CH 1 : DIVERSITE ET COMPLEMENTARITE DES METABOLISMES

CH 1 : DIVERSITE ET COMPLEMENTARITE DES METABOLISMES
INTRODUCTION
Pour grandir, agir et se maintenir en vie, les êtres vivants fabriquent leur propre matière à partir de matériaux
prélevés dans leur milieu. Les animaux disposent de mitochondries leur permettant d’utiliser l’énergie de la
matière organique prélevée. Les végétaux chlorophylliens disposent en plus de chloroplastes leur permettant de
fabriquer leur propre matière organique à partir de la matière minérale du milieu et de l’énergie lumineuse.
Comment cette matière énergétique est-elle fabriquée dans les cellules végétales et animales ?
Quelle énergie est utilisée dans les cellules ? Comment est-elle utilisée ?
Quels métabolismes sont impliqués dans la production et le transfert d’énergie ?
I. PRODUCTION DE MATIERE DE L’ECOSYSTEME : Relations trophiques, états du carbone, lieu de synthèse
II. PHOTO-AUTOTROPHIE AU CARBONE : 2 phases : photochimique et phase non photochimique
III. DEVENIR DES PRODUITS FORMES : Sortie du chloroplaste, distribution et mise en réserve
IV. UTILISATION DE L’ATP DANS LA CELLULE : Intermédiaire énergétique, ATP et contraction musculaire
V. SYNTHESE D’ATP DANS LA CELLULE : Régénération de l’ATP, sans respiration et par respiration
CONCLUSION : METABOLISMES COMPLEMENTAIRES : Flux de matière et d’énergie, compartimentation, origine évolutive

I : PRODUCTION DE MATIERE DANS L’ECOSYSTEME plan
Dans un écosystème (foret, rivière…), les êtres vivants produisent leur matière organique à partir de ce qu’ils
prélèvent dans le milieu.
Comment est transférée la matière entre les êtres vivants ? Comment se fabrique la matière organique ?
A. RELATIONS TROPHIQUES DANS LES ECOSYSTEMES
1) Production de matière
Une chaîne alimentaire représente le transfert de matière organique des végétaux chlorophylliens vers les
animaux. Les végétaux à la base de l’écosystème, sont les producteurs primaires de cette matière organique :
les animaux, phytophages ou zoophages, récoltent cette matière organique et ne produisent une nouvelle
grâce à leur programme génétique : ils sont des producteurs secondaires.
2) Photosynthèse
Les végétaux chlorophylliens produisent la matière organique par photosynthèse : à partir d’eau, de CO2 et de
sels minéraux prélevés dans le milieu, en présence de lumière et avec dégagement d’O2.
La matière organique se fabrique autour du carbone : pour cette raison, on la nomme « matière carbonée ».
3) Autotrophie et hétérotrophie
Les végétaux créent leur matière carbonée à partir de matière minérale : Ils sont AUTOTROPHES au carbone.
Les animaux utilisent la matière carbonée existante dans le milieu : Ils sont HETEROTROPHES au carbone.

B. ETATS DU CARBONE TRANSFERE plan
Les végétaux chlorophylliens utilisent le CO2 atmosphérique où le carbone est à l’état OXYDE
Ils l’incorporent dans la matière organique, comme le glucose où le carbone est à l’état REDUIT.
Les animaux et végétaux non chlorophylliens, n’utilisent que le carbone réduit de la matière organique.
C. LIEUX DE SYNTHESE DE MATIERE CARBONEE
L’emploi de marqueurs isotopiques ou radioactifs montre que le CO2 atmosphérique entre dans le végétal par
les feuilles et que le carbone du CO2 se retrouve dans l’amidon des chloroplastes, s’ils sont éclairés.
1. Entrée du CO2 : il entre par la face inférieure de la feuille, au niveau des stomates, ensemble de 2
cellules stomatiques délimitant un ostiole où s’échangent les gaz CO2, H2O, O2, entre extérieur et
intérieur.
2. Lieu de production de la matière carbonée : Le CO2 diffuse entre les cellules, traverse leur membrane
et diffuse dans le cytoplasme jusqu’aux chloroplastes, lieux de photosynthèse. L’amidon des
chloroplastes résulte d’une polycondensation de glucose : n (C6H12O6)  (C6H10O5)n + n H2O)
Bilan : La matière carbonée est produite par réduction du CO2 dans les chloroplastes éclairés. Les
végétaux chlorophylliens, autotrophes, seuls producteurs primaires de l’écosystème fournissent la
matière carbonée aux animaux, hétérotrophes, producteurs secondaires.

II LA PHOTO-AUTOTROPHIE AU CARBONE plan
Comment le CO2 et l’eau sont-ils transformés en matière carbonée et en dioxygène ?
Comment la lumière est-elle utilisée par les chloroplastes ?
L’expérience de GRAFFON montre qu’après un éclairement, le carbone continue de s’incorporer à l’obscurité.
La photosynthèse se réalise par une phase liée à la lumière et une autre sans lumière liée au CO2.
A. PHASE PHOTOCHIMIQUE
1. Le dégagement d’O2 résulte d’une oxydo-réduction
L’utilisation de H218O montre que l’O2 dégagé vient de H2O, qui a donc été décomposée.
L’expérience de HILL montre que la production d’O2 s’effectue en présence de lumière, de chlorophylle et
d’accepteur d’électrons dans le milieu.
Le bioréacteur contient une solution de
chloroplastes ; des mitochondries peuvent
aussi être présentes : leur présence
explique la baisse du dioxygène dans le
bioréacteur.
mesure de la concentration d’O2
dans le bioréacteur -EXAO-
1
2
3
4
5
t (min.)
μmol/L
280
260
240
220
200
+ réactif de Hill
1
2
3
4
5
t (min.)
10 000
W / m2
lumière

plan
La production d’O2 par la chlorophylle vient de la décomposition de l’eau par transfert d’électrons et d’ions H+ à
un accepteur d’électrons : H2O  ½ O2 + 2H+ + 2 e-. H2O + R  ½ O2 + RH2
Ce transfert d’électrons entraine la formation
d’un autre composé énergétique : l’ATP
ADP + P + énergie → ATP
L’énergie provient du transfert d’électrons
dans la membrane du chloroplaste.
H2O + R + ADP+P  ½ O2 + RH2 + ATP
2. Conversion d’énergie par la chlorophylle
Le spectre d’action de la chlorophylle montre une forte photosynthèse dans les radiations rouges et bleues,
faible dans les vertes.
Le spectre d’absorption de la chlorophylle montre une forte absorption des radiations rouges et bleues, très
peu des vertes.
La chlorophylle absorbe l’énergie des radiations rouges et bleues et les utilise dans la photosynthèse.
Hyaloplasme
Stroma
Chloroplaste
Thylakoïde
H+ +e
H2O
½ O2
ADP+P
ATP
R
RH2
Energie
lumineuse