MÉTABOLISME, notion de

Les organismes vivants sont en permanence le siège d'innombrables réactions chimiques, qui consomment ou produisent de l'énergie en transformant la matière, et dont l'ensemble constitue le métabolisme (du grec metabolê, « changement »). Quelle est la raison d'être de ce flux continu de matière et d'énergie ? La matière est indispensable pour croître, entretenir, réparer, se reproduire. L'énergie sert à assembler les édifices moléculaires de toutes tailles et à produire le travail biologique, des mouvements intracellulaires aux déplacements que nous effectuons grâce à nos muscles.

Toute l'énergie du monde vivant provient originellement du Soleil. Les organismes photosynthétiques – algues, plantes, certaines bactéries – sont capables, grâce à la chlorophylle qu'ils possèdent, de convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique pour construire toutes les molécules complexes dont ils ont besoin, en commençant par les glucides, à partir de molécules très simples puisées dans l'environnement, notamment l'eau et le dioxyde de carbone (CO₂). Les autres organismes – animaux, champignons, etc. – sont obligés de se nourrir de composés déjà synthétisés par d'autres. Cette matière organique peut être prélevée sur des individus vivants ou morts.

Indépendamment de la photosynthèse, la production d'énergie chimique peut être assurée au sein de la cellule par trois processus : la glycolyse, ou dégradation du glucose ; la respiration, ou dégradation et oxydation d'un composé carboné (l'acétyl-coenzyme A, avec production d'eau et de CO₂) ; enfin, lorsqu'il n'y a pas d'oxygène disponible, la fermentation, transformation d'un produit de dégradation du glucose en acide lactique (dans le muscle) ou en alcool (phénomène exploité pour la fabrication de la bière et du vin à l'aide de levures). Au-delà de leurs spécificités, il est remarquable que ces processus aboutissent à une forme identique de stockage à court terme et d'échange de l'énergie chimique, l'ATP (adénosine triphosphate). L'ATP fournit l'énergie nécessaire à de nombreuses réactions par couplage de la rupture d'une de ses liaisons chimiques, qui libère du phosphate, avec la réaction demandeuse d'énergie. Les graisses, certains sucres, l'amidon chez les plantes sont des formes de stockage à long terme de l'énergie, mais leur dégradation, in fine, produira également de l'ATP. On peut voir l'ATP comme une sorte de « petite monnaie » énergétique de la cellule.

Outils et voies du métabolisme

La notion de métabolisme est inséparable de celle d'enzyme. Les enzymes sont des catalyseurs protéiques, chacun spécifique d'une réaction. La vie serait impossible sans enzymes, car la durée des réactions cellulaires serait augmentée de plusieurs ordres de grandeur. Les enzymes ne fournissent pas d'énergie pour que les réactions s'effectuent, mais agissent en abaissant considérablement le niveau d'énergie nécessaire. Comme elles ne sont pas modifiées par les réactions qu'elles catalysent, elles peuvent être réutilisées, jusqu'à leur dégradation par d'autres processus.

Il faut imaginer le métabolisme cellulaire comme un réseau aux ramifications multiples. On y définit des voies métaboliques, qui peuvent être linéaires (une série de réactions s'enchaînent, le produit de l'une étant le substrat de la suivante), cycliques (lorsqu'il y a restitution de l'un des substrats à chaque tour de cycle) ou même spirales (lorsqu'une même série d'enzymes prend en charge l'allongement ou le raccourcissement de la séquence des sous-unités d'une molécule). L'anabolisme correspond aux réactions de biosynthèse de molécules plus ou moins complexes, le [...]