Une cellule vivante échange sans cesse de la matière et de l’énergie avec son milieu. L’ensemble des réactions chimiques qui s’y déroulent constitue son métabolisme. Ces réactions sont catalysées par des enzymes et dépendent à la fois du patrimoine génétique de la cellule et de son environnement.
Objectifs
- Définir le métabolisme et distinguer autotrophie et hétérotrophie
- Écrire les bilans de la photosynthèse, de la respiration et de la fermentation
- Expliquer le rôle des enzymes et l’influence de la température et du pH
- Relier le métabolisme au génotype et à l’environnement
1. Le métabolisme : une cellule qui échange avec son milieu
Métabolisme : Ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans une cellule ou un organisme. Il permet de produire de l’énergie utilisable et de fabriquer les molécules nécessaires à la cellule.
| Autotrophie | Hétérotrophie | |
|---|---|---|
| Définition | La cellule produit sa propre matière organique à partir de matière minérale | La cellule a besoin de prélever de la matière organique |
| Source de carbone | CO2 | Molécules organiques (glucose…) |
| Exemples | Cellules chlorophylliennes des feuilles, algues | Cellules animales, champignons, cellules non chlorophylliennes des racines |
2. La photosynthèse
Dans les chloroplastes, grâce à l’énergie lumineuse captée par la chlorophylle, la cellule produit de la matière organique (glucose, puis amidon) à partir de dioxyde de carbone et d’eau, et rejette du dioxygène.
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Mettre en évidence la photosynthèse
- On place une feuille de géranium partiellement cachée par un cache opaque à la lumière pendant quelques heures.
- On décolore la feuille à l’alcool chaud puis on la plonge dans de l’eau iodée.
- Seules les parties éclairées (et vertes) deviennent bleu-noir : elles contiennent de l’amidon.
La production de matière organique nécessite de la lumière et de la chlorophylle.
3. Respiration et fermentation
Pour fonctionner, toute cellule a besoin d’énergie. Elle l’obtient en dégradant des molécules organiques comme le glucose.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
| Respiration | Fermentation | |
|---|---|---|
| Dioxygène | Nécessaire | Non nécessaire |
| Lieu | Cytoplasme puis mitochondries | Cytoplasme |
| Dégradation du glucose | Complète (CO2 et H2O) | Incomplète (éthanol, acide lactique…) |
| Énergie récupérée | Importante | Beaucoup plus faible |
4. Les enzymes, catalyseurs du métabolisme
Enzyme : Protéine qui catalyse (accélère) une réaction chimique précise sans être consommée. Chaque enzyme est spécifique d’un substrat et d’une réaction.
- Le substrat se fixe sur une zone précise de l’enzyme, le site actif, dont la forme lui est complémentaire.
- L’activité d’une enzyme dépend de la température et du pH : elle est maximale à une valeur optimale (souvent proche de 37 °C pour les enzymes humaines).
- Une température trop élevée dénature l’enzyme de façon généralement irréversible.
L’amylase salivaire
L’amylase de la salive hydrolyse l’amidon en maltose. À 37 °C et pH neutre, l’amidon disparaît rapidement (l’eau iodée ne bleuit plus). À 0 °C, la réaction est très ralentie ; après ébullition, l’enzyme est détruite et l’amidon reste présent.
5. Métabolisme, génotype et environnement
Les enzymes sont des protéines codées par des gènes : le métabolisme d’une cellule dépend donc de son génotype. Il dépend aussi de l’environnement (présence de dioxygène, lumière, température, nutriments).
La levure, un organisme qui s’adapte
En présence de dioxygène, la levure respire ; en son absence, elle fermente. Avec le même génotype, son métabolisme change selon le milieu.
À retenir
- Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques d’une cellule.
- Autotrophe : produit sa matière organique à partir de matière minérale ; hétérotrophe : la prélève.
- Photosynthèse : 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 (lumière, chloroplastes).
- Respiration (avec O2, mitochondries) et fermentation (sans O2) dégradent le glucose pour produire de l’énergie.
- Les enzymes, protéines spécifiques codées par des gènes, catalysent les réactions ; leur activité dépend de la température et du pH.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.