Metabolisme
Lo metabolisme, dau grèc ancian metabolê (« cambiament », « transformacion »), designa l'ensemble de las reaccions quimicas que se debanan dins las cellulas dels organismes vivents e que lor permeton de demorar en vida. Aquelas reaccions, fòrça nombrosas e estrechament coordinadas, asseguran la transformacion de la matèria e de l'energia necessàrias a totas las foncions biologicas (creissença, reproduccion, responsa als estimulús, manten de l'integritat estructurala e foncionala de las cellulas e dels teissuts). Son una proprietat universala del vivent e de reaccions metabolicas son presentas dins totas las cellulas de totes los organismes coneguts, de las bacterias mai simplas als organismes multicellulars mai complèxes.
Son classicament distinguidas doas grandas compausantas del metabolisme :
- lo catabolisme que designa l'ensemble de las reaccions de degradacion de las moleculas organicas complèxas en moleculas mai simplas, amb liberacion d'energia.
- l'anabolisme que l'ensemble de las reaccions de sintèsi de moleculas complèxas a partir de precursors simples, amb consomacion d'energia.
Aqueles procediments son ligats e s'equilibran de longa dins las cellulas viventas. L'energia liberada pel catabolisme es captada e estocada jos forma d'adenosina trifosfat (ATP), la font d'energia principala del vivent, qu'es puèi utilizada per alimentar las reaccions anabolicas e totas las autras foncions cellularas que demandan d'energia.
L'estudi del metabolisme es un dels domenis centrals de la bioquimia e de la biologia. A d'implicacions nombrosas en medecina, en nutricion o en farmacologia que permet de comprendre e de tractar de malautiás coma lo diabèta, l'obesitat o las dislipedemias
Istòria e descobèrtas
[modificar | modificar lo còdi]Las primièras intuicions
[modificar | modificar lo còdi]Las primièras reflexions suls procediments de transformacion de la matèria dins los organismes vivents datan de l'Antiquitat. Los mètges grècs, especialament Ipocrates (430-360 abC) e Galen (129-216 apC), observèron que los aliments ingerits pels animals èran transformats e assimilats pel còs e qu'aquela transformacion èra associada a una produccion de calor. Galen desvolopèt una version de la teoria dels « esperits animals » e de las « umors » que, en despièch de son caractèr totalament erronèu, pausava la question fondamentala de la relacion entre l'alimentacion, la calor corporala d'un individú e la vitalitat. Sas concepcions marquèron la pensada medicala occidentala pendent mai d'un millenari.
Durant l'Edat Mejana, de sabents arabs, coma Avicena (980-1037) e Averroès (1126-1198), enriquiguèron e transmetèron la tradicion medicala grèga[1][2]. Pasmens, remetèron pas en question sos fondaments teorics sus la natura de las transformacions corporalas. Aital, las primièras temptativas d'apròchi experimental d'aquelas questions se faguèron en Euròpa durant la Renaissença. Mostrèron rapidament los limits de las concepcions ancianas. En particular, a partir d'experiéncias quantitativas sus la nutricion de las plantas, lo mètge flamenc Jan Baptist van Helmont (1577-1644) formulèt lo concèpte de « gas » per designar las substàncias volatilas produchas per de transformacions quimicas se debanant dins la planta[3].
La revolucion quimica del sègle XVIII
[modificar | modificar lo còdi]La compreneson modèrna del metabolisme nasquèt amb la revolucion quimica de la segonda mitat del sègle XVIII iniciada pels trabalhs d'Antoine de Lavoisier (1743-1794)[4]. En establissent que la combustion èra una reaccion d'oxidacion implicant una absorpcion d'oxigèn e una liberacion de dioxid de carbòni e d'aiga, pausèt las basas de la descripcion de la respiracion cellulara. Aital, dins sas experiéncias mai famosas, mostrèt que la respiracion animala èra una forma de combustion lenta e contrarotlada que produsiá de calor e de dioxid de carbòni a partir d'oxigèn e d'aliments. Aquela descobèrta fondamentala permetèt d'observar pel primièr còp l'existéncia d'un ligam quantitatiu entre alimentacion, respiracion e produccion de calor. Venguèt tanben la basa de la calorimetria e de la termodinamica biologica.
Lo periòde de la termodinamica e de la quimia organica
[modificar | modificar lo còdi]Lo periòde de la bioquimia e de la biologia moleculara
[modificar | modificar lo còdi]Las descobèrtas recentas
[modificar | modificar lo còdi]Las basas bioquimicas del metabolisme
[modificar | modificar lo còdi]Las moleculas del vivent
[modificar | modificar lo còdi]Los enzims e lor ròtle catalitic
[modificar | modificar lo còdi]Los coenzims e los cofactors
[modificar | modificar lo còdi]L'ATP
[modificar | modificar lo còdi]Las vias metabolicas
[modificar | modificar lo còdi]Lo catabolisme
[modificar | modificar lo còdi]La glicolisi
[modificar | modificar lo còdi]Lo cicle de Krebs
[modificar | modificar lo còdi]La cadena respiratòria e la fosforilacion oxidativa
[modificar | modificar lo còdi]La bèta-oxidacion dels acids gras
[modificar | modificar lo còdi]L'anabolisme
[modificar | modificar lo còdi]La fotosintèsi
[modificar | modificar lo còdi]La gluconeogenèsi
[modificar | modificar lo còdi]La sintèsi dels lipids
[modificar | modificar lo còdi]La sintèsi de las proteïnas
[modificar | modificar lo còdi]La sintèsi dels acids nucleïcs
[modificar | modificar lo còdi]La regulacion del metabolisme
[modificar | modificar lo còdi]La regulacion enzimatica
[modificar | modificar lo còdi]La regulacion ormonala
[modificar | modificar lo còdi]La regulacion genica
[modificar | modificar lo còdi]Lo ròtle del sistèma nerviòs
[modificar | modificar lo còdi]Metabolisme e santat
[modificar | modificar lo còdi]Lo metabolisme de basa e la despensa energetica
[modificar | modificar lo còdi]Lo metabolisme de basa designa la quantitat minimala d'energia necessària al manten de las foncions vitalas de l'organisme al repaus complèt (manten de la temperatura corporala, foncionament del còr, del cervèl, dels rens e dels autres organs) a jun e dins una temperatura ambienta confortabla. Representa en general 60 a 70 % de la despensa energetica totala d'un individú sedentari[5]. Vària en foncion de mai d'un factor coma lo temps, lo sèxe, la massa musculara o la temperatura corporala. La despensa energetica totala compren, en mai del metabolisme basal, l'energia consumida per la digestion e per l'assimilacion dels aliments e l'energia ligada a l'activitat fisica.
Las malautiás metabolicas
[modificar | modificar lo còdi]Las malautiás metabolicas forman un ensemble de patologias caracterizadas per un disfoncionament afectant las vias metabolicas dels glucids, dels lipids, de las proteïnas o dels acids nucleïcs. Lo diabèta sucrat es la malautiá metabolica mai espandida dins lo monde. Tòca de centenats de milions de personas, en particular dins los païses desvolopats. N'i dos tipes principaus[6]. Lo tipe 1, d'origina autoïmmuna, es la consequéncia d'una destruccion de las cellulas del pancreàs que permèton la secrecion de l'insulina. Lo tipe 2, mai frequent, es caracterizat per l'aparicion progressiva d'una resisténcia a l'insulina e una insufisença relativa de las secrecions pancreaticas. Es sovent associat a l'obesitat, a la sedentaritat e de factors genetics.
Nutricion e metabolisme
[modificar | modificar lo còdi]La nutricion es estreitament ligada al metabolisme que los nutriments eissits de l'alimentacion constituïsson a l'encòp los substrats energetics e los precursors necessaris a las vias metabolica[7]s. Un apòrt insufisent de nutriments essencials (sals mineralas, vitaminas, acids aminats essencials, acids grassas essencials...) pòt entrainar de deficiéncias enzimaticas e de disfoncionaments metabolics. A l'invèrs, un excès energetic, mai que mai en glucids rafinats o en lipids saturats, favoriza l'acumulacion de teissuts adipós, la resisténcia a l'insulina e lo desvolopament de malautiás metabolicas[8].
Exercici fisic e metabolisme
[modificar | modificar lo còdi]L'exercici fisic constituís un important regulator del metabolisme. En efièch, pendent l'esfòrç, la demanda energetica dels muscles esqueletics aumenta considerablament, çò que necessita una mobilizacion e una oxidacion accelerada dels substrats energetics. Un exercici d'intensitat moderada a nauta estimula la glicolisi, l'oxidacion dels acids grasses e la respiracion mitocondriala. A tèrme cort, melhora la sensibilitat a l'insulina dels muscles e dels teissuts adipós. A tèrme long, un entrainament fisic regular indutz d'adaptacions mai prigondas coma una aumentacion de la densitat mitocondriala dins las cellulas muscularas, un melhorament de la capacitat d'oxidacion dels lipids, una aumentacion de la sintèsi e de l'estocatge del glicogèn muscular e un melhorament duradís de la sensibilitat a l'insulina. Aqueles efièches metabolics explican lo ròtle protector de l'exercici fisic contra lo diabèta de tipe 2, l'obesitat e las malautiás cardiovascularas[9].
Autres aspèctes
[modificar | modificar lo còdi]Lo metabolisme dels microorganismes
[modificar | modificar lo còdi]Los microorganismes monocellulars (bacterias, arquèas, levaduras...) presentan una extraordinària diversitat metabolica, fòrça superiora a la dels organismes multicellulars. De fach, se las vias centralas del metabolisme descrichas dins las seccions precedentas (glicolisi, cicle de Krebs, cadena respiratòria...) son largament conservadas, los microorganismes an desvolopat de vias metabolicas originas permetent d'utilizar de fonts d'energia e de carbòni fòrça divèrsas. Per exemple, de bacterias pòdon oxidar de compausats inorgarnics coma lo sofre, l'amoniac o lo fèrre per obtenir d'energia[10][11]. D'autres microorganismes pòdon créisser en l'abséncia totala d'oxigèn en utilizant d'acceptadors d'electrons coma los nitrats, los sulfats o lo dioxid de carbòni (respiracion anaeròbia)[12]. Aquela diversitat metabolica microbiana es a la basa de la descomposicion e del reciclatge de la matèria dins los ecosistèmas. Presenta un interès considerable per las biotecnologias.
Lo metabolisme de las plantas
[modificar | modificar lo còdi]Lo metabolisme de las plantas presenta de particularitats importantas per raport a al metabolisme animal. En mai de las vias metabolicas centralas comunas a totes los eucariòtas, los vegetals utilizan la fotosintèsi per captar l'energia solara e de mecanismes especifics per fabricar de parets cellularas a basa de cellulòsa e de lignina[13]. An tanben una granda capacitat de sintèsi de metabolits segondaris e lor metabolisme es caracterizat per d'escambis intenses entre los diferents tipes de plasts (cloroplasts, amiloplasts, cromoplasts...) o entre los diferents organs de la planta (fuèlhas, raices, granas..).
Lo metabolisme e lo vielhiment
[modificar | modificar lo còdi]Las relacions entre lo metabolisme e lo vielhiment son un domeni de recèrca plan actiu. La teoria radicalària del vielhiment, prepausada per Denham Harman (1916-2014) dins los ans 1950, postula que lo vielhiment resulta de l'acumulacion de degalhs oxidatius causants per los derivats reactius de l'oxigèn eissits de la respiracion mitocondriala[14][15]. Un regim ipocaloric, es a dire la reduccion de l'apòrt alimentari sens malnutricion, es una de las accions mai solidament associadas amb una aumentacion de la longevitat[16]. Aquò permetriá d'activar de vias metabolicas que regulan la responsa cellulara a l'estrès metabolic e que favorizan los mecanismes de reparacion cellulars. Aquelas descobèrtas an dobèrt la via a la cèrca de moleculas capablas d'imitar los efièches metabolics d'un regim ipocaloric.
Las aplicacions biotecnologicas
[modificar | modificar lo còdi]La comprenença de las vias metabolicas dobrís de perspectivas nombrosas d'aplicacions biotecnologicas. Mai d'una disciplina s'interèssa al subjècte. Aital, l'engenhariá metabolica estúdia las modificacions deliberadas de las vias metabolicas de microorganismes per optimizar per optimizar la produccion de moleculas d'interès industrial o medical (biocarburants, acids organics, acids aminats, vitaminas, antibiotics, proteïnas recombinantas...). La biologia de sintèsi desvolopa aquel apròchi encara mai luènh per concebre e bastir de reaccions metabolicas entièrament novèlas, inexistentas dins la natura, per produire de moleculas dificilament obtenablas amb los metòdes quimics convencionals[17]. Aquelas cèrcas an ja conduch a de descobèrtas importantas, coma la produccion microbiana d'artemisinina o la mesa al ponch de microorganismes capables de desgradar de polluents.
Annèxas
[modificar | modificar lo còdi]Ligams intèrnes
[modificar | modificar lo còdi]Bibliografia
[modificar | modificar lo còdi]Nòtas e referéncias
[modificar | modificar lo còdi]- ↑ (fr) Roshdi Rashed, Histoire des sciences arabes (3 volumes), París, Le Seuil, 1997.
- ↑ (it) Sayyed Hossein Nasr, Scienza e civiltà nell'Islam, Milan, Feltrinelli, 1977.
- ↑ (en) Walter Pagel, Joan Baptista Van Helmont. Reformer of science and medicine, Cambridge University Press, 1982.
- ↑ (fr) Michelle Goupil, Lavoisier et la révolution chimique, Palaiseau, Sabix Ecole Polytechnique, 1992, 372 p.
- ↑ (en) Deborah Takiff Smith, Nutrition, United States Department of Agriculture, 1994, p. 65.
- ↑ (en) Organizacion Mondiala de la Santat, World Health Organization Department of Noncommunicable Disease Surveillance, Definition, Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus and its Complications, 1999.
- ↑ (de) E. Welzl, Biochemie der Ernährung, Berlin / New York, De Gruyter, 1985.
- ↑ (en) Tarek K. Abdel-Hamid, « Modeling the dynamics of human energy regulation and its implications for obesity treatment », System Dynamics Review, vol. 18, n° 4, 2002, pp. 431–447.
- ↑ (en) Leandro Garcia, Matthew Pearce, Ali Abbas et al., « Non-occupational physical activity and risk of cardiovascular disease, cancer and mortality outcomes: a dose–response meta-analysis of large prospective studies », British Journal of Sports Medicine, vol. 57, n° 15, 2023, pp. 979-989.
- ↑ (en) M. Jetten, M. Strous, K. van de Pas-Schoonen, J. Schalk, U. van Dongen, A. van de Graaf, S. Logemann, G. Muyzer, M. van Loosdrecht e J. Kuenen, « The anaerobic oxidation of ammonium », FEMS Microbiol Rev., t. 22, n° 5, 1998, pp. 421-437.
- ↑ (en) K. Weber, L. Achenbach e K. Coates, « Microorganisms pumping iron: anaerobic microbial iron oxidation and reduction », Nat. Rev. Microbiol., vol. 4, n° 10, 2006, pp. 752-756.
- ↑ (fr) Daniel Prieur, Les bactéries de l'extrême, De Boeck Supérieur, 2014, pp. 20-23.
- ↑ (fr) Jack Farineau e Jean-François Morot-Gaudry, La photosynthèse ; Processus physiques, moléculaires et physiologiques, Ed Quae, 2018, 460 p.
- ↑ (en) D. Harman, « Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry », Journal of Gerontology, vol. 11, n° 3, 1956, pp. 298–300.
- ↑ (en) D. Harman, « A biologic clock: the mitochondria? », Journal of the American Geriatrics Society, vol. 20, n° 4, 1972, pp. 145–147.
- ↑ (en) I. Afanassiev, « Signaling and Damaging Functions of Free Radicals in Aging-Free Radical Theory, Hormesis, and TOR », Aging And Disease, vol. 1, n° 2, 2010, pp. 75-88.
- ↑ (fr) Philip Ball, « Vers une ingénierie des formes vivantes ? », Pour la science, n° 550, aost de 2023, pp. 34-42.
