Cellule et métabolisme

Cellule et métabolisme

1. La cellule, unité du vivant

Théorie cellulaire (Schleiden, Schwann, Virchow, XIXᵉ) : toute cellule provient d'une autre cellule.

• Procaryote (bactéries, archées) : sans noyau, ADN circulaire, taille 1-10 µm.
• Eucaryote (animaux, plantes, champignons, protistes) : noyau, organites, 10-100 µm.

Organites principaux : noyau (ADN), mitochondrie (ATP), chloroplaste (photosynthèse), réticulum endoplasmique, Golgi, lysosomes, ribosomes.

2. Le métabolisme

Ensemble des réactions biochimiques cellulaires.

• Catabolisme : dégradation → énergie (ex : respiration).
• Anabolisme : synthèse → matière (ex : photosynthèse, synthèse protéique).

Molécule énergétique universelle : ATP (Adénosine TriPhosphate). Hydrolyse : $\text{ATP} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{ADP} + \text{P}_i + 30{,}5 \text{ kJ/mol}$.

3. La respiration cellulaire

Bilan global : $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2 \rightarrow 6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} + \sim 32 \text{ ATP}$

Trois étapes :

1. Glycolyse (cytoplasme) : glucose → 2 pyruvates + 2 ATP + 2 NADH.
2. Cycle de Krebs (matrice mitochondriale) : oxydation complète en CO₂, production de NADH et FADH₂.
3. Chaîne respiratoire + phosphorylation oxydative (membrane interne) : oxydation des coenzymes, création d'un gradient de H⁺, ATP synthase → ATP.

Fermentation (anaérobie) : glycolyse seule + régénération du NAD⁺ (lactique, alcoolique) — 2 ATP seulement.

4. La photosynthèse

$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{h\nu} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$

• Phase claire (thylakoïdes) : photolyse de l'eau, chaîne photosynthétique, ATP + NADPH.
• Cycle de Calvin (stroma) : fixation du CO₂ par la Rubisco → glucides.

5. Régulation métabolique

• Enzymes : catalyseurs protéiques spécifiques, régulés par pH, T°, effecteurs (allostérie).
• Voies interconnectées : lipides, acides aminés convergent vers l'acétyl-CoA.
• Hormones : insuline (stockage), glucagon, adrénaline (mobilisation).

6. Applications biotechnologiques

Bioréacteurs (levures pour l'éthanol, E. coli pour l'insuline), biocarburants, ingénierie métabolique, biosenseurs.