Métabolisme

Les protéines sont constituées d'acides α-aminés liés entre eux par une liaison peptidique pour former une chaîne linéaire. De nombreuses protéines sont des enzymes qui catalysent des réactions chimiques du métabolisme. D'autres protéines ont un rôle structurel ou mécanique, comme celles du cytosquelette, qui maintient la forme générale de la cellule[16]. Les protéines jouent également un rôle clé dans la signalisation cellulaire, comme anticorps du système immunitaire, l'adhérence cellulaire, le transport actif à travers les membranes et le cycle cellulaire. Les acides aminés contribuent également à fournir de l'énergie au métabolisme cellulaire en alimentant le cycle de Krebs[17], en particulier lorsque les principales sources d'énergie, telles que le glucose, font défaut, ou lorsque la cellule est soumise à un stress métabolique[18].

Les lipides sont le groupe de composés biochimiques le plus diversifié. Leur fonction structurelle principale est celle de constituant des membranes cellulaires, notamment de la membrane plasmique et du système endomembranaire des cellules eucaryotes, ainsi que de celles d'organites telles que les mitochondries et les chloroplastes, voire de sous-organites tels que les thylakoïdes. Ils sont également utilisés comme sources d'énergie. On les définit généralement comme des molécules biologiques hydrophobes et amphiphiles, solubles dans les solvants organiques tels que le benzène et le chloroforme[19]. Les graisses sont, parmi les lipides, un grand groupe de composés solides essentiellement constitués d'acides gras et de glycérol. Une molécule formée de trois résidus d'acides gras estérifiant les trois hydroxyles d'un résidu de glycérol est appelée triglycéride. Il existe diverses variations autour de ce thème central, par exemple avec de la sphingosine dans le cas des sphingolipides, et des groupes hydrophiles tels que le groupe phosphate dans le cas des phospholipides. Les stéroïdes, tels que le cholestérol, sont une autre famille importante de lipides[20].

Représentations du glucose, de la projection de Fischer (linéaire) à la projection de Haworth (cyclique).

Les glucides sont des aldéhydes ou des cétones ayant plusieurs groupes hydroxyle. Ces molécules peuvent exister sous forme linéaire ou cyclique. Ce sont les molécules biologiques les plus abondantes. Elles remplissent un grand nombre de fonctions, comme substances de stockage et le transport de l'énergie (amidon, glycogène) ou comme composants structurels (cellulose chez les plantes, chitine chez les animaux). Les monomères glucidiques sont appelés oses : ce sont par exemple le galactose, le fructose, et surtout le glucose. Ils peuvent polymériser en donnant des polysaccharides avec une variété de structures quasiment infinie[21].

Les nucléosides résultent de la liaison d'une molécule de ribose ou de désoxyribose à une base nucléique. Ces dernières sont des composés hétérocycliques contenant des atomes d'azote ; elles se divisent en purines et pyrimidines. Les nucléotides sont formés d'un nucléoside et d'un ou plusieurs groupements phosphates liés au sucre.

Les deux acides nucléiques, l'acide ribonucléique (ARN) et l'acide désoxyribonucléique (ADN), sont des polymères de nucléotides, ou polynucléotides. L'ARN est constitué de ribonucléotides (contenant un ribose) et l'ADN de désoxyribonucléotides (contenant un désoxyribose). Les acides nucléiques permettent le codage et l'expression de l'information génétique ainsi que son décodage à travers les processus successifs de transcription et de traduction génétique de la biosynthèse des protéines. Cette information est préservée par les mécanismes de réparation de l'ADN et transmise à travers le processus de réplication de l'ADN. De nombreux virus, dits virus à ARN, ont un génome constitué d'ARN et non d'ADN — c'est par exemple le cas du virus de l'immunodéficience humaine (VIH) ou du virus de la grippe— certains ont recours à des transcriptases inverses pour générer dans la cellule hôte une matrice d'ADN à partir du génome viral en ARN[22], d'autres sont directement répliqués d'ARN en ARN par une ARN polymérase-ARN dépendante (ou réplicase). L'ARN des ribozymes, tels que les splicéosomes (ou particules d'épissage) et les ribosomes, est semblable aux enzymes dans la mesure où il est capable de catalyser des réactions chimiques.

Le métabolisme implique un très grand nombre de réactions chimiques différentes formant un réseau de transformations complexe, mais la plupart d'entre elles peuvent être rapprochées de quelques types de réactions basiques consistant en des transferts de groupes fonctionnels[23]. Cela résulte du fait que la biochimie cellulaire fait appel à un nombre relativement restreint de molécules agissant comme des activateurs susceptibles de transporter des groupes d'atomes entre différentes réactions[24]. De telles molécules sont appelées coenzymes. Chaque type de transfert de groupe fonctionnel fait appel à une coenzyme spécifique. Chacune de ces coenzymes est également spécifique d'un certain nombre d'enzymes qui catalysent les réactions de transfert, enzymes qui les altèrent et les régénèrent en permanence[25].

(en) La succinate déshydrogénase fait intervenir plusieurs cofacteurs, dont un FADH₂, des centres fer-soufre et un hème.

L'adénosine triphosphate (ATP) est la coenzyme universelle des échanges d'énergie chez tous les organismes connus. Ce nucléotide permet de transférer de l'énergie métabolique entre les réactions qui libèrent de l'énergie et celles qui en absorbent. Il n'y a à chaque instant qu'une faible quantité d'ATP dans les cellules, mais, comme ce capital d'ATP est continuellement consommé et régénéré, le corps humain peut en réalité consommer chaque jour une masse d'ATP pratiquement équivalente à son poids total[25]. L'ATP permet de coupler l'anabolisme au catabolisme, le premier consommant l'ATP produit par le second. Il sert également de transporteur de groupes phosphate dans les réactions de phosphorylation.

Les vitamines sont des composés organiques indispensables en petite quantité au fonctionnement des cellules mais que ces dernières ne peuvent pas produire elles-mêmes. Chez l'homme, la plupart des vitamines deviennent des coenzymes après quelques transformations dans les cellules. Ainsi, les vitamines hydrosolubles (vitamines B) sont phosphorylées ou couplées à des nucléotides lorsqu'elles sont utilisées dans les cellules. Par exemple, la niacine (acide nicotinique) entre dans la composition du nicotinamide adénine dinucléotide (NAD⁺) et du nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP⁺), qui sont des coenzymes importantes impliquées dans les réactions d'oxydoréduction comme accepteurs d'hydrogène. Il existe des centaines de déshydrogénases, qui soustraient des électrons de leur substrat et réduisent le NAD⁺ en NADH et H⁺. Cette forme réduite de la coenzyme peut alors être utilisée par une réductase[26]. Le couple NAD⁺ / NADH intervient davantage dans les réactions cataboliques tandis que le couple NADP⁺ / NADPH est spécifique à l'anabolisme.

Molécule de triiodothyronine, principale hormone thyroïdienne, contenant trois atomes d'iode (ici en violet).

Les sels minéraux jouent un rôle déterminant dans le métabolisme. Certains sont abondants, comme le sodium et le potassium, tandis que d'autres ne sont actifs qu'à faible concentration. Environ 99 % de la masse des mammifères est constituée des éléments carbone, azote, calcium, sodium, chlore, potassium, hydrogène, phosphore, oxygène et soufre[27]. Les composés organiques (protéines, lipides et glucides) contiennent l'essentiel du carbone et de l'azote, tandis que l'essentiel de l'oxygène et de l'hydrogène sont présents sous forme d'eau.

Les sels minéraux les plus abondants agissent comme électrolytes. Les principaux ions sont le sodium Na⁺, le potassium K⁺, le calcium Ca²⁺, le magnésium Mg²⁺, le chlorure Cl⁻, le phosphate PO₄³⁻ et l'ion organique bicarbonate HCO₃⁻. Le maintien de gradients de concentration déterminés à travers les membranes cellulaires permet de maintenir l'équilibre osmotique et le pH du milieu intracellulaire. Les ions sont également essentiels au fonctionnement des nerfs et des muscles grâce au potentiel d'action issu de l'échange d'ions, à travers la membrane plasmique, entre le fluide extracellulaire (en) et le fluide intracellulaire, c'est-à-dire le cytosol. Les ions entrent et quittent les cellules en empruntant des protéines membranaires appelées canaux ioniques. Ainsi, la contraction musculaire dépend du passage des ions calcium, sodium et potassium à travers les canaux ioniques de la membrane cellulaire et les tubules T[28].

Les métaux de transition sont généralement présents à l'état de trace chez les organismes vivants, le zinc et le fer étant les plus abondants d'entre eux[29] - [30]. Ces métaux interviennent comme cofacteurs de certaines protéines et enzymes et sont essentiels à leur bon fonctionnement. C'est par exemple le cas d'une enzyme telle que la catalase et d'une protéine transporteuse d'oxygène telle que l'hémoglobine[31]. Les cofacteurs métalliques se lient spécifiquement à certains sites des protéines. Bien que les cofacteurs puissent être modifiés au cours de la réaction catalysée, ils reviennent toujours à leur état d'origine à la fin de la réaction. Ils sont absorbés par les organismes à l'aide de transporteurs spécifiques, par exemple les sidérophores pour absorber le fer, et sont liés à des protéines de stockage telles que la ferritine et les métallothionéines lorsqu'ils ne sont pas utilisés[32] - [33].

Les macromolécules telles que l'amidon, la cellulose et les protéines, qui sont des biopolymères, ne peuvent être absorbées facilement par les cellules et doivent être clivées en oligomères, voire en monomères, afin de pouvoir être métabolisées. C'est ce qu'on appelle la digestion. Plusieurs classes d'enzymes communes réalisent ces transformations, par exemple les peptidases, qui clivent les protéines en oligopeptides et en acides aminés, ou encore les glycoside hydrolases (ou glycosidases), qui clivent les polysaccharides en oligosaccharides et en oses.

Les microorganismes sécrètent leurs enzymes digestives dans leur voisinage[35] - [36] alors que les animaux sécrètent ces enzymes uniquement à partir de cellules spécialisées situées dans leur appareil digestif. Les acides aminés et les oses libérés par ces enzymes extracellulaires sont ensuite absorbées à travers la membrane plasmique des cellules par des protéines membranaires de transport actif[37] - [38].

Cycle de Krebs et cycle du glyoxylate avec leurs métabolites (acétyl-CoA, citrate, cis-aconitate, isocitrate, α-cétoglutarate, succinyl-CoA, succinate, fumarate, malate, oxaloacétate et glyoxylate) et leurs enzymes (citrate synthase, aconitase, isocitrate déshydrogénase, complexe alpha-cétoglutarate déshydrogénase, succinyl-CoA synthétase, succinate déshydrogénase, fumarase, malate déshydrogénase, isocitrate lyase et malate synthase).

Les glucides sont généralement absorbés par les cellules après avoir été préalablement digérés en oses[39]. La principale voie de dégradation des oses à l'intérieur de la cellule est la glycolyse, qui produit quelques molécules d'ATP et deux molécules de pyruvate par molécule de glucose dégradée[40]. Le pyruvate est un métabolite commun à plusieurs voies métaboliques, mais l'essentiel est converti en acétyl-CoA pour alimenter le cycle de Krebs. Ce dernier produit encore quelques molécules d'ATP, mais son produit essentiel est le NADH, issu de la réduction du NAD⁺ lors de l'oxydation de l'acétyl-CoA. Cette oxydation libère du dioxyde de carbone comme sous-produit. En conditions anaérobies, la glycolyse produit du lactate par transfert des électrons du NADH au pyruvate par une lactate déshydrogénase en vue de régénérer du NAD⁺ pour la glycolyse. Une voie alternative pour la dégradation du glucose est la voie des pentoses phosphates, qui a pour fonction première non pas de libérer de l'énergie, mais de produire des précurseurs de diverses biosynthèses tels que du NADPH, utilisé notamment pour la biosynthèse des acides gras, ainsi que du ribose-5-phosphate, utilisé pour la synthèse des nucléotides, et de l'érythrose-4-phosphate, précurseur d'acides aminés aromatiques.

Les lipides sont dégradés par hydrolyse en glycérol et acides gras. Le glycérol est dégradé par la glycolyse tandis que les acides gras le sont par la β-oxydation pour produire de l'acétyl-CoA, dégradé à son tour par le cycle de Krebs. L'oxydation des acides gras libère davantage d'énergie que les glucides car ces derniers contiennent plus d'oxygène et sont donc davantage oxydés que les acides gras.

Les acides aminés sont utilisés ou bien pour produire des protéines et diverses autres biomolécules, ou bien oxydés en urée et dioxyde de carbone pour libérer de l'énergie[41]. Leur oxydation commence par leur conversion en α-cétoacide par une transaminase qui clive leur groupe amine, ce dernier alimentant le cycle de l'urée. Plusieurs de ces α-cétoacides sont des intermédiaires du cycle de Krebs : la désamination du glutamate donne ainsi de l'α-cétoglutarate[42]. Les acides aminés glucoformateurs peuvent également être convertis en glucose à travers la néoglucogenèse[43].

Au cours de la phosphorylation oxydative — qu'il faudrait appeler plus correctement en français oxydation phosphorylante — les électrons à haut potentiel, issus des réactions d'oxydation du métabolisme, sont transférés à de l'oxygène avec libération d'énergie, cette énergie étant récupérée pour synthétiser de l'ATP. Ceci est réalisé par les eucaryotes à travers une série de protéines membranaires des mitochondries formant la chaîne respiratoire. Chez les procaryotes, ces protéines se trouvent dans la membrane interne[44]. Ces protéines membranaires utilisent l'énergie libérée par la circulation des électrons depuis les coenzymes réduites telles que le NADH et le FADH₂ vers l'oxygène pour pomper des protons à travers la membrane mitochondriale interne (chez les eucaryotes) ou la membrane plasmique (chez les procaryotes)[45].

Fonctionnement de l'ATP synthase illustrant la phosphorylation de l'ADP en ATP.

Le pompage des protons hors de la matrice mitochondriale ou du cytoplasme génère un gradient de concentration de protons à travers les membranes — c'est-à-dire une différence de pH. Il en découle un gradient électrochimique[46]. Cette « force proton motrice » actionne une enzyme appelée ATP synthase qui fonctionne comme une turbine qui catalyse la phosphorylation de l'ADP en ATP au passage des protons qui retournent vers la matrice mitochondriale à travers la membrane mitochondriale interne[25].

La chimiolithotrophie (en) est un type trophique définissant les procaryotes qui tirent leur énergie de composés inorganiques. Ces organismes peuvent utiliser l'hydrogène[47], les composés réduits du soufre[1] — sulfure S²⁻, sulfure d'hydrogène H₂S, thiosulfate S₂O₃²⁻ — le fer ferreux (Fe²⁺)[48] et l'ammoniac (NH₃)[49] comme donneurs d'électrons qu'ils transfèrent à des accepteurs tels que l'oxygène O₂ ou l'anion nitrite (NO₂⁻)[50]. Ces processus microbiens sont importants du point des vue des cycles biogéochimiques planétaires tels que le cycle de l'azote, la nitrification et la dénitrification, et sont déterminants pour la fertilité des sols[51] - [52].

Couplage chimiosmotique entre l'énergie lumineuse, la bactériorhodopsine et l'ATP synthase chez Halobacterium salinarum, une archée halophile aérobie. La paroi cellulaire n'est pas représentée.

L'énergie lumineuse est absorbée par les plantes, les cyanobactéries, les bactéries pourpres, les bactéries vertes sulfureuses et certains protistes. Ce processus est souvent couplé à la conversion du dioxyde de carbone en composés organiques dans le cadre de la photosynthèse. Ces deux processus — absorption de l'énergie lumineuse et biosynthèse de composés organiques — peuvent néanmoins fonctionner séparément chez les procaryotes. Ainsi, les bactéries pourpres et les bactéries vertes sulfureuses peuvent utiliser la lumière du soleil comme source d'énergie et en même temps mettre en œuvre ou bien un processus de fixation du carbone ou bien un processus de fermentation des composés organiques[53] - [54].

Chez de nombreux organismes, l'absorption de l'énergie solaire repose sur des principes semblables à ceux de la phosphorylation oxydative dans la mesure où un phénomène physique — la récupération de l'énergie des électrons de coenzymes réduites — est couplé à un phénomène chimique — la phosphorylation de l'ADP en ATP — par chimiosmose au moyen d'un gradient de concentration de protons générant un gradient électrochimique à travers une membrane[25]. Dans le cas de la photosynthèse, les électrons à haut potentiel sont issus de protéines d'absorption de l'énergie lumineuse appelées centres réactionnels photosynthétiques ou rhodopsines. Les centres réactionnels se déclinent en deux photosystèmes selon le pigment photosynthétique présent : la plupart des bactéries photosynthétiques n'en ont qu'un, tandis que les plantes et les cyanobactéries en ont deux[55].

Chez les plantes, les algues et les cyanobactéries, le photosystème II transfère l'énergie lumineuse à deux électrons d'une molécule d'eau qui sont captés par le complexe cytochrome b₆f tandis que de l'oxygène O₂ est libéré. L'énergie des électrons à haut potentiel transférés au complexe cytochrome b₆f est utilisée pour pomper des protons à travers les membranes des thylakoïdes dans les chloroplastes, protons dont le retour dans le lumen s'accompagne de la phosphorylation d'ADP en ATP par une ATP synthase, comme dans le cas de la phosphorylation oxydative. Les électrons passent ensuite à travers le photosystème I et peuvent réduire une coenzyme NADP⁺ en NADPH en vue de son utilisation par le cycle de Calvin, ou bien être utilisés pour produire encore davantage d'ATP[56].

cellules d'une plante délimitées par une paroi de forme vaguement hexagonale et remplies de chloroplastes (en vert), qui sont le siège de la photosynthèse.

La photosynthèse est la biosynthèse de glucides à partir d'eau et de dioxyde de carbone en utilisant la lumière du soleil. Chez les plantes, les algues et les cyanobactéries, la molécule d'eau H₂O est scindée en oxygène O₂ et en électrons à haut potentiel dont l'énergie est utilisée pour phosphoryler de l'ADP en ATP et pour former du NADPH utilisé pour réduire le dioxyde de carbone en 3-phosphoglycérate, lui-même précurseur du glucose. Cette réaction de fixation du carbone est réalisée par la Rubisco, une enzyme essentielle du cycle de Calvin[57]. Il existe trois types différents de photosynthèse chez les plantes : la fixation du carbone en C₃, la fixation du carbone en C₄ et le métabolisme acide crassulacéen (CAM). Ces types de réactions diffèrent par la voie empruntée par le dioxyde de carbone pour entrer dans le cycle de Calvin : les plantes en C₃ le fixent directement, tandis que les plantes en C₄ et à photosynthèse CAM fixent le CO₂ préalablement sur un autre composé comme adaptation aux températures élevées et aux conditions arides[58].

Chez les procaryotes photosynthétiques, les mécanismes de fixation du carbone sont plus diversifiés. Ce processus peut être réalisé par le cycle de Calvin, mais aussi par un cycle de Krebs inverse[59] ou par carboxylation de l'acétyl-CoA[60] - [61]. Les organismes chimioautotrophes procaryotiques fixent également le carbone du CO₂ en utilisant le cycle de Calvin mais avec de l'énergie provenant de l'oxydation de composés inorganiques[62].

Au cours de l'anabolisme des glucides, des acides organiques simples peuvent être convertis en oses tels que le glucose, puis être polymérisés en polysaccharides tels que l'amidon. La biosynthèse du glucose à partir de composés tels que pyruvate, lactate, glycérol, 3-phosphoglycérate et acides aminés est appelée néoglucogenèse. La néoglucogenèse convertit le pyruvate en glucose-6-phosphate en passant par une série de métabolites dont de nombreux sont également des intermédiaires de la glycolyse[40]. Cependant, cette voie métabolique ne doit pas être vue comme la glycolyse prise en sens inverse car plusieurs de ses étapes sont catalysées par des enzymes différentes de la glycolyse. Ce point est important car il permet de réguler la biosynthèse et la dégradation du glucose de façon distincte l'une de l'autre et donc d'empêcher de voir ces deux processus fonctionner en même temps, l'un détruisant l'autre en pure perte[63] - [64].

Bien que les organismes stockent couramment l'énergie sous forme de lipides, les vertébrés tels que les humains ne peuvent convertir les acides gras de leurs graisses en glucose au moyen de la néoglucogenèse car ils ne peuvent pas convertir l'acétyl-CoA en pyruvate : les plantes disposent de l'équipement enzymatique nécessaire pour ce faire, mais pas les animaux[65]. En conséquence, les vertébrés soumis à un jeûne prolongé utilisent leurs lipides pour produire des corps cétoniques destinés à pallier le manque de glucose dans les cellules qui ne sont pas en mesure de dégrader les acides gras pour produire leur énergie, notamment les cellules du cerveau[66]. D'autres organismes, tels que les plantes et les bactéries, traitent ce stress métabolique à l'aide du cycle du glyoxylate, qui court-circuite l'étape de décarboxylation du cycle de Krebs et permet la transformation de l'acétyl-CoA en oxaloacétate, ce dernier pouvant alors être utilisé pour produire du glucose[65] - [67].

Les polysaccharides et les glycanes sont produits par addition séquentielle d'oses par une glycosyltransférase à partir d'un donneur ose-phosphate tel que l'uridine diphosphate glucose (UDP-glucose) sur un groupe hydroxyle accepteur d'un polysaccharide en cours de biosynthèse. Comme chacun des groupes hydroxyle du substrat peut être accepteur, les polysaccharides peuvent être linéaires ou ramifiés[68]. Les polysaccharides produits peuvent avoir un rôle structurel ou métabolique en eux-mêmes, ou bien encore être transférés à des lipides ou à des protéines par des enzymes appelées oligosaccharyltransférases[69] - [70].

Représentation simplifiée de la biosynthèse des stéroïdes. Pour une meilleure lisibilité, seuls les intermédiaires principaux sont représentés : diméthylallyl-pyrophosphate (DMAPP), isopentényl-pyrophosphate (IPP), géranyl-pyrophosphate (GPP), squalène et lanostérol.

Les acides gras sont synthétisés par l'acide gras synthase (FAS), un ensemble d'enzymes qui catalyse la condensation de Claisen d'unités malonyl-CoA sur une amorce d'acétyl-CoA. Les chaînes acyle sont allongées par une séquence de quatre réactions qui se reproduisent en boucle à l'occasion de chaque condensation d'une nouvelle unité malonyl-CoA. Chez les animaux et les mycètes (champignons), ces réactions sont réalisées par un complexe enzymatique multifonctionnel appelé FAS I[71], tandis que chez les plantes et les bactéries ces réactions sont catalysées par un ensemble d'enzymes distinctes appelé FAS II dont chaque enzyme est monofonctionnelle[72] - [73].

Les terpènes et terpénoïdes forment une grande famille de lipides qui comprennent les caroténoïdes et constituent la principale classe de produits naturels des plantes[74]. Ces composés résultent de l'assemblage et de la modification d'unités isoprène issues de précurseurs réactifs tels que l'isopentényl-pyrophosphate et le diméthylallyl-pyrophosphate[75]. Ces précurseurs peuvent être produits de différentes façons. Chez les animaux et les archées, la voie du mévalonate les synthétise à partir de l'acétyl-CoA[76] tandis que chez les plantes et les bactéries la voie du méthylérythritol phosphate, dite également voie non mévalonique par anglicisme, les produit à partir du pyruvate et du 3-phosphoglycérate[75] - [77]. Ces donneurs d'unités isoprène sont utilisés notamment dans la biosynthèse des stéroïdes, tout d'abord pour former du squalène, qui est ensuite replié pour faire apparaître des cycles constituants du lanostérol[78]. Ce stérol peut alors être converti en d'autres stéroïdes tels que le cholestérol et l'ergostérol[78] - [79].

Les organismes possèdent des capacités très variables de synthétiser les 22 acides aminés protéinogènes. La plupart des bactéries et des plantes peuvent produire tous ceux dont ils ont besoin, mais les mammifères ne peuvent synthétiser eux-mêmes que douze acides aminés, dits non essentiels, ce qui signifie que leur alimentation doit leur en apporter neuf autres : histidine, isoleucine, leucine, lysine, méthionine, phénylalanine, thréonine, tryptophane et valine — ils n'utilisent pas la pyrrolysine, spécifique aux archées méthanogènes.

Certains organismes simples, tels que la bactérie Mycoplasma pneumoniae, sont incapables de synthétiser le moindre acide aminé et les absorbent tous à partir de leur hôte[80]. Tous les acides aminés sont synthétisés à partir d'intermédiaires de la glycolyse, du cycle de Krebs et de la voie des pentoses phosphates. L'azote provient du glutamate et de la glutamine. La synthèse des acides aminés dépend de la formation de l'α-cétoacide approprié, qui est alors transaminé pour former l'acide aminé.

Les acides aminés sont assemblés en protéines en formant entre eux des liaisons peptidiques aboutissant à des chaînes linéaires polypeptidiques. Chaque protéine a une séquence déterminée en résidus d'acides aminés : c'est leur structure primaire. Les acides aminés peuvent s'associer en un nombre pratiquement illimité de combinaisons différentes, chaque combinaison correspondant à une protéine particulière. Les protéines sont assemblées à partir d'acides aminés qui sont préalablement activés sur une molécule d'ARN de transfert (ARNt) par une liaison ester. Ce précurseur, appelé aminoacyl-ARNt, est formé sous l'action d'enzymes spécifiques, les aminoacyl-ARNt synthétases[81]. Cet aminoacyl-ARNt peut alors être traité par un ribosome, dont la fonction est de lier les acides aminés entre eux en suivant la séquence indiquée par l'ARN messager transcrit à partir des gènes[82].

Les nucléotides sont produits à partir d'acides aminés, de dioxyde de carbone et de formiate à travers des voies métaboliques qui consomment beaucoup d'énergie[83]. C'est la raison pour laquelle la plupart des organismes disposent de systèmes efficaces pour récupérer les nucléotides déjà existants[83] - [84]. Les purines sont produites sous forme de nucléosides, c'est-à-dire d'une base nucléique liée au ribose. L'adénine et la guanine dérivent toutes deux de l'inosine monophosphate (IMP), produite à partir d'atomes issus de la glycine, de la glutamine, de l'aspartate et du formiate transféré au tétrahydrofolate. Les pyrimidines, quant à elles, sont produites à partir de l'orotate, lui-même issu de la glutamine et de l'aspartate[85].

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Nicholson JK, Lindon JC, Holmes E. ‘Metabonomics’ : understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis of biological NMR spectroscopic data. Xenobiotica 1999 ; 29 : 1181-9.

• Les principales voies du métabolisme : un cours de Biochimie sur wikilivres
• Interactive flow chart of the major metabolic pathways (engl.)
• Le métabolisme interactif, Université P& M Curie
• « métabolisme »