ÉNERGIE MÉTABOLIQUE: TYPES, SOURCES ET TRANSFORMATION - LA BIOLOGIE - 2025

L' énergie métabolique est l'énergie que tous les êtres vivants ont obtenue à partir de l'énergie chimique contenue dans les aliments (ou les nutriments). Cette énergie est fondamentalement la même pour toutes les cellules; cependant, la manière de l'obtenir est très diverse.

La nourriture est composée d'une série de biomolécules de différents types, qui ont de l'énergie chimique stockée dans leurs liaisons. De cette façon, les organismes peuvent tirer parti de l'énergie stockée dans les aliments et ensuite utiliser cette énergie dans d'autres processus métaboliques.

Tous les organismes vivants ont besoin d'énergie pour se développer et se reproduire, maintenir leurs structures et réagir à l'environnement. Le métabolisme englobe les processus chimiques qui soutiennent la vie et qui permettent aux organismes de transformer l'énergie chimique en énergie utile pour les cellules.

Chez les animaux, le métabolisme décompose les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques pour fournir de l'énergie chimique. Les plantes, pour leur part, transforment l'énergie lumineuse du Soleil en énergie chimique pour synthétiser d'autres molécules; ils le font pendant le processus de photosynthèse.

Types de réactions métaboliques

Le métabolisme comprend plusieurs types de réactions qui peuvent être regroupées en deux grandes catégories: les réactions de dégradation de molécules organiques et les réactions de synthèse d'autres biomolécules.

Les réactions de dégradation métabolique constituent le catabolisme cellulaire (ou réactions cataboliques). Celles-ci impliquent l'oxydation de molécules riches en énergie, telles que le glucose et d'autres sucres (glucides). Puisque ces réactions libèrent de l'énergie, elles sont appelées exergoniques.

En revanche, les réactions de synthèse constituent l'anabolisme cellulaire (ou réactions anaboliques). Ceux-ci effectuent des processus de réduction de molécules pour en former d'autres riches en énergie stockée, comme le glycogène. Parce que ces réactions consomment de l'énergie, elles sont appelées endergoniques.

Sources d'énergie métabolique

Les principales sources d'énergie métabolique sont les molécules de glucose et les acides gras. Celles-ci constituent un groupe de biomolécules qui peuvent être rapidement oxydées en énergie.

Les molécules de glucose proviennent principalement des glucides ingérés dans l'alimentation, comme le riz, le pain, les pâtes, entre autres dérivés de légumes riches en amidon. Lorsqu'il y a peu de glucose dans le sang, il peut également être obtenu à partir de molécules de glycogène stockées dans le foie.

Lors d'un jeûne prolongé, ou dans des processus qui nécessitent une dépense d'énergie supplémentaire, il est nécessaire d'obtenir cette énergie à partir d'acides gras mobilisés à partir du tissu adipeux.

Ces acides gras subissent une série de réactions métaboliques qui les activent, et permettent leur transport vers l'intérieur des mitochondries où ils seront oxydés. Ce processus est appelé β-oxydation des acides gras et fournit jusqu'à 80% d'énergie supplémentaire dans ces conditions.

Les protéines et les graisses sont la dernière réserve pour synthétiser de nouvelles molécules de glucose, notamment en cas de jeûne extrême. Cette réaction est de type anabolique et est connue sous le nom de gluconéogenèse.

Processus de transformation de l'énergie chimique en énergie métabolique

Les molécules alimentaires complexes telles que les sucres, les graisses et les protéines sont de riches sources d'énergie pour les cellules, car une grande partie de l'énergie utilisée pour fabriquer ces molécules est littéralement stockée dans les liaisons chimiques qui les maintiennent ensemble.

Les scientifiques peuvent mesurer la quantité d'énergie stockée dans les aliments à l'aide d'un appareil appelé calorimètre à bombe. Avec cette technique, les aliments sont placés à l'intérieur du calorimètre et chauffés jusqu'à ce qu'ils brûlent. L'excès de chaleur dégagé par la réaction est directement proportionnel à la quantité d'énergie contenue dans l'aliment.

La réalité est que les cellules ne fonctionnent pas comme des calorimètres. Au lieu de brûler de l'énergie dans une grande réaction, les cellules libèrent lentement l'énergie stockée dans leurs molécules alimentaires par une série de réactions d'oxydation.

Oxydation

L'oxydation décrit un type de réaction chimique dans laquelle les électrons sont transférés d'une molécule à une autre, modifiant la composition et le contenu énergétique des molécules donneur et accepteur. Les molécules alimentaires agissent comme des donneurs d'électrons.

Lors de chaque réaction d'oxydation impliquée dans la décomposition des aliments, le produit de la réaction a un contenu énergétique plus faible que la molécule donneuse qui l'a précédé sur le chemin.

Dans le même temps, les molécules accepteurs d'électrons capturent une partie de l'énergie perdue par la molécule alimentaire lors de chaque réaction d'oxydation et la stockent pour une utilisation ultérieure.

Finalement, lorsque les atomes de carbone d'une molécule organique complexe sont complètement oxydés (à la fin de la chaîne de réaction), ils sont libérés sous forme de dioxyde de carbone.

Les cellules n'utilisent pas l'énergie des réactions d'oxydation dès qu'elle est libérée. Ce qui se passe, c'est qu'ils le convertissent en petites molécules riches en énergie, telles que l'ATP et le NADH, qui peuvent être utilisées dans toute la cellule pour stimuler le métabolisme et construire de nouveaux composants cellulaires.

Alimentation de secours

Lorsque l'énergie est abondante, les cellules eucaryotes créent des molécules plus grosses et riches en énergie pour stocker cet excès d'énergie.

Les sucres et les graisses qui en résultent sont conservés dans des dépôts à l'intérieur des cellules, dont certains sont suffisamment gros pour être visibles sur les micrographies électroniques.

Les cellules animales peuvent également synthétiser des polymères ramifiés de glucose (glycogène), qui à leur tour s'agrègent en particules qui peuvent être observées par microscopie électronique. Une cellule peut mobiliser rapidement ces particules chaque fois qu'elle a besoin d'une énergie rapide.

Cependant, dans des circonstances normales, les humains stockent suffisamment de glycogène pour fournir l'équivalent d'une journée d'énergie. Les cellules végétales ne produisent pas de glycogène, mais fabriquent à la place différents polymères de glucose appelés amidons, qui sont stockés dans des granules.

De plus, les cellules végétales et animales économisent de l'énergie en détournant le glucose dans les voies de synthèse des graisses. Un gramme de graisse contient presque six fois l'énergie de la même quantité de glycogène, mais l'énergie des graisses est moins disponible que celle du glycogène.

Néanmoins, chaque mécanisme de stockage est important car les cellules ont besoin à la fois de réserves d'énergie à court et à long terme.

Les graisses sont stockées en gouttelettes dans le cytoplasme des cellules. Les humains stockent généralement suffisamment de graisse pour alimenter leurs cellules pendant plusieurs semaines.

Références

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