Rappels sur le métabolisme cellulaire - Secondaire

La cellule est l’unité fondamentale des êtres vivants.
C’est le lieu des réactions métaboliques : elle
synthétise ses divers constituants lors des réactions
de biosynthèse en utilisant l’énergie stockée lors du
métabolisme énergétique.
Cellules du pancréas humain observées
au microscope optique
× 1800
Cellules épidermiques d’une écaille
de bulbe d’oignon
Paramécies observées au microscope
optique
× 600 × 400
Rappels sur
le métabolisme
cellulaire
3

Pour retrouver les acquis
Les cellules sont composées de molécules biologiques diverses qui appartiennent à 4 grandes classes :
les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques qui regroupent les acides désoxyribonucléi
ques (ADN) et les acides ribonucléiques (ARN).
Chromatine
dans le noyau
Paroi cellulaire
Clé
ADN
Cellulose
Protéine
Glucide
Protéine
Glucide
Glucide
Lipide
Protéine
Phospholipide
Grain d’amidon
dans le chloroplaste
ADN
ARN
Membrane plasmique
Protéine
ARN
Protéine
Ribosome
ADN
Phospholipide
Protéine
Mitochondrie
Microtubules
– Les glucides comprennent les sucres simples (monosaccharides) et des polymères (les polysaccharides). Ils servent principalement
de réserve d’énergie et de matériaux de construction.
– Les lipides forment un groupe hétérogène de substances non polaires insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques
peu polaires (comme l’éther, le benzène ou le chloroforme). Ce sont des molécules aux fonctions diverses : structure,
réserve d’énergie, protection, signal intra – et extracellulaire.
– Les protéines sont des macromolécules, ce sont des polymères d’acides aminés aux propriétés diverses qui assurent presque
toutes les activités dans la cellule. Elles ont des rôles très variés : catalyse, structure, transport, mouvement, défense, régulation,
réserve…
– Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides dont la fonction principale est le stockage et la transmission de l’information
génétique. Ils peuvent aussi exercer une fonction structurale ou catalytique.
4
Doc.1
Vue d’ensemble des types de molécules biologiques qui composent les différentes structures cellulaires.

Les molécules biologiques qui composent les diverses structures cellulaires
Molécules élémentaires
Macromolécules et Polymères
Monosaccharides Disaccharides Polysaccharides
Glucides
Formule générale : C n
H 2n
O n
CH 2
OH
Exemples : Exemple : Exemples :
glucose, fructose (Hexoses) saccharose amidon, glycogène
ribose, désoxyribose (Pentoses) (glucose + fructose) cellulose
Glycérol (
CH 2
OH-CHOH-CH 2
OH)
Triglycérides
Acide gras saturé Exemples :
graisses animales
huiles végétales
Acide gras insaturé
Glycérol
Lipides
Phospholipides
Groupement phosphate
3‐
(PO 4
) Exemple :
PO 4
membranes cellulaires
Glycérol
Tête hydrophile Queues Queues hydrophobes hydrophobes
Tête hydrophile
Protides
Acides nucléiques
Stéroïdes
Exemples :
cholestérol
hormones sexuelles
Acide aminé Chaîne polypeptidique Protéine
H 2 N
H
C
R
Amine Radical
COOH
Acide
G
liaison A
Liaison
peptidiqueP
Structure tridimensionnelle
P
C
20 AA différents Exemples : enzymes, hormones,
G
Bases
A P
P
T
C
neurotransmetteurs,…
Nucléotides
P
ARN ADN
P
A
G
P
ADN
C
U
P
P
A
T
P
P
P
P
Liaisons hydrogène
entre paires de bases
A
T
C
P
T
P
G
P
Montant désoxyribosephosphate
Exemples : Brin simple Double brin en hélice
A, T, U, C et G A, U, C, G A – T et C – G
ATP : adénosine triphosphate ribose ¥ squelette pentose-phosphate ¦ désoxyribose
P
A
A
P
U
P
G
P
P
P
G
P
C
P
A
P
T
P
T
P
P
T
A
P
P
G
C
P
P
A
T
P
P
A
P
P
G
C
P
Rappels sur le métabolisme cellulaire Chapitre 7
Doc.2
Les molécules biologiques
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Pour retrouver les acquis
Le métabolisme cellulaire comprend les biosynthèses qui fabriquent les macromolécules constitutives de
la cellule et le métabolisme énergétique qui transforme les sources d’énergie en molécules énergétiques
utilisables lors des réactions de biosynthèse.
Le métabolisme cellulaire assure les fonctions nécessaires à la vie.
Il assume 4 fonctions spécifiques :
1) synthèse de molécules énergétiques par extraction de l’énergie solaire ou de l’énergie chimique des molécules organiques ou
inorganiques du milieu ambiant ;
2) conversion des aliments exogènes en précurseurs des constituants cellulaires ;
3) transformation et polymérisation des précurseurs en macromolécules (acides nucléiques, lipides, polysaccharides, protéines) ;
4) production et dégradation des molécules nécessaires aux fonctions spécialisées de la cellule.
6
Doc.1
Le métabolisme biosynthétique et le métabolisme énergétique.

Le métabolisme cellulaire.
5
4
2
3
6
1. Cytosol : synthèse des précurseurs cellulaires (acides aminés, oses, acide gras, nucléotides...), métabolisme énergétique,
la fermentation.
2. Ribosomes : synthèse des protéines.
3. Reticulum endoplasmique lisse : synthèse de lipides.
4. Noyau : synthèse des acides nucléiques : ADN, ARN.
5. Mitochondrie : métabolisme énergétique, la respiration.
6. Chloroplaste : métabolisme énergétique, la photosynthèse.
1
Rappels sur le métabolisme cellulaire Chapitre 7
Doc.2
La cellule, lieu du métabolisme cellulaire.
7

Pour retrouver les acquis
Les molécules énergétiques utilisées par la cellule pour ses biosynthèses sont élaborées lors du métabolisme
énergétique. Il existe trois modes métaboliques générateurs d’énergie : la respiration, la fermentation
et la photosynthèse.
Cytoplasme
Glycolyse
Avec oxygène
Matrice et crêtes mitochondriales
Respiration cellulaire
Glucose
(molécule à 6 C)
36 ADP
+ 36 i
6 O2
6 CO2
2 ADP
+ 2 i CYCLE
DE KREBS
6 H2O
2 ATP
36 ATP
2 Pyruvates
(2 molécules à 3 C)
Équation bilan : C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 Pi 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP
Sans oxygène
Fermentation alcoolique
(levures, bactéries)
Glucose 2 pyruvates 2 éthanols + 2 CO2
Fermentation lactique
(bactéries, cellules musculaires)
Glucose 2 pyruvates 2 acides lactiques
PRISE DE
NOURRITURE
glucose
CELLULE NON CHLOROPHYLLIENNE
TRANSPORTS
DE PETITES MOLÉCULES
H 2 O
osmose
O 2
ÉCHANGES
GAZEUX
ATP
glucose
pyruvate
FERMENTATION
(conversion énergétique
à faible rendement)
lysosome
ATP
transports
passifs
(diffusions)
transports
actifs
CO 2
H 2 O
mitochondrie
ATP
DIGESTION
RESPIRATION
(conversion énergétique
à haut rendement)
endocytose
exocytose
TRANSPORTS
DE MACROMOLÉCULES
8
Doc.1
La respiration et la fermentation.

Les métabolismes générateurs d’énergie
L’équation bilan simplifié de la photosynthèse
lumière
résulte en fait de deux processus métaboliques :
6 CO 2
+ 6 H 2
O C 6
H 12
O 6
+ 6 O 2
1. Une phase claire ou photolyse de l’eau 2. Une phase sombre ou cycle de Calvin
nécessitant de l’énergie lumineuse et ne nécessitant pas de lumière :
des pigments :
lumière
12 H 2
O + 18 ADP + 18 Pi* 6 O 2
+ 24 H + + 18 ATP 6 CO 2
+ 24 H + + 18 ATP C 6
H 12
O 6
+ 6 H 2
O + 18 ADP + 18 Pi
*Pi : phosphate inorganique, PO 4
3-
12 H 2 O
Lumière
Phase claire
Phase sombre
Chloroplaste
RÉACTIONS
PHOTOCHIMIQUES
6 CO 2
6 H 2 O
C 6 H 12 O 6
6 O 2 (matière
organique)
La photosynthèse génératrice d’oxygène s’effectue dans les cellules pourvues de chloroplastes.
C’est le principal mode générateur d’énergie que l’on retrouve notamment chez les végétaux.
ADP
+ i
ATP
24 H +
CYCLE
DE CALVIN
Rappels sur le métabolisme cellulaire Chapitre 7
Doc.2
La photosynthèse.
9

Pour retrouver les acquis
Les molécules énergétiques utilisées par la cellule pour ses biosynthèses sont élaborées lors du métabolisme
énergétique. Il existe trois modes métaboliques générateurs d’énergie : la respiration, la fermentation
et la photosynthèse.
Protéines
Polysaccharides
Lipides
On peut diviser les voies métaboliques
en deux grandes catégories :
Stade
l
ADP + Pi
ATP
ADP + Pi
ATP
ATP
ADP + Pi
– les voies de dégradation des
macromolécules en composés
simples, c’est le catabolisme ;
– les voies de synthèse des composés
complexes, c’est l’anabolisme
ou métabolisme biosynthétique.
Stade
ll
Acides
aminés
ADP + Pi
ATP
Hexoses, pentoses
ADP + Pi
ATP
ADP + Pi
ADP + Pi
ATP
ATP
Pyruvate
Acides gras,
glycérol
ADP + Pi
ATP
Les voies cataboliques génèrent
l’énergie chimique nécessaire aux
fonctions cellulaires (sous forme
d’ATP notamment) et fournissent
les précurseurs nécessaires aux
biosynthèses. Elles sont schématisées
par les flèches vertes sur le
schéma.
Les voies anaboliques fabriquent
les diverses macromolécules et
utilisent l’énergie chimique produite
lors du catabolisme. Elles
sont schématisées par les flèches
bleues sur le schéma.
Acétyl-CoA
ADP + Pi
ATP
Stade
lll
Cycle
de Krebs
Transport
d’électrons
ADP + Pi
Phosphorylation
oxydative
O 2
ATP
NH 3 H 2 O
CO 2
10
Doc.1
Les métabolismes respiratoire et biosynthétique sont étroitement liés.

Bilan global du métabolisme cellulaire
POUR VIVRE UNE CELLULE A CONSTAMMENT BESOIN D'ÉNERGIE
Le métabolisme des cellules non chlorophylliennes
Exemple : une cellule animale ou humaine
O 2
CO 2 H 2 O
mitochondrie
cytoplasme
Aliments :
• eau
• ions minéraux
• constituants
organiques
mitochondrie
noyau
ce sont des
cellules
hétérotrophes
synthèse des
constituants
de la cellule
ATP
Respiration
Autres exemples :
- cellule végétale
non chlorophyllienne
- cellule de champignon
Les cellules non
chloro-phylliennes utilisent
l'énergie chimique de leurs
aliments organiques comme
source d'énergie.
Par l'information génétique qu'il contient,
le noyau dirige la synthèse des protéines,
et donc des enzymes nécessaires au
métabolisme de la cellule
Le métabolisme des cellules chlorophylliennes
Le chloroplaste métabolisme des cellules chlorophylliennes
Aliments :
chloroplaste
• eau
• Aliments ions minéraux :
•• eau dioxyde
• ions de carbone minéraux
• dioxyde
de carbone
noyau
mitochondrie
ce sont des
cellules
ce autotrophes sont des
cellules
autotrophes
Les cellules chlorophylliennes utilisent l'énergie de
mitochondrie
la lumière pour faire la synthèse de constituants
Les organiques. cellules chlorophylliennes Une partie utilisent des constituants
l'énergie de
la organiques lumière pour synthétisés faire la est synthèse utilisée de comme constituants source
organiques. d'énergie par les Une cellules partie elles-mêmes. des constituants
organiques synthétisés est utilisée comme source
d'énergie par les cellules elles-mêmes.
énergie de
la lumière
énergie solaire de
la lumière
solaire
Photosynthèse
O 2 O 2
CO 2 H 2 O
constituants
organiques
constituants
organiques
Photosynthèse synthèse
des constituants
de synthèse la cellule
des constituants
de la cellule
alimentation des cellules
non chlorophyliennes
alimentation de la plantedes cellules
non chlorophyliennes
de la plante
O 2 O 2
CO 2 H 2 O
information
génétique
dans information le noyau
génétique
dans le noyau
Respiration
Respiration
ATP
ATP
Rappels sur le métabolisme cellulaire Chapitre 7
Doc.2
Bilan général.
246/bilan
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