Le métabolisme cellulaire
Le métabolisme cellulaire
Le métabolisme c’est l’ensemble des réactions chimiques se produisant dans le cytoplasme ou dans les organites des cellules quand elles en ont (quand ce sont des cellules eucaryotes).
Le métabolisme c’est donc des réactions chimiques qui permettent aux cellules de produire des nouvelles molécules ou d’en dégrader pour réaliser leur vie cellulaire c’est-à-dire produire leur propre matière organique. Cela leur permet de grandir et de se multiplier. Pour cela, les cellules ont besoin de s’approvisionner en matières premières, c’est-à-dire de se nourrir.
I. Exemple d’étude du métabolisme des bactéries du lait
Le 1er graphique représente le nombre de bactéries qu’on laisse se développer pendant trois jours. (C’est un graphique en histogramme, avec des unités arbitraires, peut importe le nombre total, on veut seulement comparer le nombre de bactéries dans du lait pendant trois jours d’affilés.) On constate que le nombre de bactéries augmente de jours en jours.
Le 2e graphique suit la composition chimique du même lait (où se développent les bactéries) et on se rend compte que la quantité de lactose (sucre présent naturellement dans le lait) diminue au cours de ces trois jours, au fur et à mesure que les bactéries se développent.
Le 3e graphique suit la quantité d’acide lactique. Au départ absent du lait, il augmente au fur et à mesure que le temps passe.
Si le lait avait été chauffé au préalable pour tuer les bactéries qu’il contient, la quantité de lactose ne diminuerait pas au cours du temps et celle d’acide lactique n’augmenterait pas. Donc, c’est bien la présence de bactéries vivantes se multipliant pendant ces trois jours qui cause la diminution du lactose et l’augmentation de l’acide lactique.
Finalement, la multiplication des bactéries pendant ces trois jours dans le lait s’est faite grâce à une consommation de sucre (sous forme de lactose) et a produit une sorte de déchet qui est l’acide lactique venant s’accumuler à l’extérieur des bactéries du lait dans le liquide environnant.
C’est un exemple de consommation de matière et de rejet de déchet par ces bactéries, au fur et à mesure des réactions de leur métabolisme pendant trois jours.
II. Représentation du métabolisme d’une cellule
Pour réaliser les réactions de son métabolisme, la cellule a un approvisionnement en matière première, elle rejette des déchets ou des produits de son métabolisme et elle peut aussi réaliser des échanges gazeux avec son environnement (non illustrés dans le cas des bactéries du lait).
Tous ces échanges se font par l’intermédiaire de la membrane cytoplasmique qui est la barrière jouant un rôle de filtre, plus ou moins poreux, pour les échanges cellulaires. Tout cela permet la réalisation de réactions chimiques plus ou moins complexes et permet aux cellules de se multiplier.
Les facteurs influençant le métabolisme cellulaire : l'environnement des cellules
L’environnement des cellules
Quels sont les facteurs extérieurs qui font varier les réactions chimiques qui se déroulent à l’intérieur des cellules ?
On travaille sur des euglènes qui sont des végétaux uni-cellulaires, composés d’une seule cellule qui comprend une paroi puis une membrane, un noyau (cellule eucaryote) et un gros chloroplaste qui occupe la majorité du cytoplasme.
Expérience
On cultive des euglènes dans un milieu de culture qui leur fournit uniquement de l’eau et des sels minéraux. Cette culture se fait dans deux conditions :
– dans l’obscurité
– dans la lumière
On place des euglènes et on observe leur développement. On se rend compte qu’à l’obscurité, elles se sont peu multipliées entre le jour 1 et le jour 3. Alors qu’à la lumière, elles se sont beaucoup plus multipliées.
Il y a donc une multiplication cellulaire différente ce qui signifie que le métabolisme des euglènes n’est pas le même à l’obscurité qu’à la lumière. À la lumière, ces cellules végétales sont capables de réaliser une réaction chimique appelée photosynthèse.
Lors de la photosynthèse, les euglènes utilisent l’énergie lumineuse pour produire leur matière organique et donc se multiplier. En l’absence de lumière, elles ne sont pas capables de réaliser la photosynthèse car il leur manque l’énergie nécessaire. A moins qu’on leur fournisse, non plus seulement de l’eau et des sels minéraux, mais aussi de la matière organique comme du glucose. Dans ce cas là, on pourra observer une multiplication beaucoup plus importante entre le jour 1 et le jour 3
Selon le milieu, le métabolisme cellulaire est donc différent. L’environnement des cellules influence leur métabolisme. Dans le cas des cellules végétales, c’est la présence de lumière ou au contraire d’obscurité qui était le facteur variant dans l’environnement.
Selon le type cellulaire, champignons ou animaux, on retrouve l’influence de facteurs environnementaux (pas forcément la lumière) comme la présence de certains gaz ou nutriments.
Les facteurs influençant le métabolisme cellulaire : le programme génétique des cellules
Le programme génétique des cellules
On travaille cette fois avec des levures (cellules de la famille des champignons) qui sont des cellules eucaryotes (une paroi qui les délimite, une membrane, un noyau, différents organites dans lesquels se développent des réactions du métabolisme).
On utilise deux lots de levures :
– le lot A témoin, qu’on laisse intact,
– le lot B qu’on soumet à des rayons ultraviolets (UV) qui provoquent des mutations, c’est-à-dire des modifications du programme génétique
Ensuite, on cultive ces levures en leur fournissant de l‘eau, de la matière organique sous forme de glucose (sucre) et en les mettant dans un milieu oxygéné.
A gauche, on a la culture des levures témoin laissées intactes et à droite la culture de levures mutantes (leur programme génétique est modifié).
Entre le jour 1 et le jour 3, on observe que les levures témoins se multiplient activement, elle sont plus nombreuses au 3e jour. Par ailleurs, avec des sondes, on est capable de mettre en évidence une diminution du taux de dioxygène (O2) dans l’environnement des levures et une augmentation du taux de dioxyde de carbone (CO2). Les levures témoins consomment du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone et réalisent la respiration cellulaire. Cela leur permet de produire de la matière organique, de l’énergie et de se développer.
Du coté des levures mutantes, on remarque que la multiplication des cellules est très faible entre le jour 1 et le jour 3 et qu’il n’y a ni consommation de dioxygène ni rejet de dioxyde de carbone. Les levures mutantes sont incapables de respirer et sont donc différentes des levures témoins. La seule différence entre les 2 lots est le traitement aux rayons ultraviolets qui a entraîné des mutations.
On peut donc dire que lorsque le programme génétique est modifié, il peut modifier à son tour le métabolisme cellulaire. C’est un des paramètres qui influence les réactions chimiques à l’intérieur des cellules. Les levures mutantes ne sont plus capables de produire leur propre matière organique ni de respirer.