Le métabolisme du sucre (un glucide simple) est un exemple classique des nombreux processus cellulaires qui utilisent et produisent de l’énergie. Les êtres vivants consomment le sucre comme une source d’énergie majeure, car les molécules de sucre ont une grande quantité d’énergie stockée dans leurs liaisons. La dégradation du glucose, un sucre simple, est décrite par l’équation :
Les glucides qui sont consommés trouvent leur origine dans les organismes photosynthétiques comme les plantes (Figure). Au cours de la photosynthèse, les plantes utilisent l’énergie de la lumière solaire pour transformer le gaz carbonique (CO2) en molécules de sucre, comme le glucose (C6H12O6). Comme ce processus implique la synthèse d’une molécule plus grande, capable de stocker de l’énergie, il nécessite un apport d’énergie pour se dérouler. La synthèse du glucose est décrite par cette équation (remarquez que c’est l’inverse de l’équation précédente):
Pendant les réactions chimiques de la photosynthèse, l’énergie est fournie sous la forme d’une molécule à très haute énergie appelée ATP, ou adénosine triphosphate, qui est la principale monnaie d’énergie de toutes les cellules. Tout comme le dollar est utilisé comme monnaie d’échange pour acheter des marchandises, les cellules utilisent les molécules d’ATP comme monnaie d’échange énergétique pour effectuer un travail immédiat. Le sucre (glucose) est stocké sous forme d’amidon ou de glycogène. Les polymères stockant l’énergie comme ceux-ci sont décomposés en glucose pour fournir des molécules d’ATP.
L’énergie solaire est nécessaire pour synthétiser une molécule de glucose lors des réactions de photosynthèse. Dans la photosynthèse, l’énergie lumineuse du soleil est initialement transformée en énergie chimique qui est stockée temporellement dans les molécules vecteurs d’énergie ATP et NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate). L’énergie stockée dans l’ATP et le NADPH est ensuite utilisée dans la photosynthèse pour fabriquer une molécule de glucose à partir de six molécules de CO2. Ce processus est analogue à celui qui consiste à prendre un petit-déjeuner le matin pour fournir à l’organisme l’énergie qu’il pourra utiliser plus tard dans la journée. Dans des conditions idéales, l’énergie de 18 molécules d’ATP est nécessaire pour synthétiser une molécule de glucose au cours des réactions de la photosynthèse. Les molécules de glucose peuvent également être combinées et converties en d’autres types de sucres. Lorsque les sucres sont consommés, les molécules de glucose finissent par se frayer un chemin dans chaque cellule vivante de l’organisme. À l’intérieur de la cellule, chaque molécule de sucre est décomposée par une série complexe de réactions chimiques. Le but de ces réactions est de récupérer l’énergie stockée dans les molécules de sucre. L’énergie récoltée est utilisée pour fabriquer des molécules d’ATP à haute énergie, qui peuvent être utilisées pour effectuer un travail, en alimentant de nombreuses réactions chimiques dans la cellule. La quantité d’énergie nécessaire pour fabriquer une molécule de glucose à partir de six molécules de dioxyde de carbone est de 18 molécules d’ATP et de 12 molécules de NADPH (chacune étant énergétiquement équivalente à trois molécules d’ATP), soit un total de 54 équivalents molécules nécessaires à la synthèse d’une molécule de glucose. Ce processus est un moyen fondamental et efficace pour les cellules de générer l’énergie moléculaire dont elles ont besoin.
