Capter et stocker l'énergie : l'ATP et la photosynthèse

Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques par lesquelles une cellule dégrade ou construit des molécules, se maintient en vie et se renouvelle. On le range en deux camps opposés et complémentaires.

• Le catabolisme dégrade de grosses molécules en petites. Ces réactions libèrent de l'énergie : elles sont, pour la plupart, exergoniques ($\Delta G < 0$). Ex. : la respiration cellulaire qui casse le glucose.
• L'anabolisme construit de grosses molécules à partir de petites. Ces réactions consomment de l'énergie : elles sont endergoniques ($\Delta G > 0$). Ex. : la photosynthèse qui fabrique le glucose.

$\Delta G$ est le « bilan énergétique » d'une réaction. Pense à une bille sur une pente. $\Delta G < 0$ (exergonique) = la bille descend toute seule, elle libère de l'énergie. $\Delta G > 0$ (endergonique) = il faut pousser la bille vers le haut : la réaction n'a lieu que si on lui fournit de l'énergie. La cellule finance ses réactions endergoniques (anabolisme) avec l'énergie de ses réactions exergoniques (catabolisme) — et l'intermédiaire de ce financement, c'est l'ATP.

La photosynthèse et la respiration sont l'inverse l'une de l'autre. Ce que l'une consomme ($\ce{CO2}$, $\ce{H2O}$), l'autre le produit, et réciproquement. La photosynthèse range l'énergie solaire dans le glucose ; la respiration la libère pour fabriquer de l'ATP.

Les deux équations sont équilibrées : compte les carbones à gauche et à droite de la photosynthèse — 6 $\ce{C}$ dans $\ce{6 CO2}$, 6 $\ce{C}$ dans $\ce{C6H12O6}$. Rien ne se perd : la matière est conservée, seule l'énergie change de forme. C'est un bon réflexe pour ne jamais te tromper de coefficient.

Un autotrophe (« qui se nourrit lui-même ») fabrique sa propre matière organique à partir de matière minérale ($\ce{CO2}$, $\ce{H2O}$) et d'une source d'énergie externe — la lumière pour les végétaux. Un hétérotrophe (« qui se nourrit des autres ») est incapable de fixer le $\ce{CO2}$ : il doit manger de la matière organique déjà toute faite. L'animal est hétérotrophe ; la plante verte est autotrophe.

Erreur classique : croire qu'une plante « ne fait que » de la photosynthèse. Faux. Une cellule végétale possède à la fois des chloroplastes (photosynthèse) et des mitochondries (respiration). Le jour, elle photosynthétise et respire ; la nuit, sans lumière, elle ne fait plus que respirer. La photosynthèse fabrique le sucre ; la respiration le dépense — même chez la plante.

L'ATP est une molécule faite de trois parties emboîtées :

1. une adénine (une base azotée, la même que dans l'ADN) ;
2. un ribose (un sucre à 5 carbones) ;
3. une chaîne de 3 groupements phosphate accrochés en file.

Adénine + ribose forment l'adénosine ; on y ajoute les phosphates. « Tri-phosphate » = trois phosphates. Toute l'énergie est logée dans les liaisons entre ces phosphates.

Quand la cellule a besoin d'énergie, elle brise la dernière liaison phosphate de l'ATP par une réaction avec l'eau (hydrolyse). Il reste de l'ADP (adénosine diphosphate, deux phosphates) + un phosphate libre ($\ce{P_i}$), et l'énergie de la liaison est libérée, immédiatement disponible pour le travail cellulaire.

Une cellule ne contient qu'une réserve d'ATP de quelques secondes. Impossible d'en stocker plus : la molécule est trop instable. Résultat, ton organisme recycle la même population de molécules d'ATP en permanence — au repos, tu régénères l'équivalent de ton propre poids corporel en ATP par jour. Ce n'est pas le stock qui compte, c'est le débit : la production doit tourner sans interruption.

• Le cyanure bloque la chaîne respiratoire : la mitochondrie ne peut plus régénérer l'ATP. Les cellules meurent alors qu'il reste de l'$\ce{O2}$ dans le sang.
• L'arsenic prend la place du phosphore : il se glisse à la place du $\ce{P}$ dans les molécules phosphorées (comme l'ATP), qui deviennent inutilisables.

Dans les deux cas, la panne de production d'ATP, sur un stock de quelques secondes, entraîne une mort rapide.