Les cellules sont les plus petites unités d'êtres vivants qui possèdent toutes les propriétés associées à la vie. L'une de ces caractéristiques déterminantes est métabolisme, ou l'utilisation de molécules ou d'énergie provenant de l'environnement pour effectuer les réactions biochimiques nécessaires pour rester en vie et, in fine, se reproduire.
Les processus métaboliques, souvent appelés voies métaboliques, peuvent être divisés en ceux qui sont anabolisant, ou qui impliquent la synthèse de nouvelles molécules, et celles qui sont catabolique, qui impliquent la décomposition de molécules existantes.
Familièrement, les processus anabolisants consistent à construire une maison et à remplacer des éléments comme les fenêtres et gouttières au besoin, et les processus cataboliques consistent à prendre des pièces usées ou cassées de la maison pour trottoir. Si ceux-ci sont faits de concert au bon rythme, la maison existera dans un état aussi stable que possible, mais jamais passivement.
Aperçu du métabolisme
Les cellules et les tissus qu'elles forment subissent en permanence une "bidirectionnelle" métabolisme, ce qui signifie que pendant que certaines choses s'écoulent dans une direction anabolique, d'autres vont dans la direction opposée.
C'est peut-être plus évident au niveau d'organismes entiers: si vous brûlez glucose en sprintant pour rattraper votre chien (processus catabolique), le papier découpé sur votre main la veille continue de cicatriser (processus anabolique). Mais la même dichotomie est à l'œuvre dans les cellules individuelles.
Les réactions cellulaires sont catalysées par des molécules de protéines globulaires spéciales appelées enzymes, qui par définition participent aux réactions chimiques sans être eux-mêmes modifiés au final. Ils accélèrent considérablement les réactions - parfois d'un facteur bien supérieur à mille - et fonctionnent ainsi comme catalyseurs.
Réactions anabolisantes nécessitent généralement un apport d'énergie et sont donc endothermique (traduit vaguement, "la chaleur à l'intérieur"). C'est logique; vous ne pouvez pas grandir ou développer vos muscles à moins de manger, votre apport alimentaire s'échelonnant généralement en fonction de l'intensité et de la durée d'une activité donnée.
Réactions cataboliques sont généralement exothermique ("chaleur vers l'extérieur") et libère de l'énergie, dont une grande partie est captée par la cellule sous forme de adénosine triphosphate (ATP) et utilisé pour d'autres processus métaboliques.
Substrats du métabolisme
Les principaux éléments structurels du corps et les molécules dont il a besoin pour le carburant ainsi que la croissance et le remplacement des tissus sont composés de monomères, ou de petites unités répétitives dans un tout plus grand, appelé un polymère.
Ces unités peuvent être identiques, comme les molécules de glucose disposées en longues chaînes du carburant de stockage glycogène, ou ils peuvent être similaires et venir en "saveurs", comme avec acides nucléiques et les nucléotides qui les composent.
Les trois grands macronutriment classes de macromolécules en nutrition humaine, appelé les glucides, protéines et graisses, chacun est constitué de son propre type de monomère.
Le glucose est le substrat fondamental de toute vie sur Terre, chaque cellule vivante étant capable de le métaboliser en énergie. Comme indiqué, les molécules de glucose peuvent être liées en « chaînes » pour former du glycogène, qui, chez l'homme, se trouve principalement dans les muscles et le foie. Les protéines sont constituées de monomères extraits d'un sac de 20 différents acides aminés.
Les graisses ne sont pas des polymères car elles sont constituées de trois Les acides gras lié à une "épine dorsale" de la molécule à trois carbones glycérol. Lorsqu'ils grandissent ou rétrécissent, cela se produit par l'ajout ou l'élimination d'atomes aux extrémités des chaînes d'acides gras, un peu comme un « E » majuscule avec la partie verticale restant de la même taille mais les barres horizontales variant en longueur.
Qu'est-ce que le métabolisme anabolique ?
Envisagez de recevoir une boîte de blocs de construction de jouets de taille illimitée. Beaucoup sont identiques sauf dans leur couleur; d'autres sont de tailles différentes, mais peuvent être assemblées; d'autres encore ne sont pas destinés à se connecter, quelle que soit la configuration que vous sélectionnez. Vous pouvez créer des constructions identiques qui incluent, disons, trois à cinq pièces, et les lier ensemble de manière à ce que les jonctions de ces constructions soient également identiques.
Il s'agit essentiellement du métabolisme anabolique en action. Les groupes individuels de trois à cinq pièces de jouets représentent des "monomères" et le produit fini est analogue à "polymère." Et dans les cellules, au lieu que vos mains fassent le travail d'assemblage des morceaux, les enzymes guident le traiter. Dans les deux cas, l'aspect clé est un apport d'énergie pour générer des molécules de plus grande complexité (et généralement de plus grande taille également).
Des exemples de processus anabolisants comprennent, en plus de la synthèse des protéines, néoglucogenèse (la synthèse de glucose à partir de divers substrats en amont), la synthèse d'acides gras, lipogenèse (la synthèse des graisses à partir des acides gras et du glycérol) et la formation de urée et corps cétoniques.
Qu'est-ce que le métabolisme catabolique?
La plupart du temps, les processus cataboliques, au niveau des réactions individuelles, ne sont pas simplement les réactions anaboliques correspondantes exécutées en sens inverse, bien que beaucoup d'entre elles soient identiques. Habituellement, différentes enzymes sont impliquées.
Par exemple, la première étape de glycolyse (le catabolisme du glucose) est l'ajout d'un groupe phosphate au glucose, grâce à l'enzyme hexokinase, pour former du glucose-6-phosphate. Mais l'étape finale de la néoglucogenèse, l'élimination du phosphate du glucose-6-phosphate pour former du glucose, est catalysée par la glucose-6-phosphatase.
D'autres processus cataboliques vitaux en cours dans votre corps sont glycogénolyse (la dégradation du glycogène dans les muscles ou le foie), lipolyse (l'élimination des acides gras du glycérol), bêta-oxydation (la « brûlure » des acides gras) et la dégradation des cétones, des protéines ou des acides aminés individuels.
Maintenir un équilibre du métabolisme anabolique et catabolique
Garder le corps en phase avec ses besoins en temps réel nécessite une grande réactivité et coordination. Les taux de réactions anaboliques et cataboliques peuvent être contrôlés en faisant varier la quantité d'enzyme ou de substrat mobilisée dans une partie donnée de la cellule, ou en la rétro-inhibition, dans lequel l'accumulation d'un produit signale à la réaction en amont de se dérouler plus lentement.
De plus, et surtout du point de vue de la visualisation du métabolisme de manière holistique, les substrats d'une voie de macronutriments peuvent être shuntés dans celle d'une autre selon les besoins.
Un exemple de cette intégration de voies est que les acides aminés alanine et glutamine, en plus de servir de blocs de construction de protéines, peuvent également entrer dans la gluconéogenèse. Pour que cela se produise, ils doivent se débarrasser de leur azote, qui est géré par des enzymes appelées transaminases.
- Le glycérol, un produit de la lipolyse, peut également entrer dans la voie de la néoglucogenèse, qui est un moyen, au sens large, d'obtenir du sucre à partir des graisses. À ce jour, cependant, il n'y a aucune preuve que les produits de l'oxydation des acides gras puissent entrer dans la néoglucogenèse.
Exercice physique: croissance musculaire et perte de graisse
La forme physique est une préoccupation publique majeure dans les pays où les gens ont souvent le luxe de faire de l'exercice en option.
Bon nombre des modalités courantes sont fortement orientées dans la direction d'un processus ou d'un autre, comme soulever des poids pour développer la masse musculaire (anabolisants exercices) ou utiliser un vélo elliptique ou un tapis roulant pour le « cardio » et perdre de la masse corporelle maigre ou grasse (ou poids corporel) pour perdre du poids (catabolique des exercices).
Un exemple des deux systèmes en action est un marathonien qui se prépare et court une course de 42,2 km (26,2 milles). La semaine précédente, de nombreuses personnes se sont intentionnellement chargées d'aliments riches en glucides tout en se reposant pour l'effort.
En raison de leur entraînement quotidien à la course et du besoin constant de remplacer le carburant catabolisé, ces athlètes ont des niveaux élevés de l'activité de l'enzyme glycogène synthase, qui permet à leurs muscles et à leur foie de synthétiser du glycogène avec une avidité.
Pendant le marathon, ce glycogène est converti en glucose pour alimenter le coureur pendant des heures, bien que ces les athlètes consomment généralement des sources de glucose (par exemple, des boissons pour sportifs) tout au long de l'événement afin d'éviter « de mur."
- L'incapacité du corps à générer du glucose à partir d'acides gras est la raison pour laquelle les glucides sont considérés comme essentiels pour exercice soutenu de haute intensité, car la bêta-oxydation des acides gras ne produit pas suffisamment d'ATP pour suivre le rythme besoins métaboliques.