160 DeUXiÈMe partie La cellule
d’un produit donné. Chaque étape de la voie est catalysée
par une enzyme spécifique :
A
B
C
D
Enzyme 1
Enzyme 2
Enzyme 3
Molécule
de départ
Réaction 1
Réaction 2
Réaction 3
Produit
Un peu comme les feux de circulation règlent le déplacement des automobiles, les mécanismes de la régulation enzymatique équilibrent les besoins et les apports métaboliques.
Dans l’ensemble, le rôle du métabolisme consiste à gérer
les ressources énergétiques et matérielles de la cellule. Certaines
voies métaboliques libèrent de l’énergie en décomposant des
molécules complexes en composés plus simples. Ces processus de dégradation s’appellent voies cataboliques, ou voies
de dégradation. La respiration cellulaire est une des principales
voies cataboliques (voir les figures 9.9, p. 190, et 9.12, p. 192) ;
en présence de dioxygène, la respiration cellulaire décompose le glucose et d’autres molécules organiques en dioxyde
de carbone et en eau. (Il peut y avoir plus d’une molécule au
départ d’une voie ou plus d’un produit à son terme.) L’énergie ainsi libérée peut alors contribuer au travail effectué dans
la cellule, comme le battement ciliaire ou le passage d’une
substance à travers une membrane. Inversement, les voies
anaboliques consomment de l’énergie et permettent d’élabo rer des molécules complexes à partir de molécules plus
simples. La synthèse d’un acide aminé à partir de molécules
plus simples et la synthèse d’une protéine à partir d’acides
aminés sont des exemples d’anabolisme. Les voies cataboliques
et anaboliques constituent les avenues qui « montent » et qui
« descendent » dans le réseau métabo lique. L’énergie libérée
par les réactions cataboliques peut être emmagasinée, puis
servir aux réactions anaboliques.
Dans ce chapitre, nous nous intéresserons aux mécanismes
communs aux voies métaboliques. Comme l’énergie joue un
rôle fondamental dans tous les processus métaboliques, il est
essentiel de bien cerner ce concept pour comprendre le fonctionnement de la cellule. Pour ce faire, nous utiliserons plusieurs exemples empruntés au domaine de la physique, sachant
que les principes illustrés par ces exemples s’appliquent aussi
à la bioénergétique, c’estàdire à l’étude de la gestion de
l’énergie dans les cellules.
Les formes d’énergie
L’énergie est la capacité de causer un changement. Dans la vie
de tous les jours, l’énergie est importante parce que ses diverses
formes peuvent produire un travail, c’estàdire imprimer un
mouvement à la matière pour vaincre les forces opposées qui
s’exercent sur elle, comme la gravitation et la friction. Autrement dit, l’énergie c’est le pouvoir de changer la disposition d’une portion de matière. Par exemple, vous dépensez
de l’énergie pour tourner les pages de ce manuel, au même
titre que vos cellules dépensent de l’énergie pour transporter
certaines substances à travers des membranes. L’énergie existe
sous différentes formes, et la vie dépend de la capacité des
cellules à la transformer d’un type en un autre.
L’énergie peut être associée au mouvement relatif des objets ;
cette énergie est appelée énergie cinétique. Un objet qui se
déplace effectue un travail en faisant bouger un autre objet :
ainsi, l’eau qui coule dans un barrage actionne des turbines ; la
contraction des muscles des jambes permet de faire tourner
les pédales d’une bicyclette. La chaleur, ou énergie thermique, est une énergie cinétique qui résulte du mouvement
aléatoire d’atomes ou de molécules entrant en collision. La
lumière est également un type d’énergie cinétique pouvant
servir à effectuer un travail comme la photosynthèse que réalisent les plantes vertes.
Un objet qui n’est pas en mouvement peut posséder lui
aussi de l’énergie. Cette énergie non cinétique est appelée énergie potentielle, une forme d’énergie que la matière possède
en raison de sa position ou de sa structure. Par exemple, l’eau
en amont d’un barrage possède une réserve d’énergie en raison de son élévation audessus du niveau de la mer. Les molécules emmagasinent de l’énergie grâce à la disposition des
électrons dans les liaisons entre leurs atomes. (Nous avons vu,
au chapitre 2, que les électrons situés sur la couche externe
d’un atome disposent d’une énergie potentielle plus grande
que ceux qui sont situés sur les couches internes, plus près du
noyau.) Les biologistes appellent énergie chimique l’énergie potentielle qui peut être libérée au cours d’une réaction
chimique. Rappelezvous que les voies cataboliques libèrent
de l’énergie en dégradant des molécules complexes. Les biologistes disent que ces molécules complexes (le glucose, par
exemple) sont riches en énergie chimique. Au cours d’une
réaction catabolique, certaines liaisons sont brisées et d’autres
se forment, ce qui libère de l’énergie et génère des produits
de dégradation moins riches en énergie. Cette transformation
a également lieu dans le moteur d’une voiture quand les
hydrocarbures de l’essence réagissent de manière explosive
avec l’oxygène et libèrent une énergie qui pousse les pistons
et produit des gaz d’échappement. Bien que moins explosive,
une réaction similaire se produit dans les cellules entre les
molécules provenant des aliments et l’oxygène. Cette réaction
leur fournit l’énergie chimique et libère des déchets sous forme
de dioxyde de carbone et d’eau. C’est grâce à ses structures
et à ses voies biochimiques que la cellule peut récupérer
l’énergie chimique des aliments et l’utiliser pour effectuer les
processus vitaux.
Comment l’énergie passetelle d’une forme à une autre ?
Examinons les plongeurs de la figure 8.2. La jeune femme
qui monte l’échelle libère l’énergie chimique des aliments
ingérés au repas précédent et utilise une partie de cette énergie
pour exécuter le travail de la montée vers le tremplin. L’énergie cinétique des mouvements musculaires est donc transformée en énergie potentielle parce que la plongeuse s’élève de
plus en plus haut audessus du niveau de la mer. Le jeune
homme qui plonge convertit son énergie potentielle en énergie cinétique, qui est alors transférée à l’eau au moment où il
y entre. Une petite quantité de cette énergie est perdue en
chaleur à cause de la friction.
Maintenant, revenons en arrière et demandonsnous d’où
viennent les molécules organiques des aliments qui ont fourni
aux plongeurs l’énergie chimique dont ils ont besoin pour
monter les marches jusqu’au tremplin. Cette énergie chimique
provient de l’énergie lumineuse transformée par les Végétaux
au cours de la photosynthèse. En somme, les organismes transforment l’énergie.
d’un produit donné. Chaque étape de la voie est catalysée
par une enzyme spécifique :
A
B
C
D
Enzyme 1
Enzyme 2
Enzyme 3
Molécule
de départ
Réaction 1
Réaction 2
Réaction 3
Produit
Un peu comme les feux de circulation règlent le déplacement des automobiles, les mécanismes de la régulation enzymatique équilibrent les besoins et les apports métaboliques.
Dans l’ensemble, le rôle du métabolisme consiste à gérer
les ressources énergétiques et matérielles de la cellule. Certaines
voies métaboliques libèrent de l’énergie en décomposant des
molécules complexes en composés plus simples. Ces processus de dégradation s’appellent voies cataboliques, ou voies
de dégradation. La respiration cellulaire est une des principales
voies cataboliques (voir les figures 9.9, p. 190, et 9.12, p. 192) ;
en présence de dioxygène, la respiration cellulaire décompose le glucose et d’autres molécules organiques en dioxyde
de carbone et en eau. (Il peut y avoir plus d’une molécule au
départ d’une voie ou plus d’un produit à son terme.) L’énergie ainsi libérée peut alors contribuer au travail effectué dans
la cellule, comme le battement ciliaire ou le passage d’une
substance à travers une membrane. Inversement, les voies
anaboliques consomment de l’énergie et permettent d’élabo rer des molécules complexes à partir de molécules plus
simples. La synthèse d’un acide aminé à partir de molécules
plus simples et la synthèse d’une protéine à partir d’acides
aminés sont des exemples d’anabolisme. Les voies cataboliques
et anaboliques constituent les avenues qui « montent » et qui
« descendent » dans le réseau métabo lique. L’énergie libérée
par les réactions cataboliques peut être emmagasinée, puis
servir aux réactions anaboliques.
Dans ce chapitre, nous nous intéresserons aux mécanismes
communs aux voies métaboliques. Comme l’énergie joue un
rôle fondamental dans tous les processus métaboliques, il est
essentiel de bien cerner ce concept pour comprendre le fonctionnement de la cellule. Pour ce faire, nous utiliserons plusieurs exemples empruntés au domaine de la physique, sachant
que les principes illustrés par ces exemples s’appliquent aussi
à la bioénergétique, c’estàdire à l’étude de la gestion de
l’énergie dans les cellules.
Les formes d’énergie
L’énergie est la capacité de causer un changement. Dans la vie
de tous les jours, l’énergie est importante parce que ses diverses
formes peuvent produire un travail, c’estàdire imprimer un
mouvement à la matière pour vaincre les forces opposées qui
s’exercent sur elle, comme la gravitation et la friction. Autrement dit, l’énergie c’est le pouvoir de changer la disposition d’une portion de matière. Par exemple, vous dépensez
de l’énergie pour tourner les pages de ce manuel, au même
titre que vos cellules dépensent de l’énergie pour transporter
certaines substances à travers des membranes. L’énergie existe
sous différentes formes, et la vie dépend de la capacité des
cellules à la transformer d’un type en un autre.
L’énergie peut être associée au mouvement relatif des objets ;
cette énergie est appelée énergie cinétique. Un objet qui se
déplace effectue un travail en faisant bouger un autre objet :
ainsi, l’eau qui coule dans un barrage actionne des turbines ; la
contraction des muscles des jambes permet de faire tourner
les pédales d’une bicyclette. La chaleur, ou énergie thermique, est une énergie cinétique qui résulte du mouvement
aléatoire d’atomes ou de molécules entrant en collision. La
lumière est également un type d’énergie cinétique pouvant
servir à effectuer un travail comme la photosynthèse que réalisent les plantes vertes.
Un objet qui n’est pas en mouvement peut posséder lui
aussi de l’énergie. Cette énergie non cinétique est appelée énergie potentielle, une forme d’énergie que la matière possède
en raison de sa position ou de sa structure. Par exemple, l’eau
en amont d’un barrage possède une réserve d’énergie en raison de son élévation audessus du niveau de la mer. Les molécules emmagasinent de l’énergie grâce à la disposition des
électrons dans les liaisons entre leurs atomes. (Nous avons vu,
au chapitre 2, que les électrons situés sur la couche externe
d’un atome disposent d’une énergie potentielle plus grande
que ceux qui sont situés sur les couches internes, plus près du
noyau.) Les biologistes appellent énergie chimique l’énergie potentielle qui peut être libérée au cours d’une réaction
chimique. Rappelezvous que les voies cataboliques libèrent
de l’énergie en dégradant des molécules complexes. Les biologistes disent que ces molécules complexes (le glucose, par
exemple) sont riches en énergie chimique. Au cours d’une
réaction catabolique, certaines liaisons sont brisées et d’autres
se forment, ce qui libère de l’énergie et génère des produits
de dégradation moins riches en énergie. Cette transformation
a également lieu dans le moteur d’une voiture quand les
hydrocarbures de l’essence réagissent de manière explosive
avec l’oxygène et libèrent une énergie qui pousse les pistons
et produit des gaz d’échappement. Bien que moins explosive,
une réaction similaire se produit dans les cellules entre les
molécules provenant des aliments et l’oxygène. Cette réaction
leur fournit l’énergie chimique et libère des déchets sous forme
de dioxyde de carbone et d’eau. C’est grâce à ses structures
et à ses voies biochimiques que la cellule peut récupérer
l’énergie chimique des aliments et l’utiliser pour effectuer les
processus vitaux.
Comment l’énergie passetelle d’une forme à une autre ?
Examinons les plongeurs de la figure 8.2. La jeune femme
qui monte l’échelle libère l’énergie chimique des aliments
ingérés au repas précédent et utilise une partie de cette énergie
pour exécuter le travail de la montée vers le tremplin. L’énergie cinétique des mouvements musculaires est donc transformée en énergie potentielle parce que la plongeuse s’élève de
plus en plus haut audessus du niveau de la mer. Le jeune
homme qui plonge convertit son énergie potentielle en énergie cinétique, qui est alors transférée à l’eau au moment où il
y entre. Une petite quantité de cette énergie est perdue en
chaleur à cause de la friction.
Maintenant, revenons en arrière et demandonsnous d’où
viennent les molécules organiques des aliments qui ont fourni
aux plongeurs l’énergie chimique dont ils ont besoin pour
monter les marches jusqu’au tremplin. Cette énergie chimique
provient de l’énergie lumineuse transformée par les Végétaux
au cours de la photosynthèse. En somme, les organismes transforment l’énergie.