COMMENT LES CELLULES SE PROCURENT L'ÉNERGIE

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COMMENT LES CELLULES SE PROCURENT L'ÉNERGIE

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7 COMMENT LES CELLULES SE PROCURENT L’ÉNERGIE La lumière solaire et la survie Lorsque nous ressentons la faim, nous éprouvons le besoin de manger. Nous calmons alors notre faim en consommant des aliments de toutes sortes : des fruits, des légumes, de la viande ou des pâtes, par exemple. Cela dit, d’où viennent donc tous ces aliments ? Pour trouver la réponse, nous devons regarder au-delà du réfrigérateur, du supermarché, du restaurant ou même de la ferme. Les végétaux sont à l’origine de presque tous les aliments que nous mangeons. Ils utilisent les sources d’énergie et les matériaux bruts de leur milieu pour fabriquer le glucose et d’ utre a s composés organiques, constitués, rappelons-le, d’un squelette d’atomes de carbone. On est dès lors en droit de se demander : 1. D’où viennent ces atomes de carbone ? 2. D’où vient l’énergie qui alimente la synthèse des composés carbonés ? Les réponses à ces questions varient selon le mode nutritionnel de l organisme concerné. ’ Certains groupes d’organismes, incluant les végétaux, produisent eux- mêmes les composés organiques qui les constituent à partir de matière inorganique : ce sont des organismes autotrophes . Le carbone utilisé est alors extrait du dioxyde de carbone (CO 2 ), un composé gazeux retrouvé dans l’atmosphère et dans l’eau. Les végétaux, certaines bac- téries et de nombreux protistes sont photoautotrophes , c’est-à-dire qu’ils extraient l’énergie du rayonnement solaire pour réaliser la photo- synthèse . Au cours de ce processus, l énergie solaire déclenche la ’ production d’ATP et de la coenzyme NADPH: l’ATP apporte de l’énergie aux sites de la cellule photosynthétique où le glucose et les autres glu- cides sont fabriqués, tandis que le NADPH les ravitaille en électrons et en hydrogène, les éléments constitutifs des glucides en formation. De nombreux autres organismes sont hétérotrophes : contrai- rement aux végétaux, ils sont incapables de produire leur nourriture eux-mêmes à partir d’énergie et de matériaux bruts tirés de leur envi- ronnement. Ils doivent donc se nourrir d’organismes autotrophes, d’autres hétérotrophes ou même de déchets organiques. C’est de cette façon que la plupart des bactéries et de nombreux protistes survivent, de même que les mycètes et les animaux. Un prisme de cristal décompose le faisceau de lumière en un spectre de couleurs projeté sur une goutte d’eau déposée sur une lame de microscope.

Bactéries (en blanc)

Algue filamenteuse étalée sur toute la lame

Couleurs associées aux longueurs d’onde de la lumière (en nm)

Ces différents modes d’alimentation ne sont connus que depuis le milieu du XVII e siècle. Il y a longtemps, on croyait que les végétaux se nourrissaient exclusivement des matériaux bruts extraits du sol. Vers la fin du XIX e siècle, les chercheurs savaient déjà que les végétaux prélevaient de l’eau et du dioxyde de carbone pour les convertir, en présence de lumière, en glucides et en oxygène. En 1883, le botaniste T. Englemann voulut déterminer les longueurs d’onde de la lumière solaire préférentiellement utilisées par les plantes. Sachant que la photosynthèse libère de l’oxygène et que certaines bactéries, comme la plupart des organismes, ont besoin de cette molécule pour effectuer la respiration aérobie, Engelmann eut l’idée d’éclairer différentes régions d’un organisme photosynthétique avec tout le spectre de la lumière visible. Son hypothèse était que des bactéries aérobies disposées le long d’une algue filamenteuse se dépla- ceraient là où la production d’oxygène serait plus élevée, donc là où l’activité photosynthétique serait la plus intense. Il réalisa son expérience en déposant sur une lame microscopique une goutte d’eau contenant des bactéries et y ajouta un filament d’algue verte ( Spirogyra ). À l’aide d’un prisme de cristal, il sépara un faisceau de lumière solaire et projeta la lumière décomposée sur la lame. Les bactéries se multiplièrent principalement aux endroits où les algues vertes étaient baignées de lumière violette et rouge, ce qui révéla l’efficacité de ces longueurs d’onde pour stimuler la photosynthèse (voir la figure 7.1). Non seulement ces observations illustrèrent-elles bien le fonction- nement de la photosynthèse, mais aussi contribuèrent-elles à élucider l’une des pierres angulaires de l’organisation du vivant : la photo- synthèse est la principale voie par laquelle le carbone et l’énergie pénètrent dans le réseau alimentaire des êtres vivants. Que les compo- sés organiques soient fabriqués par un autotrophe ou absorbés par un hétérotrophe, les cellules de cet organisme peuvent les utiliser directement ou bien les emmagasiner. En effet, tous les organismes, qu’ils soient autotrophes ou hétérotrophes, emmagasinent l’énergie dans des composés organiques, pour ensuite la libérer au besoin par des mécanismes tels que la respiration aér obie. La figure 7.2 présente un aperçu des interactions chimiques qui existent entre la photo- synthèse et la respiration aérobie, deux processus fondamentaux qui font l’objet du présent chapitre et du suivant. Ces processus peuvent sembler éloignés de nos préoccupations quotidiennes. Cependant, il faut prendre conscience du fait que, sans eux, les aliments de la plupart des organismes vivants, y compris les humains, ne pourraient pas être produits et encore moins utilisés. D’ailleurs, nous abordons ce point ultérieurement. L’étude de la photosynthèse et de la respiration aérobie ouvre des perspectives sur de nombreux enjeux d’importance tels que la nutrition, les régimes alimentaires, l’agriculture, la croissance démographique, le génie géné- tique, les impacts de la pollution sur les ressources agroalimentaires et, par extension, la survie de l’humanité. Figure 7.1 Les résultats de l’expérience de T. Engelmann établissent une corrélation entre certaines longueurs d’onde de la lumière incidente et l’efficacité de la photosynthèse chez Spirogyra , une algue verte filamen- teuse. Un grand nombre de bactéries aérobies se sont déplacées vers les régions où les algues avaient libéré le plus d’oxygène, ce dernier se voulant un sous-produit de la photosynthèse.