Que signifie assimilation ?

Définition assimilation:

En biologie, une assimilation, par contraire d'une désassimilation, est une propriété que possèdent les organismes vivants, à savoir de pouvoir reconstituer leur propre substance à partir d'éléments puisés dans le milieu et transformés par la digestion. C'est un processus par lequel les êtres organisés transforment les matières qu'ils absorbent en leur propre substance.

Pour l'azote, elle est la 2ème phase du cycle de l'azote.

L'assimilation est un processus physiologique de transformation des substances minérales et des nutriments en matière organique constitutive des organismes vivants.

L'assimilation est le métabolisme anabolique et l'énergie des organismes vivants, dans lesquels les substances absorbées, inorganiques et organiques de l'environnement sont converties en constituants de l'organisme, généralement avec de l'énergie. Selon le point de vue, une distinction est faite entre l'assimilation du carbone, de l'azote, du soufre, du phosphate et des minéraux. La désassimilation fait référence au métabolisme inverse et au changement d'énergie.

L'énergie nécessaire est plus ou moins importante en fonction de la différence qui existe entre la molécule initiale et la molécule qui doit être obtenue. Si cette énergie provient de réactions chimiques, on parle de chimiosynthèse (animaux et champignons). Si elle provient des radiations solaires, on parle de photosynthèse (chlorophyllienne, phénomène chlorophyllien) ou assimilation chlorophyllienne (bactéries et végétaux chlorophylliens).

L'efficience peut être mesurée: c'est l'efficience d'assimilation.


Assimilation du carbone:

L'assimilation du carbone (ou assimilation du carbone) est le processus d'assimilation le plus important.

Les organismes hétérotrophes (animaux, champignons, protistes, la plupart des bactéries) construisent les substances propres à l'organisme à partir de substances organiques extraites de l'environnement et servent ainsi, entre autres, de source de carbone.

Les organismes autotrophes produisent du dioxyde de carbone (CO2) lors de l'assimilation du dioxyde de carbone en fournissant de l'énergie et à l'aide d'un agent réducteur, de simples substances organiques à haute énergie, qui sont converties dans le métabolisme ultérieur en molécules plus complexes.

Les organismes photoautotrophes utilisent la lumière comme source d'énergie. Cette forme d'assimilation s'appelle donc la photosynthèse. Un exemple en est la formation de D-glucose (C6H12O6) à partir de dioxyde de carbone (CO2) et d'eau à l'aide de l'énergie lumineuse: 6 H2O + 6 CO2 -> C6H12O6 + 6 O2.

L'énergie lumineuse requise est de 2872 kJ/mol dans des conditions thermodynamiques standard:Toutes les plantes vertes et certaines bactéries (cyanobactéries) utilisent l'eau comme agent réducteur ou source d'électrons lors de la photosynthèse. Il génère également de l'oxygène, ce qui entraîne une photosynthèse oxygénique.D'autres bactéries utilisent des ions Hydrogène (H2), sulfure d'hydrogène (H2S), soufre ou fer (II) comme agents réducteurs. Comme aucun oxygène n'est libéré ici, on parle de photosynthèse oxygénique.
Les organismes chimioautotrophes (certaines bactéries) utilisent l'énergie chimique dérivée du métabolisme chimique exergonique. Cette forme d'assimilation est donc appelée chimiosynthèse ou chimiotrophie.

En tant qu'agents réducteurs, ils utilisent des substances inorganiques, par exemple l'hydrogène (H2), l'hydrogène sulfuré (H2S), le soufre, les ions fer (II), l'ammoniac (NH3) ou le nitrite. Ces agents réducteurs sont simultanément oxydés en énergie.


Assimilation du phosphate chez les plantes:

Les racines des plantes importent des ions phosphates (HPO42-) du sol via H+/PO43- dans la membrane cellulaire des cellules du rhizoderme. Le phosphate est utilisé comme substrat pour la phosphorylation de l'adénosine diphosphate (ADP) en adénosine triphosphate (ATP) dans le cytosol (glycolyse), dans la mitochondrie (cycle du citrate) et dans le chloroplaste (photosynthèse). Le groupe phosphate ajouté peut être utilisé dans d'autres réactions pour la synthèse de phosphates, phospholipides ou nucléotides de sucre.


Assimilation du soufre chez les plantes:

Le soufre est principalement absorbé sous forme de sulfate (SO42-) provenant de roches altérantes via H+/SO42- et en particulier dans les feuilles en plusieurs étapes avec réduction de la synthèse de l'acide aminé cystéine. utilisé. Le glutathion, la ferrédoxine, le NADH, le NADPH et l'O-acétylsérine jouent le rôle de donneurs d'électrons. La cystéine dans les plastides fournit du soufre lié à un groupe sulfhydryle pour la synthèse de la méthionine, un autre acide aminé soufré.

Le soufre de ces deux acides aminés peut ensuite être incorporé dans des protéines, l'acétyl-CoA ou la S-adénosylméthionine, et être transporté sous forme de glutathion via le phloème dans la tige, dans les apex des racines et dans les fruits où aucune assimilation du soufre n'a lieu.


Assimilation de l'azote chez les plantes:

Les plantes et de nombreuses bactéries utilisent l'azote provenant de nitrate (NO3-) ou d'ammonium (NH4+) pour la production de composés organiques contenant de l'azote.

L'assimilation des nitrates et de l'ammonium permet aux plantes de produire tous les acides aminés nécessaires à leur métabolisme. Les êtres humains et les animaux ne peuvent pas synthétiser certains acides aminés eux-mêmes et doivent les obtenir en tant qu'acides aminés essentiels à partir de leur régime alimentaire dérivé directement ou indirectement de plantes. Les acides aminés essentiels comprennent l'histidine, l'isoleucine, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et la valine.


Assimilation des nitrates:

L'assimilation de l'azote à partir des nitrates a lieu chez les plantes, selon les espèces, principalement dans les racines ou les pousses. Par la réduction des nitrates en nitrites et en ammonium, il conduit à la synthèse d'asparagine et de glutamine.

Le nitrate (NO3-), comme le sulfate et le phosphate, est absorbé par les racines via un H+. Dans le cytosol, le nitrate est réduit de nitrate réductase en nitrite (NO2-). Le principal agent réducteur est le NADH, ainsi que le NADPH dans les tissus non verts. La déphosphorylation, induite par la lumière, d'un résidu de sérine particulier de la nitrate réductase sérique conduit à l'activation de cette enzyme, tandis que l'obscurité conduit à la phosphorylation et donc à l'inactivation de l'enzyme. Par conséquent, le nitrate est assimilé surtout pendant la journée (pendant la photosynthèse). Les nitrites sont transportés vers les plastides où ils sont réduits en ammonium par la nitrite réductase. Les électrons nécessaires à la réduction donnent naissance à la ferrédoxine qui, dans ses racines, reçoit des électrons du NADPH formé dans la voie oxydative du pentose phosphate. Dans les tissus verts, les électrons proviennent de la chaîne de transport d'électrons photosynthétique. La lumière et l'augmentation de la concentration en nitrates augmentent l'expression des gènes de la nitrite réductase, tandis que l'asparagine et la glutamine, en tant que produits finaux de l'assimilation des nitrates, inhibent la formation d'enzymes.


Assimilation de l'ammonium:

Dans les plastides, la glutamate ammonium ligase catalyse l'incorporation d'azote ammoniacal sous la forme d'un groupe amido dans l'acide aminé acide glutamique (glutamate), qui produit la glutamine. Dans une deuxième étape, la glutamate synthase transfère ce groupe amido en tant que groupe amino au 2-oxoglutarate, ce qui donne deux molécules d'acide glutamique:Glutamate + NH4+ + ATP -> Glutamine + ADP + Pi (glutamate ammonium ligase).Glutamine + 2-oxoglutarate + e- -> 2 glutamate (glutamate synthase).
En tant que donneur d'électrons pour la synthèse de l'acide glutamique, la ferrédoxine est utilisée dans les plastides radiculaires NADH et dans les chloroplastes des feuilles. L'ammonium peut être assimilé simultanément via la glutamate déshydrogénase: 2-oxoglutarate + NH4+ + e- -> glutamate + H2O (glutamate déshydrogénase).

Le donneur d'électrons pour cette réaction se trouve dans la NADH des mitochondries, dans les chloroplastes NADPH.

L'azote incorporé dans la glutamine et le glutamate est utilisé par transamination pour synthétiser d'autres acides aminés. Ces réactions catalysées par les aminotransférases correspondent à la liaison du groupe amino d'un acide aminé au groupe carbonyle d'un intermédiaire de la glycolyse (phosphoglycérate-3, phosphoénolpyruvate et pyruvate) ou du cycle du citrate (α-cétoglutarate et oxalacétate).

Un exemple de réactions de transamination est fourni par l'aspartate aminotransférase: Glutamate + oxaloacétate -> aspartate + 2-oxoglutarate.

L'aspartate (un acide aminé) formé ici est un substrat pour l'asparagine synthétase: Aspartate + Glutamine + ATP -> Asparagine + Glutamate + AMP + PPi.

L'asparagine, en tant qu'acide aminé, n'est pas seulement un substrat pour la biosynthèse des protéines, mais sert également à stocker et à transporter l'azote sur la base du rapport élevé N: C.

L'expression des gènes de l'asparagine synthétase est réduite par la lumière et les glucides. Par conséquent, la régulation de cette enzyme est complémentaire à la régulation des enzymes de synthèse de la glutamine et du glutamate (glutamine ou glutamate synthase). Par conséquent, avec une disponibilité énergétique suffisante (fortes concentrations de lumière, fortes en glucides), la synthèse des substances relativement riches en carbone que sont la glutamine et le glutamate est favorisée; en cas de pénurie d'énergie (faible luminosité, faibles concentrations de glucides), la synthèse d'asparagine à faible teneur en carbone pour le stockage et le transport de l'azote l'emporte sur elle.

De nombreuses espèces de légumineuses extraient l'ammoniac (NH3) de la symbiose avec les bactéries du genre rhizobium ("bactéries nodulaires"), qui réduisent l'azote élémentaire (N2) en ammoniac, tandis que l'ammoniac élimine l'ammoniac de la symbiose avec N2 dans le cadre de l'assimilation de l'azote cyanobactéries réductrices.

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