Sciences · Biologie
Le métabolisme
Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans un être vivant : il dégrade des molécules pour produire de l’énergie et en construit d’autres pour croître et se réparer.
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À chaque seconde, des milliards de réactions chimiques se produisent dans chacune de nos cellules : des sucres sont oxydés, des protéines assemblées, de l’ADN copié, des déchets neutralisés. Leur ensemble constitue le métabolisme. C’est lui qui distingue le vivant de l’inerte : un organisme vivant est un système qui puise sans cesse de la matière et de l’énergie dans son environnement pour entretenir sa propre organisation.
Catabolisme et anabolisme
| Catabolisme | Anabolisme | |
|---|---|---|
| Principe | Dégrader des molécules complexes en molécules simples | Construire des molécules complexes à partir de molécules simples |
| Énergie | Libère de l’énergie, captée sous forme d’ATP | Consomme de l’énergie (ATP) |
| Exemples | Digestion, glycolyse, respiration cellulaire, dégradation des graisses | Synthèse des protéines, de l’ADN, du glycogène, des lipides, photosynthèse |
| Hormones favorisantes (humain) | Glucagon, adrénaline, cortisol | Insuline, hormone de croissance, testostérone |
Les deux sont couplés par l'ATP, la « monnaie énergétique » de la cellule : le catabolisme la produit, l’anabolisme la dépense.
Les voies métaboliques
Les réactions ne se font pas au hasard : elles s’enchaînent en voies métaboliques, chaque étape étant catalysée par une enzyme spécifique. Le produit d’une réaction devient le substrat de la suivante.
| Voie | Rôle | Lieu (cellule eucaryote) |
|---|---|---|
| Glycolyse | Coupe le glucose en pyruvate, produit un peu d’ATP | Cytoplasme |
| Cycle de Krebs | Oxyde les restes carbonés, libère du CO2 | Mitochondrie |
| Chaîne respiratoire | Produit l’essentiel de l’ATP grâce à l’oxygène | Membrane interne de la mitochondrie |
| Bêta-oxydation | Dégrade les acides gras | Mitochondrie, peroxysome |
| Néoglucogenèse | Fabrique du glucose à partir d’autres molécules | Foie, reins |
| Glycogenèse et glycogénolyse | Stockage et libération du glucose | Foie, muscles |
| Cycle de l’urée | Élimine l’azote des acides aminés | Foie |
| Photosynthèse | Fabrique des sucres à partir de CO2 et de lumière | Chloroplaste |
Le cycle de Krebs, décrit en 1937 par Hans Krebs (Nobel 1953), est un carrefour : sucres, graisses et acides aminés y convergent. Les détails de la production d’énergie sont développés dans les fiches respiration cellulaire, mitochondrie et fermentation.
Les grands types de métabolisme dans le vivant
Les êtres vivants se distinguent par leur source d’énergie et de carbone.
| Type | Source d’énergie | Source de carbone | Exemples |
|---|---|---|---|
| Photoautotrophe | Lumière | CO2 | Plantes, algues, cyanobactéries |
| Chimioautotrophe | Réactions chimiques minérales | CO2 | Bactéries et archées des sources hydrothermales, bactéries nitrifiantes |
| Chimiohétérotrophe | Molécules organiques | Molécules organiques | Animaux, champignons, la plupart des bactéries |
| Photohétérotrophe | Lumière | Molécules organiques | Certaines bactéries pourpres |
Par ailleurs, certains organismes ont besoin d’oxygène (aérobies), d’autres en meurent (anaérobies stricts), d’autres s’en passent à l’occasion (levures).
Le métabolisme chez l’être humain
Métabolisme de base
Le métabolisme de base est la dépense d’énergie minimale d’un organisme au repos, à jeun, au chaud : celle qui maintient la respiration, la circulation, la température et l’activité des cellules. Chez un adulte, il représente généralement 60 à 70 % de la dépense énergétique quotidienne.
| Part de la dépense quotidienne | Proportion indicative |
|---|---|
| Métabolisme de base | 60 à 70 % |
| Activité physique | 15 à 30 % (très variable) |
| Digestion et assimilation des aliments (thermogenèse) | environ 10 % |
Le cerveau, qui ne pèse qu’environ 2 % du corps, consomme près de 20 % de l’énergie au repos. Le foie, les muscles et le cœur sont également de gros consommateurs.
Ce qui fait varier le métabolisme
- La masse musculaire : le muscle consomme plus que la graisse au repos.
- L’âge : une grande étude de 2021 portant sur plus de 6 000 personnes a montré que la dépense énergétique, rapportée à la taille du corps, culmine vers 1 an, diminue lentement jusqu’à 20 ans, reste stable de 20 à 60 ans, puis baisse.
- Les hormones : les hormones thyroïdiennes règlent le rythme de base (voir système endocrinien).
- La température extérieure, la fièvre, la grossesse, l’allaitement.
Du métabolisme à la taille : une loi d’échelle
Chez les animaux, la dépense de base augmente moins vite que la masse : elle suit approximativement la masse à la puissance 3/4 (loi de Kleiber, 1932). Rapporté au kilogramme, une musaraigne brûle donc bien plus d’énergie qu’un éléphant ; elle doit manger presque en continu. Ce rythme est lié à la longévité animale, sans l’expliquer à lui seul.
La régulation du métabolisme
Le métabolisme est ajusté en permanence pour répondre aux besoins et maintenir l'homéostasie :
- régulation des enzymes : un produit final peut freiner la première enzyme de sa propre voie (rétro-inhibition) ;
- régulation hormonale : après un repas, l’insuline favorise le stockage du glucose ; à jeun, le glucagon favorise sa libération ;
- régulation génétique : la cellule produit plus ou moins de certaines enzymes selon les ressources.
Des anomalies héréditaires d’une enzyme causent des maladies métaboliques (phénylcétonurie, galactosémie) ; le diabète est un dérèglement de la régulation du glucose.
Questions fréquentes
Peut-on « accélérer son métabolisme » ?
Modestement. L’activité physique, et surtout le maintien de la masse musculaire, augmentent la dépense. Les aliments ou compléments présentés comme « brûle-graisses » n’ont pas d’effet significatif démontré.
Pourquoi certaines personnes ont-elles un métabolisme plus rapide ?
À taille et composition corporelle égales, les différences entre adultes sont plutôt faibles. La masse musculaire, la génétique, les hormones thyroïdiennes et le niveau d’activité expliquent l’essentiel des écarts.
Quelle différence entre métabolisme et digestion ?
La digestion découpe les aliments en petites molécules dans le tube digestif (voir système digestif). Le métabolisme désigne ce que les cellules font ensuite de ces molécules : les brûler, les stocker ou s’en servir pour construire.