Bioénergétique cellulaire

La bioénergétique est la partie de la biologie aux transformations d'énergie chez les êtres vivants et la bioénergétique cellulaire s'occupe plus particulièrement des transferts d'énergie dans les cellules qui constituent à elles seules ou par leurs regroupements, des organismes. Longtemps les organismes vivants ont été considérés comme différents dans leur essence des composés inanimés, on les disait pourvus d'un « souffle vital » et constitués d'un type de matière particulier. Les développements de la chimie, de la biochimie et de la biologie nous ont appris que ce qui distingue les êtres vivants des objets inanimés n'est pas leur constitution de base – les organismes sont constitués des mêmes atomes que ceux que l'on peut rencontrer en dehors du monde vivan – mais une organisation originale de ces atomes en molécules organiques, assemblages supramoléculaires, etc., formant les structures des cellules et des organismes et assurant leurs fonctions. Les transferts d'énergie chez les êtres vivants (qui sont, avec les transferts de matières et d'informations, une des caractéristiques de l'état vivant) doivent donc se conformer aux lois générales de l'énergétique c'est-à-dire aux lois de la thermodynamique.
Dans une première partie nous verrons donc quelques principes de bioénergétique en commençant par un rappel des lois de la thermodynamique de l'équilibre, principes qui s'appliquent bien aux systèmes fermés et permettent une analyse classique des transferts d'énergie au cours de réactions chimiques considérées isolement. Nous noterons ensuite que les organismes possèdent des particularités importantes – ils évoluent loin de l'état d'équilibre et échangent de la matière et de l'énergie avec leur environnement, puisant notamment dans cet environnement des formes ordonnées, utilisables d'énergie et y rejetant des formes dégradées d'énergie – qui nécessitent que l'on fasse appel à d'autres principes : ceux de la thermodynamique du non-équilibre. Nous verrons aussi que pour tous leurs transferts d'énergie les systèmes vivants utilisent toujours les mêmes types de molécules de couplage : les nucléotides phosphates et les coenzymes d'oxydoréductases.
Dans la deuxième partie et à la lumière des principes évoqués dans la partie précédente, nous étudierons les principales suites réactionnelles qui permettent aux cellules de se fournir en énergie utile. Ces sont les fermentations la respiration et la photosynthèse oxygènique qui constituent les grandes voies du métabolisme énergétique.
Dans la troisième partie nous montrerons sur un nombre très limité d'exemples, la contraction musculaire, les transports transmembranaires et la synthèse de macromolécules, comment l'énergie est dissipée par les cellules.
La dernière partie enfin sera l'occasion d'évoquer quelques voies moins usitées du métabolisme énergétique. Ces voies, considérées pour certaines comme primitives sont surtout utilisées par des organismes procaryotes. Elles ne participent pas de manière prépondérante au flux d'énergie dans la biosphère mais sont tout de même intéressantes car elles montrent à partir des mêmes principes biochimiques, la diversité des modes de prélèvement de l'énergie, et les possibilités qu'elles octroient de coloniser différents milieux dont certains sont, en apparence, assez hostiles.