Les organismes vivants prélèvent leur matière (minérale ou organique) dans le milieu, mais généralement ils la décomposent, la réorganisent (en consommant pour cela de l’énergie) avant d’en faire leur propre matière : c’est une croissance «par l’intérieur», par opposition à la croissance «par l’extérieur» d’un cristal, dans le monde minéral. Ce dernier s’accroît en surface, en effet, à partir de sa solution saturée, tout en gardant une certaine symétrie. Il peut aussi se fragmenter, disparaître, avoir des formes variables en fonction des paramètres du milieu, mais tout cela n’a rien à voir avec la vie, même si cela la mime parfois. Les êtres vivants ont la capacité unique d’extraire de l’énergie à partir de leur environnement et de la transformer pour construire leurs propres structures. Celle-ci se présente soit sous une forme physique : radiations lumineuses, soit sous la forme de molécules minérales ou organiques, qui sont modifiées et/ou dégradées pour libérer l’énergie contenue dans leurs liaisons chimiques.
L’énergie ainsi produite est aussi transformée en travail mécanique (à l’échelle des cellules et des organismes), en travail osmotique (échanges ioniques) ou simplement en chaleur. En l’absence de toute croissance, le simple renouvellement permanent des constituants de la matière vivante (turn-over) et l’entretien des structures spécifiques exige la mise en œuvre des mêmes processus. Cette activité chimique, appelée métabolisme, implique des échanges permanents de matière et d’énergie avec l’environnement ; l’absence absolue de tels échanges est le seul vrai signe de mort (à l’exception des cellules congelées à très basse température et capables de «revivre», après réchauffement). Le métabolisme constitue un ensemble hautement intégré de réactions chimiques ayant trois fonctions précises : 1) extraction et stockage de l’énergie, 2) transformation des molécules exogènes en matériaux de construction de la cellule (précurseurs), grâce à cette énergie et 3) assemblage de ces précurseurs en macromolécules à fonctions structurales, catalytiques et informationnelles. Sur la base de ce découpage, on distingue : le métabolisme énergétique, le métabolisme intermédiaire et le métabolisme relatif aux macromolécules ; les deux premiers sont étroitement interconnectés en un réseau complexe de réactions montrant une remarquable unité au sein de l’ensemble du monde vivant. Le métabolisme peut aussi être divisé en deux phases principales : le catabolisme et l’anabolisme, qui ont lieu simultanément dans les cellules et sont eux aussi étroitement interconnectés au niveau de nombreux métabolites communs.
Le premier est représenté par toutes les étapes dégradatives dans lesquelles des molécules complexes : glucides, lipides, protéines (aliments venant du milieu extérieur ou réserves faites par les cellules), sont décomposées en éléments organiques plus simples, et même le plus souvent en composants minéraux (CO2 , H2O et NH3 ). Au cours de ces étapes, l’énergie potentielle (ou énergie libre) contenue dans les liaisons chimiques des molécules complexes initiales est stockée sous la forme d’une molécule universelle : l’ATP, dans ses liaisons dites «à haut potentiel énergétique». Une partie des chaînons carbonés n’est cependant pas complètement dégradée et est «mise de côté» pour servir de précurseurs dans l’anabolisme. Celui-ci est une phase de synthèse dans laquelle les précurseurs simples sont, grâce à l’énergie accumulée, transformés en macromolécules spécifiques : polysaccharides, protéines et acides nucléiques. Cette transformation correspond à une augmentation d’ordre, associée à l’augmentation de la complexité des molécules ; ce processus entraîne une diminution d’entropie des systèmes cellulaires et exige une grande consommation d’énergie.Chaque réaction du métabolisme est catalysée par une enzyme particulière ; ces enzymes fonctionnent selon des chaînes de dégradation ou de synthèse comptant jusqu’à vingt étapes différentes. Ces chaînes n’ont pas le plus souvent de réalité physique ou structurale mais on a mis en évidence, dans un nombre limité de cas, l’existence de complexes multienzymatique catalysant séquentiellement plusieurs réactions chimiques. Dans les cellules eucaryotiques, elles sont cependant souvent séparées dans des compartiments distincts et font l’objet de régulations spécifiques.
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