Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à définir les termes métabolisme, anabolisme et catabolisme et à décrire des exemples de réactions anaboliques et cataboliques.
Le métabolisme fait référence à l’ensemble de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans une cellule ou dans un organisme. Des réactions métaboliques se produisent à tout instant dans toutes vos cellules !
Terme clé : Métabolisme
Le métabolisme décrit l’ensemble de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les organismes vivants pour les maintenir en vie.
Il existe deux types de réactions métaboliques : les réactions anaboliques et les réactions cataboliques.
Lors de réactions anaboliques, les petites molécules sont transformées en molécules plus grosses. Ces processus nécessitent de l’énergie apportée sous la forme d’une molécule appelée ATP. Lors de réactions cataboliques, les grosses molécules sont dégradées en molécules plus petites. Ces processus libèrent de l’ATP.
Terme clé : Anabolisme
L’anabolisme correspond à l’ensemble des réactions métaboliques qui synthétisent des molécules à partir d’unités plus petites. L’anabolisme nécessite de l’ATP.
Terme clé : Catabolisme
Le catabolisme correspond à l’ensemble des réactions métaboliques qui dégradent les molécules en unités plus petites. Le catabolisme libère de l’ATP.
Voyons quelques exemples de réactions cataboliques.
Les aliments comme le pain, les pâtes et les pommes de terre sont composés de grosses molécules biologiques (ou biomolécules) appelées glucides. Un glucide que l’on trouve couramment dans les pommes de terre est l’amidon. La figure 1 montre un schéma de base de la structure d’un tronçon de molécule d’amidon.
Sur la figure 1, vous pouvez voir trois monomères de glucose reliés entre eux pour former de l’amidon. En réalité, il y a des centaines (voire des milliers ! ) de monomères de glucose dans une seule molécule d’amidon. Pour rendre ceci plus compréhensible visuellement, le monomère central entre crochets est marqué avec un « » pour représenter le nombre de monomères de glucose situés entre les deux monomères externes.
Notre corps ne peut pas faire grand-chose avec l’amidon lorsqu’il est sous cette forme. Pour être vraiment utile pour nos cellules, l’amidon doit être dégradé en ses sous-unités, ou monomères. Ces monomères sont des répétitions du sucre simple appelé glucose. La figure 2 illustre la dégradation de l’amidon en glucose, un exemple de réaction catabolique.
Une molécule de glucose ainsi produite peut subir d’autres réactions cataboliques. Lors de la respiration cellulaire, le glucose est décomposé pour libérer de l’énergie sous forme d’ATP. Cela se produit dans les mitochondries en présence d’oxygène (aérobie), ou dans le cytoplasme lorsque l’oxygène n’est pas présent (anaérobie).
Réaction : Respiration cellulaire aérobie
Comme nous pouvons le voir à partir de ces exemples, les réactions cataboliques sont celles qui dégradent les molécules en unités plus petites.
Exemple 1: Classez les réactions métaboliques en réactions anaboliques ou cataboliques
L’accumulation d’acides aminés peut être toxique pour le corps humain. Pour éviter cela, le groupe amine est retiré des acides aminés, puis est converti en une molécule non toxique ensuite excrétée. De quel type de réaction métabolique, anabolique ou catabolique, l’élimination du groupe amine est-elle un exemple ?
Réponse
Pour nous aider à répondre à cette question, nous devons d’abord comprendre certains des termes clés. Le métabolisme, ou les réactions métaboliques, décri(ven)t l’ensemble des réactions chimiques qui se produisent dans une cellule ou dans le corps d’un organisme. C’est notre métabolisme qui nous maintient en vie et nous permet de fonctionner !
Les réactions métaboliques peuvent être divisées en deux catégories : les réactions anaboliques et les réactions cataboliques. Les réactions anaboliques sont celles qui « construisent » des grosses molécules à partir de molécules plus petites. Les réactions cataboliques, en revanche, sont des réactions durant lesquelles des grosses molécules sont dégradées en molécules plus petites.
Revenons maintenant à l’exemple donné dans la question.
La structure d’un acide aminé simple est indiquée sur le schéma ci-dessous, et le groupe amine est encerclé.
La question décrit la désamination, qui est l’élimination de ce groupe amine. Puisque nous prenons une molécule et en retirons un composant, nous pouvons déterminer que cette réaction appartient à la catégorie de métabolisme qui dégrade les molécules.
Par conséquent, la bonne réponse est le catabolisme.
Mais qu’en est-il des réactions anaboliques ? Voyons un exemple de réaction anabolique qui se produit continuellement dans les cellules de votre organisme.
Les protéines sont des macromolécules biologiques formées de multiples chaînes constituées de nombreuses unités plus petites appelées acides aminés. Dans nos cellules, certaines des protéines dont nous avons besoin peuvent être « construites » par l’union d’acides aminés. La figure 3 donne un bref aperçu de la façon dont des liaisons se forment entre des acides aminés distincts pour créer une chaîne polypeptidique. Ceci est un exemple de réaction anabolique : une molécule plus grosse est formée à partir de plusieurs petites unités.
Plusieurs chaînes polypeptidiques peuvent alors interagir et former des liaisons, générant une protéine opérationnelle. Un exemple de protéine composée de nombreux polypeptides qui interagissent entre eux est l’hémoglobine - un schéma de base de la structure de l’hémoglobine est présenté à la figure 4.
Exemple 2: Classez les réactions métaboliques en réactions anaboliques ou réactions cataboliques
Lorsque la glycémie est trop élevée, le glucose est converti en glycogène. Le glycogène est une grosse molécule de stockage constituée de nombreuses répétitions de glucose. De quel type de réaction métabolique, anabolique ou catabolique, est-ce un exemple ?
Réponse
Le terme métabolisme désigne l’ensemble de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les cellules ou dans un organisme. Nous pouvons classer différentes réactions métaboliques en réactions anaboliques ou réactions cataboliques. Les réactions anaboliques « construisent » des molécules plus grosses à partir de molécules plus petites, alors que les réactions cataboliques dégradent les grosses molécules en composants plus petits.
Dans cet exemple, on nous dit que le glucose est converti en glycogène lorsque la glycémie est élevée. On nous dit également que le glycogène est une grosse molécule de stockage composée de nombreuses répétitions de glucose. Un schéma simple décrivant la structure du glycogène est fourni ci-dessous :
Chaque hexagone jaune représente une seule molécule de glucose.
Nous pouvons supposer à partir de ces informations que la réaction de conversion de plusieurs unités de glucose en une molécule de glycogène consiste à « construire » une molécule plus grosse à partir de plusieurs molécules plus petites répétitives. Revenons aux différentes catégories de réactions métaboliques pour trouver le terme qui décrit ce type de réaction.
Par conséquent, la bonne réponse est l’anabolisme.
Un autre exemple d’anabolisme qui se produit dans le corps humain est un processus appelé néoglucogénèse, qui se produit principalement dans les cellules du foie. Le préfixe néo- vient du mot grec qui signifie nouveau et gluco fait référence au glucose, car ce processus se produit dans le cadre de la réponse de l’organisme au taux de glucose dans le sang (glycémie) tombant en dessous des valeurs normales pour un individu sain. Enfin, genèse signifie génération ou production. En effet, la néoglucogenèse est la façon dont les cellules du foie produisent du nouveau glucose à partir de protéines et de graisses dégradées par d’autres cellules de l’organisme. Les métabolites issus de cette dégradation, par exemple les acides aminés et le glycérol, s’unissent ensuite en présence d’un apport d’énergie pour former du glucose. Ce glucose est ensuite libéré dans la circulation sanguine pour augmenter la glycémie jusqu’à un taux normal.
Exemple 3: Différenciez les réactions anaboliques et cataboliques au sujet des protéines et des acides aminés
Le schéma fourni montre la conversion des acides aminés en chaîne polypeptidique et la dégradation d’une chaîne polypeptidique en acides aminés.
- Quelle réaction (X ou Y) montre une réaction anabolique ?
- Quelle réaction (X ou Y) montre une réaction catabolique ?
Réponse
Pour nous aider à répondre à cette question, récapitulons la signification des termes clés.
Les réactions anaboliques sont des réactions métaboliques qui synthétisent de grosses molécules à partir de molécules plus petites. Elles impliquent la formation de liaisons entre des molécules ou des atomes pour former des molécules ou composés plus gros. Les réactions cataboliques, en revanche, sont des réactions métaboliques qui dégradent les grosses molécules en composants plus petits en rompant les liaisons entre les atomes ou les molécules.
Partie 1
En regardant notre schéma, nous pouvons voir que la réaction X indique que de nombreux cercles - dans ce cas, des acides aminés individuels - sont unis pour former une seule chaîne - dans ce cas, une chaîne polypeptidique. Ceci est un exemple de synthèse d’une molécule plus grosse à partir de nombreuses molécules plus petites ; il s’agit donc d’une réaction anabolique.
Par conséquent, la réaction X montre une réaction anabolique.
Partie 2
La réaction Y indique que la chaîne polypeptidique est dégradée en ses éléments constitutifs - dans ce cas, de nombreux acides aminés individuels. Ceci est un exemple de réaction catabolique.
Par conséquent, la réaction Y montre une réaction catabolique.
Passons maintenant à l’énergie et à son lien avec l’anabolisme et le catabolisme.
En règle générale, lorsqu’une molécule est dégradée - ce que nous savons être un exemple de catabolisme -, de l’énergie est libérée. Lorsque cette énergie est libérée dans les cellules de notre organisme, elle est stockée sous forme d’ATP. L’ATP est une molécule relativement petite qui diffère des autres molécules de stockage d’énergie telles que les graisses ou les glucides, car elle est dégradée pour libérer de l’énergie presque aussi rapidement qu’elle est stockée. La structure générale de l’ATP est illustrée à la figure 5.
Terme clé : ATP
L’ATP, ou adénosine triphosphate, est la molécule qui stocke l’énergie chimique dans les organismes vivants.
La rupture de la liaison entre les deux groupes phosphate les plus externes d’une molécule d’ATP, marquée en rouge sur la figure 5, libère l’énergie stockée dans cette liaison. L’ATP est facilement et rapidement dégradé et régénéré par les cellules. Cela signifie que les cellules ont un apport constant d’énergie à utiliser en cas de besoin.
Lorsque les molécules sont « construites » - par exemple, lors de réactions anaboliques -, ceci nécessite généralement un apport d’énergie. Les cellules peuvent maintenant utiliser les molécules d’ATP produites par les réactions cataboliques et utiliser cette énergie stockée dans la liaison entre les deux groupes phosphate pour former des molécules plus grosses.
La relation entre l’anabolisme et le catabolisme et leur lien avec l’ATP sont résumés dans la figure 6 ci-dessous.
Exemple 4: Différenciez les réactions anaboliques et cataboliques en termes de besoins énergétiques
Un élève lit au sujet du métabolisme chez l’Homme. Il conclut que les cellules humaines ont besoin de plus grandes quantités d'énergie pour dégrader des molécules complexes en molécules plus petites que pour synthétiser des molécules complexes à partir de petites molécules.
A-t-il raison ?
- Non, c’est la synthèse de molécules complexes qui nécessite une quantité d'énergie relativement plus importante.
- Oui, c’est la dégradation de molécules complexes qui nécessite un apport d'énergie relativement plus important.
Réponse
Les réactions anaboliques et cataboliques sont les deux types de réactions métaboliques qui se produisent dans les organismes vivants. Les réactions anaboliques sont celles qui synthétisent de grosses molécules à partir de molécules plus petites, comme la synthèse d’une chaîne polypeptidique à partir de l’union de plusieurs acides aminés. Voici un moyen mnémotechnique pour vous en souvenir : « anabolique » commence par la même lettre que « addition » et, lors des réactions anaboliques, nous « additionnons/ajoutons » des molécules pour en former de plus grosses ! Les réactions cataboliques sont celles qui dégradent les grosses molécules en molécules plus petites.
Les réactions anaboliques et cataboliques ont des besoins énergétiques différents. Lorsque des grosses molécules doivent être synthétisées, cela nécessite souvent un apport d’énergie. Cette énergie peut être utilisée pour former des liaisons entre des molécules individuelles. Cependant, lorsque les molécules sont dégradées, de l’énergie est libérée. En effet, l’énergie est stockée dans les liaisons entre les atomes ou les molécules.
En revenant à la conclusion de l’élève, nous pouvons voir qu’elle est incorrecte. En général, la dégradation des molécules complexes libère comparativement plus d’énergie que la synthèse de nouvelles molécules n’en requiert.
Donc, la bonne réponse est l’option A. L’élève a tort, car c’est la synthèse de molécules complexes qui nécessite une quantité d'énergie relativement plus importante.
Récapitulons certains des points clés que nous avons abordés dans cette fiche explicative.
Points clés
- Le métabolisme décrit l’ensemble de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans une cellule ou dans un organisme.
- L’anabolisme et le catabolisme sont les deux catégories du métabolisme.
- Les réactions anaboliques utilisent de l’énergie pour synthétiser de grosses molécules à partir de plusieurs molécules plus petites.
- Les réactions cataboliques dégradent les grosses molécules en molécules plus petites, libérant de l’énergie au cours du processus.