Créé par: CK-12 / Adapté par Christine Miller

Ces magnifiques chiens de traîneau sont une merveille métabolique. En parcourant jusqu’à 160 kilomètres (environ 99 miles) par jour, ils consommeront et brûleront chacun environ 12 mille calories — environ 240 calories par livre et par jour, ce qui équivaut à environ 24 Big Mac! Un athlète d’endurance humain, en revanche, ne brûle généralement qu’environ 100 calories par livre (0,45 kg) chaque jour. Les scientifiques sont intrigués par l’incroyable métabolisme des chiens de traîneau, bien qu’ils n’aient toujours pas déterminé comment ils consomment autant d’énergie. Mais une chose est certaine: tous les êtres vivants ont besoin d’énergie pour tout ce qu’ils font, qu’il s’agisse de courir une course ou de cligner des yeux. En fait, chaque cellule de votre corps a constamment besoin d’énergie juste pour effectuer les processus de base de la vie. Vous savez probablement que vous obtenez de l’énergie de la nourriture que vous mangez, mais d’où vient la nourriture? Comment en vient-il à contenir de l’énergie? Et comment vos cellules tirent-elles l’énergie de la nourriture?

Dans le monde scientifique, l’énergie est définie comme la capacité de travailler. Vous pouvez souvent voir de l’énergie à l’œuvre dans les êtres vivants — un oiseau vole dans les airs, une luciole brille dans le noir, un chien remue la queue. Ce sont des façons évidentes que les êtres vivants utilisent de l’énergie, mais les êtres vivants utilisent constamment de l’énergie de manière moins évidente.

Dans chaque cellule de tous les êtres vivants, l’énergie est nécessaire pour effectuer les processus de la vie. L’énergie est nécessaire pour décomposer et accumuler des molécules, et pour transporter de nombreuses molécules à travers les membranes plasmiques. Tout le travail de la vie a besoin d’énergie. Beaucoup d’énergie est également simplement perdue dans l’environnement sous forme de chaleur. L’histoire de la vie est une histoire de flux d’énergie — sa capture, son changement de forme, son utilisation pour le travail et sa perte de chaleur. L’énergie (contrairement à la matière) ne peut pas être recyclée, de sorte que les organismes nécessitent un apport constant d’énergie. La vie fonctionne sur l’énergie chimique. Où les organismes vivants obtiennent-ils cette énergie chimique?

L’énergie chimique dont les organismes ont besoin provient de la nourriture. Les aliments sont constitués de molécules organiques qui stockent de l’énergie dans leurs liaisons chimiques. En termes d’obtention de nourriture pour l’énergie, il existe deux types d’organismes: les autotrophes et les hétérotrophes.

Autotrophes

Les autotrophes sont des organismes qui captent l’énergie de sources non vivantes et transfèrent cette énergie dans la partie vivante de l’écosystème. Ils sont également capables de faire leur propre nourriture. La plupart des autotrophes utilisent l’énergie de la lumière du soleil pour fabriquer de la nourriture en cours de photosynthèse. Seuls certains organismes — comme les plantes, les algues et certaines bactéries – peuvent produire de la nourriture par photosynthèse. Certains organismes photosynthétiques sont représentés à la figure 4.9.2.

	Figure 4.9.2 Les autotrophes photosynthétiques, qui fabriquent des aliments en utilisant l’énergie de la lumière du soleil, comprennent les plantes (à gauche), les algues (au milieu) et certaines bactéries (à droite).

Les autotrophes sont également appelés producteurs. Ils produisent de la nourriture non seulement pour eux-mêmes, mais aussi pour tous les autres êtres vivants (appelés consommateurs). C’est pourquoi les autotrophes constituent la base des chaînes alimentaires, comme celle illustrée à la Figure 4.9.3.Le diagramme

Regardez la vidéo « La simple histoire de la photosynthèse et de la nourriture – Amanda Ooten » de TED-Ed pour en savoir plus sur la photosynthèse:

La simple histoire de la photosynthèse et de la nourriture – Amanda Ooten, TED-Ed, 2013.

Hétérotrophes

Les hétérotrophes sont des êtres vivants qui ne peuvent pas fabriquer leur propre nourriture. Au lieu de cela, ils obtiennent leur nourriture en consommant d’autres organismes, c’est pourquoi ils sont également appelés consommateurs. Ils peuvent consommer des autotrophes ou d’autres hétérotrophes. Les hétérotrophes comprennent tous les animaux et les champignons, ainsi que de nombreux organismes unicellulaires. Figure 4.9.3, tous les organismes sont des consommateurs à l’exception des herbes et du phytoplancton. Selon vous, qu’arriverait-il aux consommateurs si tous les producteurs disparaissaient de la Terre?

Les organismes utilisent principalement deux types de molécules pour l’énergie chimique: le glucose et l’ATP. Les deux molécules sont utilisées comme combustibles dans le monde vivant. Les deux molécules sont également des acteurs clés du processus de photosynthèse.

Glucose

Le glucose est un glucide simple de formule chimique C6H12O6. Il stocke l’énergie chimique sous une forme concentrée et stable. Dans votre corps, le glucose est la forme d’énergie qui est transportée dans votre sang et absorbée par chacun de vos billions de cellules. Le glucose est le produit final de la photosynthèse, et c’est la nourriture presque universelle pour la vie. Dans la figure 4.9.4, vous pouvez voir comment la photosynthèse stocke l’énergie du soleil dans la molécule de glucose, puis comment la respiration cellulaire rompt les liaisons dans le glucose pour récupérer l’énergie.

ATP

Si vous vous souvenez de la section 3.7 Acides nucléiques, l’ATP (adénosine triphosphate) est la molécule porteuse d’énergie que les cellules utilisent pour alimenter la plupart des processus cellulaires (la conduction de l’influx nerveux, la synthèse des protéines et le transport actif sont de bons exemples de processus cellulaires qui dépendent de l’ATP comme source d’énergie). L’ATP est fabriqué pendant la première moitié de la photosynthèse, puis utilisé comme énergie pendant la seconde moitié de la photosynthèse, lorsque le glucose est fabriqué. L’ATP libère de l’énergie lorsqu’il abandonne l’un de ses trois groupes phosphate (Pi) et se transforme en ADP (adénosine diphosphate, qui possède deux groupes phosphate), comme le montre la figure 4.9.5. Ainsi, la dégradation de l’ATP en ADP + Pi est une réaction catabolique qui libère de l’énergie (exothermique). L’ATP est fabriqué à partir de la combinaison d’ADP et de Pi, une réaction anabolique qui absorbe de l’énergie (endothermique).

Pourquoi Les Organismes Ont besoin à la fois de Glucose et d’ATP

Pourquoi les êtres vivants ont-ils besoin de glucose si l’ATP est la molécule que les cellules utilisent pour l’énergie? Pourquoi les autotrophes ne fabriquent-ils pas simplement de l’ATP et en ont-ils fini avec? La réponse est dans le « packaging. »Une molécule de glucose contient plus d’énergie chimique dans un « paquet » plus petit qu’une molécule d’ATP. Le glucose est également plus stable que l’ATP. Par conséquent, le glucose est meilleur pour stocker et transporter l’énergie. Le glucose, cependant, est trop puissant pour que les cellules puissent l’utiliser. L’ATP, quant à lui, contient juste la bonne quantité d’énergie pour alimenter les processus vitaux au sein des cellules. Pour ces raisons, le glucose et l’ATP sont nécessaires aux êtres vivants.

Le flux d’énergie à travers les organismes vivants commence par la photosynthèse. Ce processus stocke l’énergie de la lumière du soleil dans les liaisons chimiques du glucose. En brisant les liaisons chimiques dans le glucose, les cellules libèrent l’énergie stockée et fabriquent l’ATP dont elles ont besoin. Le processus dans lequel le glucose est décomposé et l’ATP est fabriqué est appelé respiration cellulaire.

La photosynthèse et la respiration cellulaire sont comme les deux faces d’une même médaille. Cela ressort de la figure 4.9.6. Les produits d’un procédé sont les réactifs de l’autre. Ensemble, les deux processus stockent et libèrent de l’énergie dans les organismes vivants. Les deux processus fonctionnent également ensemble pour recycler l’oxygène dans l’atmosphère terrestre.

• L’énergie est la capacité de travailler. Tous les êtres vivants et toutes les cellules vivantes en ont besoin pour effectuer des processus vitaux, tels que la décomposition et l’accumulation de molécules, et le transport de nombreuses molécules à travers les membranes cellulaires.
• La forme d’énergie dont les êtres vivants ont besoin pour ces processus est l’énergie chimique, et elle provient de la nourriture. Les aliments sont constitués de molécules organiques qui stockent de l’énergie dans leurs liaisons chimiques.
• Les autotrophes fabriquent leur propre nourriture. Les plantes, par exemple, fabriquent de la nourriture par photosynthèse. Les autotrophes sont également appelés producteurs.
• Les hétérotrophes se nourrissent en mangeant d’autres organismes. Les hétérotrophes sont également appelés consommateurs.
• Les organismes utilisent principalement les molécules glucose et ATP pour l’énergie. Le glucose est une forme compacte et stable d’énergie qui est transportée dans le sang et absorbée par les cellules. L’ATP contient moins d’énergie et est utilisé pour alimenter les processus cellulaires.
• Le flux d’énergie à travers les êtres vivants commence par la photosynthèse, qui crée du glucose. Dans un processus appelé respiration cellulaire, les cellules des organismes décomposent le glucose et produisent l’ATP dont elles ont besoin.

1. Définir l’énergie.
2. Pourquoi les êtres vivants ont-ils besoin d’énergie?
3. Comparez et comparez les deux façons fondamentales dont les organismes obtiennent de l’énergie.
4. Décrire les rôles et les relations des molécules énergétiques glucose et ATP.
5. Résumez comment l’énergie circule à travers les êtres vivants.
6. Pourquoi la transformation de l’ATP en ADP libère-t-elle de l’énergie?

Apprendre la biologie: Autotrophes vs Hétérotrophes, Mahalodotcom, 2011.

Transfert d’énergie dans les niveaux trophiques, Animal de compagnie du professeur, 2015.

Attributions

Figure 4.9.1
Trois aviateurs participent à une expédition en traîneau à chiens de l’US Air Force photo par Tech. Le sergent Dan Rea est remis dans le domaine public (https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain).

Figure 4.9.2

• Plant by Ren Exécuté sur Unsplash est utilisé sous la licence Unsplash (https://unsplash.com/license).
• Les algues vertes de Tristan Schmurr sur Flickr sont utilisées sous licence CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/).
• Les cyanobactéries d’Argon National Laboratory sur Flickr sont utilisées sous licence CC BY-NC-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/).

Figure 4.9.3

Biomass_pyramide par Swiggity.Butin.YOLO.Bro sur Wikipedia est utilisé et adapté par Christine Miller sous une licence CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en).

Figure 4.9.4

La photosynthèse et la respiration de Christine Miller sont utilisées sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Figure 4.9.5

La photo-synthèse et la respiration cellulaire par la fondation Lady of Hats/CK-12 sont utilisées sous une licence CC BY-NC 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/).

© Fondation CK-12

Sous licence La Fondation CK-12 est sous licence Creative Commons Attribution commerciale 3.0 Unported (CC BY-NC 3.0)

Fondation LadyofHats/CK-12. (15 août 2016). Figure 5 : Photosynthèse et respiration cellulaire. Dans Brainard, J., et Henderson, R., CK-12’s College Human Biology FlexBook® (Section 4.9). Fondation CK-12. https://www.ck12.org/book/ck-12-college-human-biology/section/4.9/

Mahalodotcom. (14 janvier 2011). Apprendre la biologie: Autotrophes vs hétérotrophes. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=eDalQv7d2cs

Animal de compagnie de l’enseignant. (23 mars 2015). Transfert d’énergie dans les niveaux trophiques. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=0glkXIj1DgE&feature=emb_logo

TED-Ed. (5 mars 2013). La simple histoire de la photosynthèse et de la nourriture – Amanda Ooten. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=eo5XndJaz-Y&feature=youtu.be

La capacité de travailler.

La plus petite unité de vie, constituée d’au moins une membrane, un cytoplasme et du matériel génétique.

Toute substance consommée pour fournir un soutien nutritionnel à un organisme.

Organisme qui produit des composés organiques complexes (tels que des glucides, des graisses et des protéines) à partir de substances simples présentes dans son environnement, en utilisant généralement l’énergie de la lumière (photosynthèse) ou des réactions chimiques inorganiques (chimiosynthèse).

La photosynthèse est un processus utilisé par les plantes et d’autres organismes pour convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique qui peut ensuite être libérée pour alimenter les activités des organismes.

Organismes qui fabriquent leur propre nourriture. Ils obtiennent de l’énergie des produits chimiques ou du soleil et, à l’aide de l’eau, convertissent cette énergie en énergie utilisable sous forme de sucre ou de nourriture. L’exemple le plus courant d’un producteur sont les plantes.

Un organisme qui ne peut pas produire sa propre nourriture, s’appuyant plutôt sur l’apport nutritionnel d’autres sources de carbone organique, principalement des matières végétales ou animales. Dans la chaîne alimentaire, les hétérotrophes sont des consommateurs primaires, secondaires et tertiaires, mais pas des producteurs.

Organismes qui mangent des organismes d’une population différente afin de satisfaire leurs besoins énergétiques.

Le glucose (également appelé dextrose) est un sucre simple de formule moléculaire C6H12O6. Le glucose est le monosaccharide le plus abondant, une sous-catégorie de glucides. Le glucose est principalement fabriqué par les plantes et la plupart des algues lors de la photosynthèse à partir de l’eau et du dioxyde de carbone, en utilisant l’énergie de la lumière du soleil.

La forme la plus simple de sucre et les unités les plus élémentaires de glucides, également appelées sucres simples.

Un produit chimique organique complexe qui fournit de l’énergie pour piloter de nombreux processus dans les cellules vivantes, par ex. contraction musculaire, propagation de l’influx nerveux et synthèse chimique. Présent dans toutes les formes de vie, l’ATP est souvent appelé « unité moléculaire de la monnaie » du transfert d’énergie intracellulaire.

Un ensemble de réactions et de processus métaboliques qui se déroulent dans les cellules des organismes pour convertir l’énergie biochimique des nutriments en adénosine triphosphate (ATP).