Bouillie!
Ces magnifiques chiens de traîneau sont une merveille métabolique. En courant jusqu’à 100 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 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?
Qu’Est-Ce Que L’Énergie ?
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.
Pourquoi les êtres vivants ont besoin d’énergie
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?
Comment les organismes obtiennent de l’énergie
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 dans la figure ci-dessous.
Les autotrophes photosynthétiques, qui fabriquent des aliments en utilisant l’énergie de la lumière du soleil, comprennent (a) les plantes, (b) les algues et (c) certaines bactéries.
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 forment la base des chaînes alimentaires, telles que la chaîne alimentaire illustrée ci-dessous.
Une chaîne alimentaire montre comment l’énergie et la matière circulent des producteurs aux consommateurs. La matière est recyclée, mais l’énergie doit continuer à circuler dans le système. D’où vient cette énergie ? (Bien que les décomposeurs soient présentés comme la dernière étape de cette chaîne alimentaire, ces organismes décomposent le matériel à chaque étape de la chaîne alimentaire. Voir les concepts d’écologie pour plus d’informations.)
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. Dans la figure ci-dessus, tous les organismes sont des consommateurs à l’exception de l’herbe. Selon vous, qu’arriverait-il aux consommateurs si tous les producteurs disparaissaient de la Terre?
Molécules d’énergie: Glucose et ATP
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.
ATP
L’ATP (adénosine triphosphate) est la molécule porteuse d’énergie que les cellules utilisent pour l’énergie. Il est utilisé pour l’énergie par toutes les cellules dans la plupart des processus cellulaires. 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 ci-dessous. 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.
Comment l’énergie circule à travers les 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 rompant 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 apparaît dans la figure ci-dessous. 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.
Ce diagramme compare et contraste la photosynthèse et la respiration cellulaire. Il montre également comment les deux processus sont liés.
Résumé
- 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.
Examen
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. Décrivez les rôles et les relations des molécules énergétiques glucose et ATP.
5. Résumez comment l’énergie circule à travers les êtres vivants.
6. Expliquez pourquoi l’énergie utilisée par le corps humain provient finalement du soleil.
7. Vrai ou faux: Certains humains (comme les végétariens) sont des autotrophes.
8. Vrai ou faux: Le glucose stocke l’énergie chimique dans ses liaisons.
9. Les producteurs sont également appelés ______________ .
10. Les consommateurs sont également appelés ______________ .
11. Lequel des éléments suivants stocke l’énergie chimique?
a. ATP
b. glucose
c. aucun des éléments ci-dessus
d. A et B
12. Lesquels des éléments suivants ne sont pas des hétérotrophes?
a. champignons (champignons)
b. vaches
c. maïs
d. A et C