Réponse 1:
Vous avez posé une question classique en biologie, et bien sûr, une question très importante. La façon dont les êtres vivants produisent de l’énergie utilisable est importante non seulement du point de vue de la compréhension de la vie, mais elle pourrait également nous aider à concevoir des produits de récolte et de production d’énergie plus efficaces – si nous pouvions « imiter » la façon dont les cellules vivantes gèrent leur équilibre énergétique, nous pourrions être en mesure d’améliorer considérablement notre technologie. Par exemple, une plante est un bien meilleur collecteur de lumière solaire que notre meilleur panneau solaire. Et bien sûr, si nous comprenons l’utilisation de l’énergie, cela peut également nous aider à traiter les maladies humaines telles que le diabète.
Maintenant, la réponse à votre question peut être trouvée dans n’importe quel manuel de biologie de base, mais parfois, il y a tellement d’informations emballées dans un tel manuel qu’il peut être difficile d’extraire les informations dont vous avez besoin ou plus souvent, de voir toutes ces informations dans un contexte plus large. Essayons d’aborder votre question en plusieurs parties.
D’abord, nous devons savoir ce qu’est réellement l’ATP – chimiquement, il est connu sous le nom d’adénosine triphosphate. L’ATP est une forme d’énergie utilisable pour les cellules – l’énergie est « piégée » dans une liaison chimique qui peut être libérée et utilisée pour entraîner d’autres réactions qui nécessitent de l’énergie (réactions endergoniques).
Les organismes photosynthétiques utilisent l’énergie de la lumière solaire pour synthétiser leurs propres carburants. Ils peuvent convertir la lumière solaire récoltée en énergie chimique (dont l’ATP) pour ensuite piloter la synthèse des glucides à partir du dioxyde de carbone et de l’eau. Lorsqu’elles synthétisent les glucides, elles libèrent de l’oxygène. À l’échelle mondiale, plus de 10 milliards de tonnes de carbone sont « fixées » par les plantes chaque année – cela signifie que les molécules de carbone sont converties d’un gaz simple (le dioxyde de carbone) en molécules plus complexes et réduites (les hydrates de carbone), ce qui rend le carbone disponible comme nourriture pour les plantes non photosynthétiques (et bien sûr, fournit de l’oxygène). Ils utilisent une partie des glucides pour leur propre croissance et reproduction. C’est assez remarquable quand on y pense. Avez-vous visité le parc national de Sequoia ou vu les séquoias de notre côte nord-ouest ? Des arbres gigantesques, n’est-ce pas ? Pensez au fait que la plupart de cette masse est sous la forme de carbone qui a été tiré de l’air sous forme de dioxyde de carbone !
Le processus de photosynthèse est en deux parties. D’abord, il y a les réactions lumineuses, où la lumière est convertie en énergie chimique (un porteur d’électrons réduit et de l’ATP). Cela se produit dans les thylakoïdes (membranes empilées) des chloroplastes. L’ATP et les porteurs d’électrons sont ensuite utilisés dans une deuxième série de réactions, appelées réactions indépendantes de la lumière. Ces réactions se produisent également dans les chloroplastes, mais dans une zone appelée le stroma. Dans ce cas, le dioxyde de carbone est utilisé pour produire des sucres dans une série de réactions appelées cycle de Calvin, photosynthèse en C4 et métabolisme des acides crassulacés. Vous pouvez regarder dans n’importe quel manuel de biologie de base pour voir combien d' »énergie » ou de « sucre » est produit à chaque étape du processus.
Dans les non-photosynthétiseurs, le carburant doit être consommé. Le carburant chimique le plus courant est le sucre glucose (C6H12O6)… D’autres molécules, comme les graisses ou les protéines, peuvent également fournir de l’énergie, mais (généralement) elles doivent d’abord être converties en glucose ou en un intermédiaire utilisable dans le métabolisme du glucose.
Cela nous amène à la partie suivante – comment passe-t-on du glucose à l’ATP ? Cela se fait par le processus d' »oxydation » – et cela s’effectue par une série de voies métaboliques. Les transformations chimiques complexes dans la cellule se produisent dans une série de réactions distinctes pour former chaque voie, et chaque réaction est catalysée par une enzyme spécifique. Il est intéressant de noter que les voies métaboliques sont similaires dans tous les organismes, des bactéries aux humains. Chez les eucaryotes (plantes et animaux), de nombreuses voies métaboliques sont compartimentées, certaines réactions se produisant dans des organites spécifiques. Fondamentalement, les cellules piègent l’énergie libre libérée par la dégradation (métabolisme) du glucose. Cette énergie est piégée dans l’ATP lorsqu’il se convertit de l’ADP en ATP par l’ajout de phosphate.
Il existe 3 voies principales pour récolter l’énergie du glucose :
Glycolyse – commence le métabolisme du glucose dans toutes les cellules pour produire 2 molécules de pyruvate. Se produit en dehors des mitochondries, généralement dans le cytoplasme.
Respiration cellulaire – utilise l’oxygène de l’environnement et convertit chaque pyruvate en trois molécules de dioxyde de carbone tout en piégeant l’énergie libérée dans ce processus en ATP. Il existe trois voies secondaires de la respiration cellulaire : l’oxydation du pyruvate, le cycle de l’acide citrique (cycle de Krebs ou de l’acide tricarboxylique) et la chaîne de transport des électrons. Se produisent dans différents sous-compartiments des mitochondries.
Fermentation – convertit le pyruvate en acide lactique ou en éthanol ; n’a pas besoin d’oxygène. Elle n’est pas aussi efficace que la respiration cellulaire ; elle se produit dans le cytoplasme.
En termes de quantité d’ATP produite, vous pouvez regarder dans vos textes de base et évaluer combien d’ATP sont utilisés par rapport à combien sont produits pour chaque aspect du métabolisme
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