Que donne la glycolyse ?

Les êtres vivants, qui se composent tous d'une ou plusieurs cellules individuelles, peuvent être divisés en procaryotes et eucaryotes.

Pratiquement toutes les cellules reposent sur glucose pour leurs besoins métaboliques, et la première étape de la décomposition de cette molécule est la série de réactions appelées glycolyse (littéralement, « division du glucose »). Dans la glycolyse, une seule molécule de glucose subit une série de réactions pour produire une paire de molécules de pyruvate et une modeste quantité d'énergie sous forme de adénosine triphosphate (ATP).

Cependant, la manipulation finale de ces produits varie d'un type de cellule à l'autre. Les organismes procaryotes ne participent pas à respiration aérobie. Cela signifie que les procaryotes ne peuvent pas utiliser l'oxygène moléculaire (O₂). Au lieu de cela, le pyruvate subit fermentation (respiration anaérobie).

Certaines sources incluent la glycolyse dans le processus de "respiration cellulaire" chez les eucaryotes, car elle précède directement

Cependant, comme la glycolyse est un prérequis de la respiration aérobie en ce qu'elle fournit du pyruvate pour les réactions de celle-ci, il est naturel d'apprendre les deux concepts à la fois.

Le glucose est un sucre à six carbones qui est le glucide unique le plus important dans la biochimie humaine. Les glucides contiennent du carbone (C) et de l'hydrogène (H) en plus de l'oxygène, et le rapport C/H dans ces composés est invariablement de 1:2.

Les sucres sont plus petits que les autres glucides, y compris les amidons et la cellulose. En fait, le glucose est souvent une sous-unité répétitive, ou monomère, dans ces molécules plus complexes. Le glucose lui-même n'est pas constitué de monomères et, en tant que tel, est considéré comme un monosaccharide ("un sucre").

La formule du glucose est C₆H₁₂O₆. La partie principale de la molécule est constituée d'un cycle hexagonal contenant cinq des atomes C et un des atomes O. Le sixième et dernier atome de C existe dans une chaîne latérale avec un groupe méthyle contenant un hydroxyle (-CH₂OH).

Le processus de glycolyse, qui se déroule dans la cellule cytoplasme, se compose de 10 réactions individuelles.

Il n'est généralement pas nécessaire de se souvenir des noms de tous les produits intermédiaires et enzymes. Mais, avoir un sens ferme de l'image globale est utile. Ce n'est pas seulement parce que la glycolyse est peut-être la réaction la plus pertinente dans l'histoire de la vie sur Terre, mais aussi parce que les étapes illustrent bien un certain nombre d'événements communs au sein des cellules, y compris l'action des enzymes pendant l'exothermie (énergétiquement favorable) réactions.

Lorsque le glucose pénètre dans une cellule, il est accosté par l'enzyme hexokinase et phosphorylé (c'est-à-dire qu'un groupe phosphate, souvent écrit Pi, lui est ajouté). Cela emprisonne la molécule à l'intérieur de la cellule en la dotant d'une charge électrostatique négative.

Cette molécule se réorganise en une forme phosphorylée de fructose, qui subit ensuite une autre étape de phosphorylation et devient le fructose-1,6-bisphosphate. Cette molécule est ensuite divisée en deux molécules similaires à trois carbones, dont l'une est rapidement transformée en l'autre pour donner deux molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate.

Cette substance est réarrangée en une autre molécule doublement phosphorylée avant que l'addition précoce de groupes phosphate ne soit inversée par étapes non consécutives. A chacune de ces étapes, une molécule de adénosine diphosphate (ADP) se produit par le complexe enzyme-substrat (le nom de la structure formée par la molécule qui réagit et l'enzyme qui pousse la réaction vers l'achèvement).

Cet ADP accepte un phosphate de chacune des molécules à trois carbones présentes. Finalement, deux molécules de pyruvate se trouvent dans le cytoplasme, prêtes à être déployées dans n'importe quelle voie que la cellule a besoin d'entrer ou est capable d'héberger.

Le seul vrai réactif de la glycolyse est une molécule de glucose. Deux molécules chacune d'ATP et de NAD+ (nicotinamide adénine dinucléotide, un porteur d'électrons) sont introduites au cours de la série de réactions.

Vous verrez souvent le processus complet de la respiration cellulaire répertorié avec le glucose et l'oxygène comme réactifs et le dioxyde de carbone et l'eau comme produits, ainsi que 36 (ou 38) ATP. Mais la glycolyse n'est que la première série de réactions qui aboutit finalement à l'extraction aérobie de cette quantité d'énergie du glucose.

Un total de quatre molécules d'ATP sont produits dans les réactions impliquant les trois composants carbonés de la glycolyse - deux lors de la conversion de la paire de molécules de 1,3-bisphosphoglycérate en deux molécules de 3-phosphoglycérate, et deux lors de la conversion d'une paire de molécules de phosphoénolpyruvate en les deux molécules de pyruvate représentant la fin de glycolyse. Ceux-ci sont tous synthétisés par phosphorylation au niveau du substrat, ce qui signifie que l'ATP provient de la l'ajout de phosphate inorganique (Pi) à l'ADP plutôt que d'être formé à la suite d'un autre traiter.

Deux ATP sont nécessaires au début de la glycolyse, d'abord lorsque le glucose est phosphorylé en glucose-6-phosphate, puis deux étapes plus tard lorsque le fructose-6-phosphate est phosphorylé en fructose-1,6-bisphosphate. Ainsi, le gain net d'ATP dans la glycolyse à la suite d'une molécule de glucose subissant le processus est deux molécules, ce qui est facile à retenir si vous l'associez au nombre de molécules de pyruvate créé.

De plus, lors de la conversion du glycéraldéhyde-3-phosphate en 1,3-bisphosphoglycérate, deux molécules de NAD+ sont réduites en deux molécules de NADH, ces derniers servant de source indirecte d'énergie car ils participent aux réactions, entre autres, de l'aérobie respiration.

En bref, le rendement net de la glycolyse est donc 2 ATP, 2 pyruvate et 2 NADH. C'est à peine un vingtième de la quantité d'ATP produite dans la respiration aérobie, mais parce que les procaryotes sont en règle générale beaucoup plus petits et moins complexes que les eucaryotes, avec des exigences métaboliques plus faibles, ils sont capables de s'en sortir malgré cette situation loin d'être idéale schème.

(Une autre façon de voir les choses, bien sûr, est que le manque de respiration aérobie dans les bactéries les a empêchés d'évoluer en créatures plus grandes et plus diverses, pour ce qui compte.)

Chez les procaryotes, une fois la voie de la glycolyse terminée, l'organisme a joué presque toutes les cartes métaboliques dont il dispose. Le pyruvate peut être métabolisé davantage en lactate via fermentation, ou respiration anaérobie. Le but de la fermentation n'est pas de produire du lactate, mais de régénérer le NAD+ à partir du NADH afin qu'il puisse être utilisé dans la glycolyse.

(Notez que ceci est distinct de fermentation alcoolique, dans lequel l'éthanol est produit à partir de pyruvate sous l'action de levure.)

Chez les eucaryotes, la majeure partie du pyruvate entre dans la première série d'étapes de la respiration aérobie: le cycle de Krebs, également appelé cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) ou cycle de l'acide citrique. Cela se produit au sein de la mitochondries, où le pyruvate est converti en le composé à deux carbones acétyl coenzyme A (CoA) et dioxyde de carbone (CO₂).

Le rôle de ce cycle en huit étapes est de produire plus de porteurs d'électrons à haute énergie pour les réactions ultérieures - 3 NADH, un FADH₂ (flavine adénine dinucléotide réduite) et un GTP (guanosine triphosphate).

Lorsque ceux-ci entrent dans la chaîne de transport d'électrons sur la membrane mitochondriale, un processus appelé phosphorylation oxydative déplace les électrons de ces porteurs de haute énergie aux molécules d'oxygène, le résultat final étant la production de 36 (ou peut-être 38) molécules d'ATP par molécule de glucose "en amont".

L'efficacité et le rendement beaucoup plus élevés du métabolisme aérobie expliquent essentiellement toutes les différences fondamentales aujourd'hui entre procaryotes et eucaryotes, le premier précédant, et aurait donné lieu à, le dernier.