Le métabolisme cellulaire est un terme général couvrant toutes les réactions chimiques qui convertissent l’énergie ou utilisent de l’énergie à l’intérieur d’une cellule. Les cellules humaines et de nombreux autres organismes multicellulaires utilisent le processus de respiration aérobie pour convertir les aliments en énergie. Les plantes et certains micro-organismes effectuent le processus de photosynthèse. D’autres organismes utilisent la respiration anaérobie ou la fermentation, des types de métabolisme cellulaire qui ne nécessitent pas d’oxygène.
Deux types de réactions chimiques se produisent dans le métabolisme cellulaire, les réactions cataboliques et les réactions anaboliques. Les réactions cataboliques produisent de l’énergie que la cellule utilise, tandis que les réactions anaboliques nécessitent de l’énergie pour créer les molécules nécessaires au fonctionnement de la cellule. Les cellules stockent de l’énergie sous forme d’adénosine triphosphate (ATP), qui est créée par des réactions cataboliques et utilisée par des réactions anaboliques.
La respiration aérobie décompose les sources organiques de carbone, telles que les glucides, les protéines et les graisses. Premièrement, le processus de glycolyse décompose une molécule de glucose – un sucre avec six atomes de carbone – en deux molécules de pyruvate, deux molécules de nicotinamide adénine dinucléotide réduit (NADH) et deux molécules d’ATP. Le cycle de Kreb, également appelé cycle de l’acide citrique (CAC) ou cycle de l’acide tricarboxylique (TCA), décompose davantage le pyruvate créé lors de la glycolyse en dioxyde de carbone et en eau, créant deux autres molécules d’ATP dans le processus. Un mécanisme appelé chaîne de transport d’électrons transfère les atomes d’hydrogène du NADH à l’oxygène. Ce transfert libère de l’énergie, qui est utilisée pour créer 34 molécules supplémentaires d’ATP.
La glycolyse et le cycle de Kreb se déroulent de la même manière dans la respiration anaérobie que dans la respiration aérobie. Dans la chaîne de transport d’électrons, cependant, des molécules inorganiques – des molécules qui ne contiennent pas de carbone – sont utilisées comme accepteurs d’électrons à la place de l’oxygène. Le type de molécule inorganique utilisé dépend de l’organisme. Par exemple, certains organismes utilisent des composés contenant du soufre et certains utilisent des composés contenant de l’azote. La respiration anaérobie produit un total de 36 molécules d’ATP, contre 38 pour la respiration aérobie.
La fermentation est une autre forme de métabolisme anaérobie, mais contrairement à la respiration anaérobie, elle n’implique pas de chaîne de transport d’électrons ni de cycle de Kreb. La glycolyse décompose les molécules organiques pour créer de l’énergie. Puisque la glycolyse est la seule réaction qui a lieu dans la fermentation, elle ne produit que deux molécules d’ATP par molécule de glucose.
Les plantes et certains micro-organismes, qui sont tous classés comme photoautotrophes, tirent leur énergie d’une forme de métabolisme cellulaire appelée photosynthèse, plutôt que de la respiration. Les photoautotrophes obtiennent de l’énergie de la lumière et la convertissent en énergie chimique sous forme d’ATP. Les cellules utilisent ensuite l’ATP pour convertir le dioxyde de carbone en glucose et autres nutriments dont l’organisme a besoin.