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Tous les organismes utilisent une molécule appelée glucose et un processus appelé glycolyse répondre à tout ou partie de leurs besoins en énergie. Pour les organismes procaryotes unicellulaires, tels que les bactéries, c’est leseul processus disponible pour générer de l’ATP (adénosine triphosphate, la "monnaie énergétique" des cellules).
Les organismes eucaryotes (animaux, plantes et champignons) ont des propriétés plus sophistiquéesmachines cellulaires et peut tirer beaucoup plus d'une molécule de glucose - plus de quinze fois plus d'ATP, en fait. En effet, ces cellules emploient la respiration cellulaire,qui dans son ensemble est glycolyse plus respiration aérobie.
Une réaction impliquant décarboxylation oxydative dans la respiration cellulaire appelée la réaction de pont sert de centre de traitement entre les réactions strictement anaérobies de la glycolyse et les deux étapes de la respiration aérobie qui se produisent dans les mitochondries. Cette étape de pont,plus formellement appelée oxydation du pyruvate, est donc essentielle.
Approche du pont: glycolyse
Dans la glycolyse, une série de dix réactions dans le cytoplasme cellulaire convertit laglucose, molécule de sucre à six carbones, en deux molécules de pyruvate, un composé à trois carbones, produisant au total deux molécules d’ATP. Dans la première partie de la glycolyse,appelée phase d’investissement, il faut en fait deux ATP pour faire avancer les réactions, tandis que dans la deuxième partie, la phase de retour, elle est plus que compensée par lasynthèse de quatre molécules d'ATP.
Phase d'investissement: Le glucose a un groupe phosphate attaché et est ensuite réarrangé en une molécule de fructose. Cette molécule à son tour a unun groupe phosphate ajouté, et le résultat est une molécule de fructose doublement phosphorylée. Cette molécule est ensuite scindée en deux molécules identiques à trois carbones, chacune avec sonpropre groupe de phosphate.
Phase de retour: Chacune des deux molécules à trois carbones a le même sort: elle est associée à un autre groupe phosphate et chacune d’elles est utilisée pour fabriquer de l’ATPde ADP (adénosine diphosphate) tout en étant réarrangé dans une molécule de pyruvate. Cette phase génère également une molécule de NADH à partir d’une molécule de NAD+.
Le rendement énergétique net estsoit 2 ATP par glucose.
La réaction du pont
La réaction de pont, également appelée la réaction de transition, consiste en deux étapes. Le premier est le décarboxylation de pyruvate, et le second est la fixation de ce qui reste à une molécule appelée coenzyme A.
La fin de la molécule de pyruvate est un carbone double lié à un atome d'oxygène etsimple lié à un groupe hydroxyle (-OH). En pratique, l’atome de H dans le groupe hydroxyle est dissocié de l’atome de O, de sorte que cette partie de pyruvate peut être considérée comme ayant unUn atome de carbone et deux atomes d'oxygène. Dans la décarboxylation, cela est éliminé sous forme de CO2, ou gaz carbonique.
Ensuite, le reste de la molécule de pyruvate, appelé groupe acétyleet ayant la formule CH3C (= O), devient lié à la coenzyme A à la tache précédemment occupée par le groupe carboxyle du pyruvate. En cours de route, NAD+ est réduit à NADH.Par molécule de glucose, la réaction de pontage est la suivante:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Après le pont: respiration aérobie
Cycle de Krebs: L'emplacement du cycle de Krebs est dans la matrice mitochondriale (le matériau à l'intérieur des membranes). Ici, l’acétyl-CoA se combine avec une molécule à quatre carbones appeléeoxaloacétate pour créer une molécule à six carbones, le citrate. Cette molécule est réduite à l'oxaloacétate en une série d'étapes, ce qui permet de recommencer le cycle.
Le résultat est 2 ATP longavec 8 NADH et 2 FADH2 (porteurs d'électrons) pour la prochaine étape.
Chaîne de transport d'électrons: Ces réactions se produisent le long de la membrane mitochondriale interne, dans laquelle quatredes groupes de coenzymes spécialisés, appelés complexes I à IV, sont incorporés. Ceux-ci utilisent l’énergie des électrons sur NADH et FADH2 pour conduire la synthèse de l’ATP, l’oxygène constituant la dernièreaccepteur d'électrons.
Le résultat est de 32 à 34 ATP, ce qui porte le rendement énergétique global de la respiration cellulaire à 36 à 38 ATP par molécule de glucose.