L'ATP, molécule indispensable à la vie cellulaire
À l'exception du chloroplaste qui effectue des synthèses à partir du carbone minéral, les activités des cellules animales et
végétales se traduisent par des synthèses à partir de molécules organiques préexistantes (ex : le glycogène ), par des
mouvements (fonctionnement d'un complexe actine-myosine). Toutes ces activités consomment des intermédiaires
métaboliques, en particulier de l'ATP. L'ATP n'est pas stocké, mais régénéré aussi vite qu'il est détruit.
Dégradation des composés organiques et régénération des intermédiaires métaboliques
Toute cellule vivante, isolée ou non, animale ou végétale (autotrophe et non autotrophe), régénère son ATP en oxydant
des molécules organiques par processus respiratoire ou fermentaire.
Dans le cas d'une molécule de glucose la respiration cellulaire peut être traduite par le bilan des transformations :
C6H12O6 + 6 *O2 + 6 H2O ---> 6 CO2 +12 H2*O
La respiration comporte plusieurs réactions chimiques catalysées par des enzymes.
Au cours de ces réactions, la matière carbonée est minéralisée sous forme de CO 2
- La première étape est l'oxydation du glucose en pyruvate ; elle s'accompagne de la production de composés réduits R'H
2 (proches des composés RH 2 fabriqués au cours de la photosynthèse). Elle se déroule dans le hyaloplasme. L'énergie
libérée permet par couplage la synthèse de deux molécules d'ATP par molécule de glucose oxydé.
C6H12O6 +2 R' ---> 2 CH3COCOOH+2 R'H2
2ADP + 2 Pi ---> 2 ATP
- La deuxième étape se déroule dans la matrice des mitochondries. C'est une série de décarboxylations oxydatives, à
partir du pyruvate, qui s'accompagne de la production de composés réduits et de synthèse d'ATP.
2 CH3COCOOH+10 R'+6 H2O ---> 6 CO2 +10 R'H2
2 ADP + 2 Pi ---> 2 ATP
- La dernière étape se déroule dans les crêtes de la membrane interne des mitochondries.
C'est l'oxydation par le dioxygène, des composés réduits produits dans les étapes précédentes. Elle est couplée à la
production d'une importante quantité d'ATP.
12 R'H2 +6 O2 ---> 12 R'+12 H2O
32 ADP + 32 Pi ---> 32 ATP
Par contraste avec l'oxydation complète du substrat liée aux mitochondries, une oxydation incomplète est possible par
fermentation. Elle produit un déchet organique, reste du substrat réduit non totalement oxydé lors du processus
dégradatif. Cette fermentation permet un renouvellement peu efficace mais réel des intermédiaires métaboliques, ce qui
autorise dans le cas de la fermentation alcoolique, une vie sans oxygène.
Bilan structural et fonctionnel d'une cellule vivante
Toute cellule vivante est constamment soumise à un bilan d'entrée et de rejet de matière, qu'accompagnent des
conversions énergétiques.
La cellule eucaryote est formée de compartiments dans lesquels se déroulent des réactions métaboliques particulières,
catalysées par des enzymes spécifiques. La mitochondrie et le chloroplaste proviennent probablement de bactéries
qu'une cellule hôte ancestrale
aurait adoptées comme endosymbiotes.
Le noyau, par l'information génétique qu'il contient, dirige la synthèse des protéines, et donc des enzymes nécessaires au
métabolisme de la cellule.