"Il est hélas devenu évident aujourd'hui que notre technologie a dépassé notre humanité." A. Einstein.
Les équipes de chercheurs en biologie du consortium «Save the Earth and Humanity» viennent de mettre au point un « super transformateur » qui permet de convertir l’énergie solaire en énergie directement assimilable par le monde du vivant.*
Auteur de l'article : 2961-R2D2,
rapporteur spécial de l’écho des robots.
Dec 2961.
* Vous l’aurez compris, ceci est une fiction … Il ne faut pas oublier que par sa cupidité, l’humanité a depuis bien longtemps disparu.
Pour ceux qui veulent en savoir un peu plus ...
La mitochondrie
Les organismes hétérotrophes sont des organismes qui sont obligés de se nourrir de constituants organiques préexistants. En gros ce sont les animaux, les végétariens étant obligés de cueillir et les carnivores de chasser pour vivre.
Je me rappelle de mes années lycée où on devait apprendre le fameux cycle de Krebs. Quelle galère ... Depuis, j'ai bien entendu tout oublié ... Je ne me rappelle plus que de sa finalité, ce qui me suffit largement. Dégrader des sucres pour au final filer de l'énergie à la cellule.
La mitochondrie est le siège de toute cette chimie. Voyons donc ce qu'est ce drôle de petit truc ...
La mitochondrie est un organite qui baigne dans le cytoplasme des cellules hétérotrophes et qui est le lieu de la respiration cellulaire.
La mitochondrie est entourée de 2 membranes. La membrane interne est formée de renflements appelés crêtes mitochondriales. L'espace cerné par cette membrane s'appelle la matrice.
La mitochondrie travaille en 2 temps :
• Comme nous l'avons dit, elle exécute une 1ere étape relative au cycle de Krebs. Le cycle de Krebs se nourrit de sucres et d'eau, il recrache du dioxyde de carbone et alimente la chaîne respiratoire en protons et en électrons. Cette alimentation se fait par l'intermédiaire d'un transporteur.
• Puis une seconde étape appelée phase de phosphorylation oxydative. Sous l'effet des électrons acheminés par le transporteur, la chaîne respiratoire pompe les protons pour leur faire traverser la membrane. Les protons passent de la matrice à l'espace inter-membranaire.
La différence de potentiel protonique entre les 2 milieux - il y a plus de protons d'un coté que de l'autre - les force alors à revenir dans la matrice. Les protons retraversent la membrane au niveau d'enzymes qui ressemblent à des petites turbines. En passant, les protons les font tourner. Ce mouvement mécanique fournit l'énergie nécessaire à la phosphorylation d'un nucléotide - l'ADP - présent dans la matrice. Peter Mitchell a découvert ce mécanisme dans les années 60 et l'a baptisé chimiosmose. L'ADP se transforme en ATP.
Les molécules d'ATP ainsi produites sont ensuite éjectées de la mitochondrie. Elles rejoignent le cytoplasme de la cellule où elles permettront plus tard de fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement et au développement de l'organisme.
La respiration est maintenue grâce à un apport extérieur en oxygène qui par réaction s'associe aux protons et capture les électrons qui sortent de la chaîne respiratoire. L'eau forme le produit de la réaction. Sans oxygène, pas de respiration possible.
La mitochondrie dérive d'une bactérie - une bactérie aérobie - qui au cours de l'évolution de la vie sur terre, s'est associée aux cellules eucaryotes - cellules possédant un noyau. D'ailleurs comme traces de cette origine, les mitochondries contiennent des brins d'ADN qui leurs sont propres. Cet ADN code certaines des protéines spécifiques à la mitochondrie. Dans la reproduction sexuée, seul l'ADN mitochondrial maternel est transmis à la descendance.
Immersion totale.
La même avec les explications.
Le chloroplaste
Les organismes autotrophes sont des organismes capables de se développer uniquement à partir de substances minérales. En gros, ce sont les végétaux, à savoir les algues et les plantes. Ne pas pouvoir se déplacer, les a obligé à développer des mécanismes propres à entretenir leur métabolisme et leur croissance.
Contrairement à leurs homologues hétérotrophes, ils peuvent élaborer leur propre matière organique, ce à partir de leur environnement naturel.
Les plantes produisent leur propre nourriture pour survivre. Les arbres poussent sans être obligés de se nourrir de viande ou autres végétaux. Il existe très peu de plantes carnivores, heureusement pour nous :)
Le chloroplaste est le petit truc qui va aider les végétaux à grandir. Le chloroplaste est l'organite où se produit la photosynthèse. Il est principalement présent dans les organes aériens de la plante, et est spécifique au monde végétal. C’est le lieu où l’énergie lumineuse est transformée en énergie chimique, puis stockée dans des molécules organiques : les sucres.
A l'instar de la mitochondrie, le chloroplaste est le siège de toute la chimie des cellules autotrophes liée à la photo-respiration. Cependant, il y a une différence essentielle entre les 2 organites. Tout comme la mitochondrie, le chloroplaste génère des molécules d'ATP mais il les reprend directement à son compte. Il les exploite dans un cycle de réactions biochimiques, le cycle de Calvin. Je ne me rappelle pas - ou plus - avoir planché en détail sur ce cycle :)
Autre analogie, le chloroplaste baigne dans le cytoplasme des cellules autotrophes et il est lui aussi entouré de 2 membranes.
Dans un végétal, il existe 2 types de respiration, la photo-respiration et la respiration appelée 'respiration à l'obscurité', les plantes vivent aussi la nuit ... Dans ce cas, elles absorbent l'oxygène présent dans l'air, ce qui explique pourquoi il y a également des mitochondries dans une cellule végétale. Le chloroplaste quant à lui n'est présent que dans les plantes et n'intervient que le jour. Il n'a recours qu'à la photo-respiration.
L'espace cerné par la membrane interne du chloroplaste s'appelle le stroma. Mais ce qui est notable, c'est que cet espace est rempli d'enclaves que l'on appelle des thylakoïdes organisés en grana. Ils ressemblent à des empilements de petites crêpes. Ces thylakoïdes constituent un ensemble de membranes où se déroule la phase claire de la photosynthèse. L'espace intérieur d'un thylakoïde s'appelle le lumen. La membrane des thylakoïdes contient un ensemble de pigments que l'on appelle la chlorophylle. La chlorophylle absorbe les composantes rouge et bleue de la lumière ce qui donne leur couleur verte aux feuilles. Si on résume, un chloroplaste contient des pigments permettant de transformer l'énergie lumineuse en énergie chimique. Un chloroplaste est un plaste coloré, sa chlorophylle étant verte.
Le chloroplaste travaille en 2 temps :
• D'une part, il consomme de l'eau, via la photolyse il la transforme en protons et électrons , et recrache de l'oxygène élément par ailleurs indispensable à la vie animale.
Les chlorophylles capturent les électrons et sous l'effet photoélectrique les envoient en entrée de la chaîne respiratoire. C'est cette séquence que l'on nomme photo-respiration. Pas de lumière, pas de respiration.
Tout comme nous l'avons vu avec la mitochondrie, la chaîne respiratoire a pour fonction de pomper les protons pour les faire traverser la membrane. Les protons qui se trouvent dans le stroma passent dans le lumen.
Mais, la différence de potentiel protonique entre les deux milieux forcent les protons à ressortir. En chimie, on parle de potentiel hydrogène ou PH. Les protons ayant été pompés par la chaîne respiratoire ainsi que ceux issus de la photolyse sortent du thylakoïde via les mêmes enzymes que celles utilisées par la mitochondrie. En sortant, ils les font tourner - toujours suivant le principe de la petite turbine - ce qui permet de fournir l'énergie nécessaire à la phosphorylation d'un nucléotide - l'ADP - présent dans le stroma. Tout comme pour une mitochondrie, dans un chloroplaste les molécules d'ADP sont transformées en ATP.
Les molécules d'ATP ainsi produites restent dans le stroma et vont permettre d'alimenter en énergie les réactions biochimiques de la phase que nous allons voir maintenant.
• D'autre part, les protons déposés dans le stroma réduisent un transporteur chargé d'alimenter en protons le cycle de Calvin. L'énergie transportée par l'ATP issu de la phase photochimique précédente ainsi que les protons acheminés par le transporteur, entretiennent les réactions biochimiques de cette phase. Le transporteur transborde également les électrons qu'il a capté en sortie de la chaîne respiratoire.
Reste la fourniture d'un composant extérieur essentiel, le dioxyde de carbone qui est la matière première en apport de carbone. Au final ce cycle de réactions crée des sucres et amidons qui seront utilisés par les cellules de la plante pour vivre et se développer.
Le produit de ces réactions donne également de l'eau. Les plantes transpirent. Comme nous l'avons vu dans la phase photochimique, la plante a besoin d'eau. Son système racinaire est chargé de la lui procurer. Mais dans la phase biochimique, la plante rejette de l'eau, et cela par les stomates de ses feuilles.
Un grand chêne en zone tropicale peut évapo-transpirer 1000 litres d'eau par jour.
Tout comme une mitochondrie, un chloroplaste est une ancienne bactérie - anaérobie - qui au cours de l'évolution de la vie sur terre, s'est associé à une cellule eucaryote.
D'ailleurs, un chloroplaste contient des filaments d'ADN, traces de cette origine.
Voyage à l'intérieur d'une feuille..
Le métabolisme
Le métabolisme désigne l’ensemble des réactions chimiques mettant en jeu les molécules présentes dans les cellules des organismes vivants.
Il permet de répondre aux 2 besoins essentiels des organismes vivants :
• Synthétiser les molécules indispensables aux fonctions vitales et assurer ainsi une conservation de la matière.
• Fournir l’énergie nécessaire à la réalisation de ces fonctions vitales et répondre ainsi au principe de la conservation de l’énergie.
On peut donc diviser le métabolisme en :
• Anabolisme= Ensemble des réactions ayant pour objectif la synthèse de molécules complexes à partir de molécules plus simples en utilisant de l’énergie.
• Catabolisme= Ensemble des réactions ayant pour objectif la libération d’énergie par la dégradation de molécules complexes en molécules plus simples.
Le super-transformateur
• La mitochondrie >>> Catabolisme.
• Le chloroplaste >>> Anabolisme.
Pour finir sur une note optimiste, il est plaisant de voir qu'il y a environ 2 milliards d'années mitochondries et chloroplastes sont venus coloniser des cellules eucaryotes bien avant l’apparition des organismes multicellulaires qui d'ailleurs n'auraient certainement jamais pu se développer sans cette forme de coopération, et que cette collaboration a permis le développement de la vie.
Sans ces petits trucs, nous ne serions très certainement pas là pour en discuter ...
Pour ceux qui veulent en savoir encore un peu plus ...
Glossaire
• ATP : Adénosine triphosphate. Nucléotide qui fournit l'énergie nécessaire aux réactions chimiques du métabolisme, à la locomotion, à la division cellulaire, ou encore au transport actif d'espèces chimiques à travers les membranes biologiques.
• ADP : Adénosine diphosphate. Substance chimique intermédiaire qui utilise l'énergie libérée lors de diverses réactions biochimiques pour former l'adénosine triphosphate, molécule de stockage et de transport de l'énergie dans l'organisme.
Pompage de protons et courant protonique.
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