Voies métaboliques

Définition des voies métaboliques

Commençons par examiner la définition d'une voie métabolique.

Lesvoies métaboliques consistent généralement en une séquence de réactions activées par des enzymes où le produit de la réaction précédente devient le point de départ ou le réactif de la réaction suivante.

• Lesenzymes sont des protéines qui accélèrent ou catalysent les réactions chimiques dans le corps.

• Lesprotéines sont des composés organiques qui remplissent des fonctions essentielles telles que le transport de matières, le contrôle de processus physiologiques comme la croissance, l'accélération de réactions chimiques, le stockage de choses, etc. Elles sont constituées de molécules plus petites appelées acides aminés qui peuvent être liés entre eux pour former des polypeptides.

• Lescomposés organiques sont des composés qui contiennent principalement du carbone et qui peuvent entretenir la vie. Les composés organiques sont aussi généralement constitués d'hydrogène, d'oxygène ou d'azote.

Les principales voies métaboliques consistent principalement en la synthèse de composés organiques qui contribuent à la reproduction, à la croissance cellulaire, à la réparation, à l'absorption d'énergie, etc.

Types de voies métaboliques

Il existe trois types de voies métaboliques que tu dois connaître : les voies anaboliques, cataboliques et amphiboliques .

L'une des voies métaboliques les plus importantes peut impliquer la décomposition ou l'accumulation de composés organiques appelés hydrates de carbone afin de synthétiser de l'énergie pour notre corps.

• Glucides sont des composés organiques constitués d'hydrogène, de carbone et d'oxygène qui stockent de l'énergie. Ils constituent la principale source d'énergie de l'organisme.

Figure 1 : Types de voies métaboliques. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

Tableau des voies métaboliques

Il existe une tonne de voies métaboliques, dont certaines sont représentées dans le tableau ci-dessous (figure 2). Faisons donc un tour d'horizon de certaines des voies métaboliques les plus importantes chez l'homme :

Les définitions essentielles pour comprendre les processus dans le tableau ci-dessus et pour les prochaines sections sont :

• Leglycogène est un polysaccharide utilisé par les animaux, les champignons et les bactéries pour stocker de l'énergie. Le glycogène est constitué de nombreuses molécules de glucose liées entre elles. En revanche, le glucose, un monosaccharide, est la forme la plus simple de sucre à partir de laquelle les glucides peuvent être construits.

• Lespolysaccharides sont des glucides auxquels sont liés plusieurs acides aminés.

• LeNADH ou nicotinamide adénine dinucléotide est un coenzyme qui agit comme un transporteur d'énergie en transférant des électrons d'une réaction à l'autre. Le NADPH fait la même chose que le NADH, mais il est impliqué dans la photosynthèse.

• \(\text {FADH}_2\) ou flavine adénine dinucléotide est un coenzyme qui agit comme un transporteur d'énergie, tout comme le NADH. Nous utilisons parfois la flavine adénine dinucléotide à la place du NADH parce qu'une étape du cycle de l'acide citrique n'a pas assez d'énergie pour réduire le NAD+.

• Un coenzyme ou cofacteur est un composé qui n'est pas une protéine et qui aide une enzyme à fonctionner.

• L'oxydation se produit lorsqu'un réactif perd des électrons au cours d'une réaction chimique. En comparaison, la réduction se produit lorsqu'un réactif gagne des électrons au cours d'une réaction chimique.

• L'ATP, ou adénosine triphosphate, est un composé organique qui fournit de l'énergie à nos cellules.

• Lesacides gras sont les éléments constitutifs des lipides, les composés organiques qui stockent l'énergie et constituent la membrane cellulaire. Les huiles et les cires sont des exemples de lipides.

• ADN signifie acide désoxyribonucléique. Il s'agit d'une molécule à double brin qui transporte l'information génétique des organismes vivants.

• ARN signifie acide ribonucléique. Il s'agit d'une molécule simple brin fabriquée à partir de l'ADN qui synthétise les protéines.

Si le tableau ci-dessus ne montrait pas à quel point le métabolisme est complexe, la figure 2, elle, le montre bien ! À l'œil, cela ressemble juste à un fouillis de lignes, mais ces lignes représentent les connexions de tous les réactifs, intermédiaires et produits des processus interconnectés. Notre corps fait vraiment beaucoup pour nous garder en vie !

Figure 2 : Illustration des voies métaboliques dans le corps. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

Es-tu déjà submergé par le tableau d'ensemble ? Ne t'inquiète pas ! Ensuite, nous allons examiner certains des exemples les plus importants de voies métaboliques pour mieux comprendre le métabolisme.

Exemples de voies métaboliques

Examinons deux des processus les plus vitaux qui permettent aux organismes vivants d'obtenir de l'énergie et de la décomposer pour l'utiliser : la photosynthèse et la respiration cellulaire.

La photosynthèse est une voie anabolique

La photosynthèse est le processus que les plantes utilisent pour produire de l'énergie.

Les plantes utilisent ces sucres pour leurs propres besoins, mais nous pouvons consommer les plantes pour obtenir leur énergie. La réaction globale de la photosynthèse est la suivante :

$$ 6CO_2+ 6H_2O + \text{énergie solaire} \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2 $$

Les étapes de la photosynthèse sont :

1. Réactions dépendantes de la lumière : L'énergie solaire est convertie en énergie chimique sous forme d'ATP et de NADPH.

• Les complexes protéiques et les molécules de chlorophylle des photosystèmes produisent ensemble de l'énergie chimique.

• Étant donné que de l'énergie chimique est formée sous forme d'ATP et de NADPH, ce processus est anabolique.

2. Réactions indépendantes de la lumière ou cycle de Calvin : Utilise l'énergie chimique des réactions dépendantes de la lumière pour former du glucose.

• Comme le glucose est formé à partir d'ATP et de NADPH, ce processus est également anabolique.

La respiration cellulaire est une voie catabolique

Ensuite, nous avons la respiration cellulaire.

La réaction globale de la respiration cellulaire est la suivante

\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \longrightarrow 6CO_2+ 6H_2O + \text {énergie chimique}\)

Les étapes de la respiration cellulaire sont les suivantes :

1. Glycolyse : La glycolyse est le processus de décomposition du glucose, ce qui en fait un processus catabolique.

• La glycolyse commence par le glucose et finit par se décomposer en pyruvate.

2. Oxydation du pyruvate

• La conversion ou l'oxydation du pyruvate issu de la glycolyse en acétyl-COA, un cofacteur essentiel.

• Ce processus est catabolique puisqu'il implique l'oxydation du pyruvate en acétyl-COA.

3. Cycle de l'acide citrique (TCA ou cycle de Kreb) :

• Commence par le produit de l'oxydation du pyruvate et le réduit en NADH (nicotinamide adénine dinucléotide).

• Ce processus est amphibolique ou à la fois anabolique et catabolique.

• La partie catabolique se produit lorsque l'acétyl-COA est oxydé en dioxyde de carbone.

• La partie anabolique se produit lorsque le NADH et le \(\text {FADH}_2\) sont synthétisés.

4. Phosphorylation oxydative :

• La phosphorylation oxydative implique la décomposition des transporteurs d'électrons NADH et \(\text {FADH}_2\) pour produire de l'ATP.

• La dégradation des transporteurs d'électrons en fait un processus catabolique.

Remarque que les réactions globales de la respiration cellulaire et de la photosynthèse sont presque opposées. En effet, les plantes utilisent l'énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone que d'autres organismes rejettent par la respiration cellulaire en glucose, que nous décomposons pour obtenir de l'énergie.

Simultanément, les plantes libèrent également de l'oxygène que nous utilisons pour respirer et effectuer la respiration cellulaire. Le glucose décomposé nous permet d'utiliser l'énergie chimique sous forme d'ATP, qui peut fournir de l'énergie pour de nombreux processus cellulaires. Ce "cycle de la vie", illustré à la figure 3, est essentiel à la survie.

Figure 3 : Comparaison des processus métaboliques. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

N'oublie pas qu'il existe d'autres processus métaboliques qui ne sont pas aérobies ou qui n'impliquent pas d'oxygène. Ces processus sont appelés processus anaérobies, comme la fermentation. Le métabolisme anaérobie peut décomposer les glucides pour obtenir de l'énergie en l'absence d'oxygène.

Les scientifiques pensent que les processus anaérobies comme la glycolyse ont évolué il y a de nombreuses années, lorsqu'il n'y avait pas d'oxygène dans l'atmosphère. Malgré la complexité du métabolisme, les organismes vivants partagent toujours certaines voies indiquant notre histoire évolutive commune.