Chaque cellule, qu’il s’agisse d’une bactérie unicellulaire ou d’un organisme eucaryote complexe, s’appuie sur des processus métaboliques pour produire l’énergie nécessaire au mouvement, à la division, à la croissance et à une myriade d’autres fonctions. Le métabolisme (la série coordonnée de réactions biochimiques qui convertissent les nutriments en énergie utilisable) est l'élément vital de la vie cellulaire.
En biologie cellulaire, le métabolisme fait référence aux réactions enzymatiques qui soutiennent les organismes vivants. Alors que le terme est souvent utilisé en nutrition pour décrire la façon dont notre corps traite les aliments, en biologie moléculaire, il désigne spécifiquement les voies biochimiques qui génèrent l'ATP, la monnaie énergétique universelle.
Le métabolisme cellulaire englobe plusieurs voies distinctes. Les plus étudiées sont la respiration cellulaire. et photosynthèse :
Dans les cellules eucaryotes, la respiration se déroule en quatre étapes :
L'oxygène sert d'accepteur final d'électrons, rendant ce processus aérobie. En l'absence d'oxygène, les cellules peuvent s'appuyer sur des voies anaérobies telles que la fermentation lactique.
Les organismes photosynthétiques captent l'énergie lumineuse dans les chloroplastes, en utilisant deux étapes principales :
La chlorophylle a, le pigment le plus abondant, absorbe les longueurs d'onde bleues et rouges; la chlorophylle b étend l'absorption dans le spectre vert, tandis que la chlorophylle c se trouve dans les dinoflagellés.
Les organismes procaryotes présentent une diversité métabolique remarquable, classée comme :
La tolérance à l'oxygène varie :les aérobies obligatoires ont besoin d'O₂, les anaérobies obligatoires ne peuvent pas le tolérer et les anaérobies facultatifs basculent entre le métabolisme aérobie et anaérobie en fonction des conditions. Par exemple, Clostridium botulinum prospère dans les environnements anaérobies et peut produire de la toxine botulique.
Lorsque l’oxygène se fait rare, de nombreux organismes, notamment les cellules musculaires humaines, utilisent la fermentation lactique pour générer de l’ATP. La glycolyse produit du pyruvate, qui est réduit en acide lactique par la lactate déshydrogénase, régénérant le NAD⁺ pour une glycolyse continue. Cette voie est exploitée industriellement dans la production de yaourt, où Lactobacillus bulgaricus fermente le lactose en acide lactique, caillant le lait en yaourt.
Les voies métaboliques se répartissent en deux catégories :
Les eucaryotes et les procaryotes dépendent d'un équilibre de ces voies pour maintenir la fonction et la croissance cellulaires.
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