Qu'est-ce qui effectue la glycolyse?

La glycolyse est un processus universel parmi les formes de vie sur la planète Terre. Des bactéries unicellulaires les plus simples aux plus grandes baleines de la mer, tous les organismes - ou plus précisément, chacune de leurs cellules - utilisent la molécule de sucre à six carbones glucose comme source d'énergie.

Glycolyse est l'ensemble des 10 réactions biochimiques qui constituent la première étape vers la décomposition complète du glucose. Dans de nombreux organismes, c'est aussi l'étape finale, et donc la seule.

La glycolyse est la première des trois étapes de respiration cellulaire dans le domaine taxonomique (c'est-à-dire la classification de la vie) eucaryote (ou alors eucaryotes), qui comprennent les animaux, les plantes, les protistes et les champignons.

Dans les domaines Bactéries et Archées, qui forment ensemble les organismes majoritairement unicellulaires appelés procaryotes, la glycolyse est le seul spectacle métabolique en ville, car leurs cellules n'ont pas la machinerie pour mener à bien la respiration cellulaire.

La réaction complète englobée par les différentes étapes de la glycolyse est :

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_je → 2 canaux₃(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H⁺ + 2H₂O

En mots, cela signifie que le glucose, le transporteur d'électrons nicotinamide adénine dinucléotide, adénosine diphosphate et phosphate inorganique (P_je) se combinent pour former du pyruvate, l'adénosine triphosphate, la forme réduite du nicotinamide adénine dinucléotide et des ions hydrogène (qui peuvent être considérés comme des électrons).

Notez que l'oxygène n'apparaît pas dans cette équation, car la glycolyse peut se dérouler sans O₂. Cela peut être un point de confusion, car, puisque la glycolyse est un précurseur nécessaire aux segments aérobies de la respiration cellulaire chez les eucaryotes ("aérobie" signifie "avec de l'oxygène"), elle est souvent considérée à tort comme un aérobie traiter.

Le glucose est un glucide, ce qui signifie que sa formule suppose le rapport de deux atomes d'hydrogène pour chaque atome de carbone et d'oxygène: C_mH_2nO_m. C'est un sucre, et plus précisément un monosaccharide, ce qui signifie qu'il ne peut pas être divisé en d'autres sucres, de même que le disaccharides saccharose et galactose. Il comprend une forme d'anneau à six atomes, dont cinq atomes sont du carbone et un est de l'oxygène.

Le glucose peut être stocké dans le corps sous forme de polymère appelé glycogène, qui n'est rien de plus que de longues chaînes ou des feuilles de molécules de glucose individuelles reliées par des liaisons hydrogène. Glycogène est stocké principalement dans le foie et dans les muscles.

Les athlètes qui utilisent préférentiellement certains muscles (par exemple, les marathoniens qui comptent sur leurs quadriceps et leurs mollets muscles) s'adaptent grâce à l'entraînement pour stocker des quantités inhabituellement élevées de glucose, souvent appelées « charge en glucides ».

L'adénosine triphosphate (ATP) est la "monnaie énergétique" de toutes les cellules vivantes. Cela signifie que lorsque la nourriture est mangée et décomposée en glucose avant d'entrer dans les cellules, le but ultime du métabolisme du glucose est la synthèse d'ATP, un processus entraîné par l'énergie libérée lorsque les liaisons en glucose et les molécules en lesquelles il est transformé lors de la glycolyse et respiration aérobie sont brisés.

L'ATP généré par ces réactions est utilisé pour les besoins quotidiens de base du corps, tels que la croissance et la réparation des tissus ainsi que l'exercice physique. À mesure que l'intensité de l'exercice augmente, le corps s'éloigne de la combustion des graisses ou des triglycérides (via l'oxydation d'acides gras) à la combustion du glucose, car ce dernier processus entraîne la création de plus d'ATP par molécule de le carburant.

Pratiquement toutes les réactions biochimiques reposent sur l'aide de molécules de protéines spécialisées appelées enzymes procéder.

Les enzymes sont catalyseurs, ce qui signifie qu'ils accélèrent les réactions - parfois d'un facteur d'un million ou plus - sans être eux-mêmes modifiés dans la réaction. Ils portent généralement le nom des molécules sur lesquelles ils agissent et ont une "-ase" à la fin, telle que "phosphoglucose isomérase", qui réarrange les atomes du glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate.

(Les isomères sont des composés avec les mêmes atomes mais des structures différentes, analogues aux anagrammes dans le monde des mots.)

Les plus enzymes chez l'homme, les réactions se conforment à une règle « un pour un », ce qui signifie que chaque enzyme catalyse une réaction particulière, et inversement, que chaque réaction ne peut être catalysée que par une enzyme. Ce niveau de spécificité aide les cellules à réguler étroitement la vitesse des réactions et, par extension, les quantités de différents produits produits dans la cellule à tout moment.

Lorsque le glucose pénètre dans une cellule, la première chose qui se produit est qu'il est phosphorylé, c'est-à-dire qu'une molécule de phosphate est attachée à l'un des carbones du glucose. Cela confère une charge négative à la molécule, la piégeant efficacement dans la cellule. Cette glucose-6-phosphate est ensuite isomérisé comme décrit ci-dessus en fructose-6-phosphate, qui subit ensuite une autre étape de phosphorylation pour devenir fructose-1,6-bisphosphate.

Chacune des étapes de phosphorylation implique l'élimination d'un phosphate de l'ATP, laissant adénosine diphosphate (ADP) derrière. Cela signifie que bien que le but de la glycolyse soit de produire de l'ATP pour l'utilisation de la cellule, cela implique un "coût de démarrage" de 2 ATP par molécule de glucose entrant dans le cycle.

Le fructose-1,6-bisphosphate est ensuite divisé en deux molécules à trois carbones, chacune avec son propre phosphate attaché. Un de ceux-là, phosphate de dihydroxyacétone (DHAP), est de courte durée, car il se transforme rapidement en l'autre, glycéraldéhyde-3-phosphate. Ainsi, à partir de maintenant, chaque réaction répertoriée se produit en fait deux fois pour chaque molécule de glucose entrant dans la glycolyse.

Le glycéraldéhyde-3-phosphate est transformé en 1,3-diphosphoglycérate par l'ajout d'un phosphate à la molécule. Plutôt que d'être dérivé de l'ATP, ce phosphate existe sous forme de phosphate libre ou inorganique (c'est-à-dire sans liaison au carbone). Dans le même temps, NAD⁺ est converti en NADH.

Dans les étapes suivantes, les deux phosphates sont extraits d'une série de molécules à trois carbones et ajoutés à l'ADP pour générer de l'ATP. Parce que cela se produit deux fois par molécule de glucose d'origine, un total de 4 ATP est créé dans cette phase de « remboursement ». Parce que la phase "d'investissement" nécessitait un apport de 2 ATP, le gain global en ATP par molécule de glucose est de 2 ATP.

Pour référence, après le 1,3-diphosphoglycérate, les molécules dans la réaction sont 3-phosphoglycérate, 3-phosphoglycérate, phosphoénolpyruvate et enfin pyruvate.

Chez les eucaryotes, le pyruvate peut ensuite passer à l'une des deux voies post-glycolyse, selon qu'il y a suffisamment d'oxygène pour permettre la respiration aérobie. Si c'est le cas, ce qui est généralement le cas lorsque l'organisme parent se repose ou s'exerce légèrement, le le pyruvate est transporté du cytoplasme où la glycolyse se produit dans les organites ("petits organes") appelé mitochondries.

Si la cellule appartient à un procaryote ou à un eucaryote très travailleur – disons, un humain qui court un demi-kilomètre ou qui soulève des poids intensément – ​​le pyruvate est converti en lactate. Alors que dans la plupart des cellules, le lactate lui-même ne peut pas être utilisé comme carburant, cette réaction crée du NAD⁺ à partir du NADH, permettant ainsi à la glycolyse de continuer "en amont" en fournissant une source critique de NAD⁺.

Ce processus est connu sous le nom fermentation lactique.

Les phases aérobies de la respiration cellulaire qui se déroulent dans les mitochondries sont appelées les Cycle de Krebs et le chaîne de transport d'électrons, et ceux-ci se produisent dans cet ordre. le Cycle de Krebs (souvent appelé cycle de l'acide citrique ou cycle de l'acide tricarboxylique) se déroule au milieu des mitochondries, tandis que le chaîne de transport d'électrons prend place sur la membrane des mitochondries qui forme sa frontière avec le cytoplasme.

La réaction nette de la respiration cellulaire, y compris la glycolyse, est :

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6 CO₂ + 6H₂O + 38 ATP

Le cycle de Krebs ajoute 2 ATP et la chaîne de transport d'électrons un énorme 34 ATP pour un total de 38 ATP par molécule de glucose complètement consommée (2 + 2 + 34) dans les trois processus métaboliques.