Les différents types d'organismes constituant le monde vivant disposent de plusieurs voies métaboliques permettant de convertir l'énergie fournie par l'environnement sous différentes formes appelées sources primaires d'énergie.
Il s'agit de l'énergie liée à des liaisons chimiques de molécules organiques, provenant par conséquent d'autres cellules. Les organismes utilisant cette source primaire d'énergie sont appelés hétérotrophes : animaux, champignons, la plupart des bactéries. Sur le plan des réactions biochimiques, l'hétérotrophie correspond aux voies métaboliques de la fermentation et de la respiration.
Les organismes qui utilisent des sources d'énergie non organiques sont qualifiés d'autotrophes. Selon les cas, ils utilisent 2 sources différentes :
Note : il existe des procaryotes photohétérotrophes : les bactéries pourpres non sulfureuses, capables d'utiliser la lumière comme source d'énergie mais incapable de fixer le carbone atmosphérique.
Dans les cellules eucaryotes, l'essentiel de la conversion de l'énergie est réalisé dans des organites bien différenciés : les mitochondries et les chloroplastes.
Les deux catégories de cellules eucaryotes : hétérotrophes et photoautotrophes, possèdent toutes deux des mitochondries dans lesquelles se produisent les réactions d'oxydation des molécules de pyruvates et d'acides gras en CO2 et en H2O avec récupération, sous forme de molécules d'ATP, de l'énergie libérée. Ces réactions aérobies constituent les voies métaboliques de la respiration (figure 1).
| Figure1. Pricipales étapes de la conversion d'une molécule de glucose en énergie, dans une cellule eucaryote en aérobiose. |
Prenons l'exemple du glucose, qui peut être considéré comme le « combustible » cellulaire type (figure 1). Cette molécule subit d'abord la glycolyse qui le scinde en deux molécules de pyruvates. Cette réaction, qui se déroule dans cytosol (figure 1 étape1) avec un gain net de 2 molécules d'ATP, ne consomme pas d'oxygène.
En conditions d'anaérobie ( ou, par exemple, en absence de mitochondries fonctionnelles), les pyruvates participent au processus de fermentation, voie métabolique bien moins efficace que la respiration puisqu'elle ne produit, par molécule de glucose, que les 2 ATP de la glycolyse, alors que la respiration permet l'oxydation complète des pyruvates et produit 36 ATP par molécule de glucose.
Dans les cellules eucaryotes photoautotrophes, les chloroplastes convertissent l'énergie lumineuse et incorporent le carbone minéral pour synthétiser des glucides. Ces processus constituent les voies métaboliques de la photosynthèse. Il faut remarquer que les molécules d'ATP produites par les chloroplastes lors de la conversion de l'énergie lumineuse sont utilisées pour la synthèse de molécules de glucides qui sont stockées dans la cellule. En définitive, comme dans les cellules hétérotrophes, au moins une certaine partie de ces glucides suivront les voies de la glycolyse puis de la respiration. C'est pourquoi ces cellules autotrophes renferment non seulement des chloroplastes mais aussi des mitochondries.