :
Acide aminé 1 + acide aminé 2 + acide aminé 3 + (et ainsi de suite) → une protéine
L’énergie nécessaire pour former toutes les nouvelles liaisons chimiques nécessaires pour maintenir les unités d’acides aminés ensemble provient des molécules d’ATP. En d’autres termes :
énergie provenant de l’ATP + de nombreux acides aminés → molécule de protéine
Les réactions par lesquelles un composé est métabolisé diffèrent pour divers nutriments. De plus, des transporteurs d’énergie autres que l’ATP peuvent être impliqués. Par exemple, le composé connu sous le nom de nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH) est également impliqué dans le catabolisme et l’anabolisme de diverses substances. Le schéma général présenté ci-dessus s’applique toutefois à toutes les réactions métaboliques.