Le glucose est un sucre à six carbones qui peut être ingéré ou infusé directement dans le corps, mais est plus souvent un sous-produit du métabolisme complexe des glucides, des protéines ou des graisses. Le glucose peut être utilisé pour synthétiser le glycogène et d'autres carburants de stockage ou encore décomposé pour fournir de l'énergie aux processus métaboliques, une série de réactions collectivement appelées respiration cellulaire. Les étapes de dégradation du glucose peuvent être divisées en quatre phases distinctes.
Glycolyse
La dégradation initiale du glucose se produit dans le cytoplasme cellulaire. Il s'agit d'une réaction anaérobie de la respiration cellulaire, ce qui signifie qu'elle ne nécessite pas d'oxygène. Ici, dans une série de huit réactions individuelles, une molécule de glucose à six carbones est métabolisée à l'aide de deux molécules d'adénosine triphosphate (ATP) pour former deux molécules de pyruvate à trois carbones, deux H2molécules d'O (eau) et quatre molécules d'ATP pour un gain net de deux molécules d'ATP. L'ATP est la principale source d'énergie dans le métabolisme humain.
La réaction préparatoire
Cette réaction se produit dans la matrice, ou à l'intérieur, des mitochondries des cellules. Ici, les deux molécules de pyruvate issues de la glycolyse sont combinées à deux molécules de coenzyme A (CoA) pour produire deux molécules d'acétyl-CoA et deux molécules de dioxyde de carbone (CO2) molécules. Cette réaction se produit en une seule étape et, comme la glycolyse, est anaérobie.
Le cycle de l'acide citrique
Aussi appelé cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) ou cycle de Krebs, cette série de réactions anaérobies, comme la réaction préparatoire, se déroule dans la matrice mitochondriale. Ici, les deux molécules d'acétyl-CoA de la réaction préparatoire se combinent avec un certain nombre de composants phosphate et nucléotidique pour donner deux ATP, quatre CO2 et un certain nombre d'intermédiaires nucléotidiques. Ces intermédiaires sont essentiels dans la respiration aérobie qui se produit dans la prochaine phase de dégradation du glucose.
La chaîne de transport d'électrons
Dans cette étape, qui se déroule sur les membranes internes des mitochondries, l'oxygène entre enfin en scène. Les transporteurs dans ce schéma sont des molécules de NAD et de FAD, les intermédiaires nucléotidiques mentionnés ci-dessus. En présence de six molécules d'oxygène, les protons sont transmis du NAD et du FAD à d'autres molécules de NAD et de FAD le long de la chaîne, permettant à l'ATP d'être extrait à divers points. Le résultat net est un gain de 34 molécules d'ATP.
Notez qu'après cette étape, la réaction chimique globale de la glycolyse semble terminée :
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O + 38 ATP
Quel produit de dégradation du glucose a le plus d'énergie ?
Clairement, avec deux ATP de la glycolyse, deux du cycle de l'acide citrique et 34 de l'électron chaîne de transport par molécule de glucose, la chaîne de transport d'électrons est de loin la plus producteur d'énergie. C'est pourquoi les humains ne peuvent pas être privés d'oxygène pendant longtemps, et pourquoi l'exercice de très haute intensité (anaérobie) ne peut pas être maintenu pendant plus de quelques minutes: la plupart des fonctions physiologiques dépendent d'une utilisation régulière du transport d'électrons chaîne.