Les processus métaboliques sont des séquences de réactions biochimiques qui se déroulent dans les cellules vivantes pour maintenir la vie. Ils peuvent être divisés en deux types principaux. Les processus cataboliques, ou voies, impliquent la décomposition de molécules complexes de la nourriture en unités plus petites qui peuvent être utilisées comme éléments constitutifs de nouvelles molécules ou pour fournir de l’énergie. Les voies anaboliques impliquent l’utilisation d’énergie pour construire de nouveaux produits chimiques qui deviennent des composants des cellules. Ces réactions sont rendues possibles par un certain nombre de catalyseurs organiques appelés enzymes.
Ensemble, les deux types de processus métaboliques permettent la transformation des matières premières, ou nutriments, absorbées par un organisme en tissus. Un composé, commun à toute vie cellulaire, est essentiel à ces transformations. L’adénosine triphosphate (ATP) est utilisée pour stocker l’énergie obtenue à partir de nutriments, tels que les glucides, et pour libérer de l’énergie lorsqu’elle est nécessaire à la construction de nouvelles molécules.
Processus cataboliques
Certains organismes, comme les plantes vertes, fabriquent leur propre nourriture à partir de matières inorganiques, tandis que d’autres, comme les animaux, consomment des matières organiques pour se nourrir. La nourriture consommée par les animaux peut être décomposée en trois types principaux : les glucides, les lipides (graisses et huiles) et les protéines. La digestion implique des processus cataboliques qui les décomposent en composants plus simples. Par exemple, les glucides relativement complexes, tels que les polysaccharides et les disaccharides sont décomposés en glucose, et les protéines sont décomposées en acides aminés. Ces composés plus simples peuvent être utilisés par des processus anabolisants pour construire de nouveaux matériaux, ou ils peuvent être décomposés davantage pour fournir de l’énergie.
La respiration cellulaire est le processus par lequel le glucose des glucides (C6H12O6) est décomposé en dioxyde de carbone (CO2) et en eau (H2O), produisant de l’énergie qui est stockée dans l’ATP. La procédure implique l’oxydation, et lorsqu’il y a de l’oxygène atmosphérique disponible, il est utilisé dans ce qu’on appelle la respiration aérobie. C’est le processus qui se déroule chez les animaux, les plantes et certains micro-organismes. La réaction globale peut être résumée comme
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
mais le processus se déroule en plusieurs étapes, et les détails sont assez complexes.
Dans des conditions où il n’y a pas d’oxygène libre, la respiration anaérobie a lieu. Cela ne se trouve que chez certains micro-organismes qui vivent dans le sol, la matière organique en décomposition, sous la mer, en profondeur sous terre et dans les intestins des animaux. Ces organismes utilisent des alternatives telles que les nitrates, les sulfates, le fumarate et même le soufre à la place de l’oxygène libre. La respiration anaérobie est beaucoup moins efficace que le processus aérobie et produit beaucoup moins d’ATP, mais au début de l’histoire de la Terre – avant qu’il n’y ait de l’oxygène libre dans l’atmosphère – c’était la seule forme de respiration possible.
Chez les animaux, les lipides sont également oxydés en dioxyde de carbone et en eau, mais les premières étapes sont différentes. La chimie des organismes se déroule dans un environnement à base d’eau, mais les graisses et les huiles ne se mélangent pas avec l’eau. La première étape consiste à émulsionner ces substances, ce qui signifie les convertir en une forme qui se mélangera à l’eau, de la même manière que les détergents peuvent aider à nettoyer les déversements de pétrole. Ceci est fait par des substances semblables à du savon contenues dans la bile libérée par la vésicule biliaire dans l’intestin grêle. Les lipides sont alors décomposés en acides gras et en glycérol, qui peuvent être absorbés par les intestins, et qui peuvent alors subir des réactions d’oxydation similaires à celles réalisées sur les glucides.
Les protéines sont de très grosses molécules complexes, constituées de blocs de construction appelés acides aminés. Ils sont métabolisés par diverses réactions qui les séparent en leurs acides aminés, qui peuvent être absorbés, puis utilisés dans les cellules. En général, les protéines ne sont pas utilisées pour fournir de l’énergie, mais plutôt les acides aminés sont utilisés pour fabriquer de nouvelles protéines pour construire les tissus et les muscles. Dans les cas où aucun glucide ou graisse n’est disponible dans l’alimentation et que le corps a épuisé ses réserves de graisse, les protéines peuvent être utilisées pour générer de l’énergie, par oxydation de leurs acides aminés. Dans ces cas, le corps peut commencer à décomposer les protéines musculaires.
Processus anabolisants
Également appelées biosynthèse, ce sont des réactions qui utilisent l’énergie stockée dans l’ATP par des processus cataboliques. Ils comprennent la construction de protéines à partir d’acides aminés et la construction d’ADN à partir de nucléotides. Chez les animaux, les contractions musculaires qui alimentent le mouvement peuvent également être incluses, car elles nécessitent l’utilisation de l’énergie stockée. Chez les plantes, la synthèse du glucose à partir du dioxyde de carbone et de l’eau par photosynthèse est une autre voie anabolique.
Processus métaboliques et poids corporel
L’énergie obtenue à partir des aliments par catabolisme peut être utilisée immédiatement, par des processus anabolisants, mais si elle n’est pas utilisée, une grande partie est stockée sous forme de graisse. La quantité d’énergie qui peut être extraite d’un aliment peut être mesurée en calories. De même, la quantité consommée par diverses formes d’exercice peut également être mesurée de cette façon. Si systématiquement plus de calories sont consommées que ce qui est utilisé, la graisse s’accumulera, entraînant un gain de poids. A l’inverse, si plus de calories sont dépensées qu’elles n’en consomment, le corps obtiendra de l’énergie en utilisant ses réserves de graisse, en perdant du poids.