Contenu
- Nutriments vs combustibles
- Cellules procaryotes vs cellules eucaryotes
- Qu'est-ce que le glucose?
- Qu'est-ce que l'ATP?
- Biologie de l'énergie cellulaire
- Glycolyse
- Fermentation
- Cycle de Krebs
- Chaîne de transport d'électrons
Vous avez probablement compris depuis votre plus jeune âge que la nourriture que vous mangez doit devenir "quelque chose" bien plus petit que la nourriture pour quoi que ce soit qui est "dans" la nourriture pour pouvoir aider votre corps. En l'occurrence, plus spécifiquement, une seule molécule d'un type de glucides classé comme un sucre est la source ultime de carburant dans toute réaction métabolique survenant dans une cellule à tout moment.
Cette molécule est glucose, une molécule à six carbones sous la forme d'un cycle en épi. Dans toutes les cellules, il entre dans glycolyse, et dans des cellules plus complexes, il participe également à fermentation, photosynthèse et respiration cellulaire à des degrés divers dans différents organismes.
Mais une autre façon de répondre à la question "Quelle molécule est utilisée par les cellules comme source d’énergie?" l'interprète comme "quelle molécule directement alimente les propres processus des cellules? "
Nutriments vs combustibles
Cette molécule "énergisante", qui comme le glucose est actif dans toutes les cellules, est ATP, ou l'adénosine triphosphate, un nucléotide souvent appelé "la monnaie énergétique des cellules". À quelle molécule devriez-vous penser alors, quand vous vous demandez, "Quelle molécule est le carburant pour toutes les cellules?" Est-ce du glucose ou de l'ATP?
Répondre à cette question revient à comprendre la différence entre affirmer que "les humains tirent leurs combustibles fossiles du sol" et que "les humains tirent leurs énergies des combustibles fossiles". Les deux affirmations sont vraies, mais concernent différentes étapes de la chaîne de conversion énergétique des réactions métaboliques. Dans les êtres vivants, le glucose est la base nutritif, mais l'ATP est la base carburant.
Cellules procaryotes vs cellules eucaryotes
Tous les êtres vivants appartiennent à l'une des deux grandes catégories: procaryotes et eucaryotes. Les procaryotes sont les organismes unicellulaires de la taxonomie domaines Les bactéries et les archées, tandis que les eucaryotes appartiennent tous au domaine eucaryote, qui comprend les animaux, les plantes, les champignons et les protistes.
Les procaryotes sont minuscules et simples comparés aux eucaryotes; leurs cellules sont en conséquence moins complexes. Dans la plupart des cas, une cellule procaryote est la même chose qu'un organisme procaryote et les besoins énergétiques d'une bactérie sont bien inférieurs à ceux d'une cellule eucaryote.
Les cellules procaryotes ont les mêmes quatre composants que l'on retrouve dans toutes les cellules du monde naturel: l'ADN, une membrane cellulaire, le cytoplasme et les ribosomes. Leur cytoplasme contient toutes les enzymes nécessaires à la glycolyse, mais l'absence de mitochondries et de chloroplastes signifie que la glycolyse est réellement la seule voie métabolique disponible pour les procaryotes.
En savoir plus sur les similitudes et les différences entre les cellules procaryotes et eucaryotes.
Qu'est-ce que le glucose?
Le glucose est un sucre à six carbones en forme d'anneau, représenté dans les diagrammes par une forme hexagonale. Sa formule chimique est C6H12O6en lui donnant un rapport C / H / O de 1: 2: 1; c'est vrai, en fait, de toutes les biomolécules classées comme glucides.
Le glucose est considéré comme un monosaccharide, ce qui signifie qu’il ne peut pas être réduit en différents sucres plus petits en rompant les liaisons hydrogène entre différents composants. Le fructose est un autre monosaccharide; Le saccharose (sucre de table), obtenu en joignant glucose et fructose, est considéré comme un disaccharide.
Le glucose est également appelé "sucre dans le sang", car il s'agit de ce composé dont la concentration est mesurée dans le sang lorsqu'un laboratoire de la clinique ou de l'hôpital détermine le statut métabolique du patient. Il peut être perfusé directement dans la circulation sanguine dans des solutions intraveineuses car il ne nécessite aucune panne avant d'entrer dans les cellules du corps.
Qu'est-ce que l'ATP?
ATP est un nucléotide, ce qui signifie qu’il se compose d’une des cinq bases azotées différentes, d’un sucre à cinq carbones appelé ribose et d’un à trois groupes phosphate. Les bases des nucléotides peuvent être soit l'adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G), la thymine (T) ou l'uracile (U). Les nucléotides sont les éléments constitutifs des acides nucléiques ADN et ARN; A, C et G se trouvent dans les deux acides nucléiques, alors que T ne se trouve que dans l'ADN et U uniquement dans l'ARN.
Comme vous l'avez vu, le "TP" de l'ATP signifie "triphosphate" et indique que l'ATP possède le nombre maximal de groupes phosphate qu'un nucléotide peut avoir - trois. La majeure partie de l'ATP est obtenue par la fixation d'un groupe phosphate à l'ADP, ou adénosine diphosphate, un processus connu sous le nom de phosphorylation.
L'ATP et ses dérivés ont de nombreuses applications en biochimie et en médecine, dont beaucoup sont à l'étape exploratoire à l'aube du XXIe siècle.
Biologie de l'énergie cellulaire
La libération d'énergie par les aliments implique la rupture des liaisons chimiques dans les composants des aliments et l'exploitation de cette énergie pour la synthèse des molécules d'ATP. Par exemple, les glucides sont tous oxydé en fin de compte au dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O) Les graisses sont également oxydées, leurs chaînes d’acides gras donnant des molécules d’acétate qui entrent ensuite dans la respiration aérobie des mitochondries eucaryotes.
Les produits de dégradation des protéines sont riches en azote et sont utilisés pour la construction d’autres protéines et d’acides nucléiques. Mais certains des 20 acides aminés à partir desquels les protéines sont construites peuvent être modifiés et entrer dans le métabolisme cellulaire au niveau de la respiration cellulaire (par exemple, après la glycolyse).
Glycolyse
Sommaire: La glycolyse produit directement 2 ATP pour chaque molécule de glucose; il fournit des transporteurs de pyruvate et d'électrons pour d'autres processus métaboliques.
La glycolyse est une série de dix réactions dans lesquelles une molécule de glucose est transformée en deux molécules du pyruvate, une molécule à trois carbones, donnant 2 ATP en cours de route. Il consiste en une phase "d'investissement" précoce dans laquelle 2 ATP sont utilisés pour attacher des groupes phosphate à la molécule de glucose en mouvement, et une phase "de retour" ultérieure dans laquelle le dérivé de glucose a été scindé en une paire de composés intermédiaires à trois carbones , donne 2 ATP par 3 composés de carbone et ceci 4 globalement.
Cela signifie que la glycolyse a pour effet net de produire 2 ATP par molécule de glucose, car 2 ATP sont consommés au cours de la phase d’investissement, mais un total de 4 ATP est obtenu au cours de la phase de paiement.
En savoir plus sur la glycolyse.
Fermentation
Sommaire: La fermentation reconstitue le NAD+ pour la glycolyse; il ne produit pas d'ATP directement.
Lorsque la teneur en oxygène est insuffisante pour satisfaire les besoins en énergie, comme lorsque vous courez très fort ou que vous soulevez des poids de manière intense, la glycolyse peut être le seul processus métabolique disponible. C'est là que la "brûlure d'acide lactique" dont vous avez peut-être entendu parler entre en jeu. Si le pyruvate ne peut pas entrer dans la respiration aérobie, comme décrit ci-dessous, il est converti en lactate, ce qui ne fait pas beaucoup de bien mais garantit que la glycolyse peut continuer en fournissant molécule intermédiaire clé appelée NAD+.
Cycle de Krebs
Sommaire: Le cycle de Krebs produit 1 ATP par tour de cycle (et donc 2 ATP par glucose "en amont", car 2 pyruvate peuvent donner 2 acétyl CoA).
Dans des conditions normales d'oxygène adéquat, la quasi-totalité du pyruvate généré lors de la glycolyse chez les eucaryotes passe du cytoplasme à des organites ("petits organes") appelés mitochondries, où il est transformé en molécule à deux carbones. acétyl coenzyme A (acétyl-CoA) en éliminant et en libérant du CO2. Cette molécule se combine à une molécule à quatre carbones appelée oxaloacétate pour créer du citrate, première étape de ce que l’on appelle également le cycle du TCA ou cycle de l’acide citrique.
Cette "roue" de réactions a finalement réduit le citrate en oxaloacétate et, en cours de route, un seul ATP est généré, ainsi que quatre vecteurs d’électrons à haute énergie (NADH et FADH).2).
Chaîne de transport d'électrons
Sommaire: La chaîne de transport des électrons donne environ 32 à 34 ATP molécule de glucose "en amont", ce qui en fait de loin le plus gros contributeur à l’énergie cellulaire des eucaryotes.
Les porteurs d'électrons du cycle de Krebs se déplacent de l'intérieur des mitochondries vers la membrane interne des organites, qui contient toutes sortes d'enzymes spécialisées appelées cytochromes prêtes à fonctionner. En bref, lorsque les électrons, sous forme d'atomes d'hydrogène, sont retirés de leurs supports, cela active la phosphorylation des molécules d'ADP en une grande quantité d'ATP.
L'oxygène doit être présent en tant qu'accepteur d'électrons final dans la cascade qui se produit à travers la membrane pour que cette chaîne de réactions se produise. Si ce n'est pas le cas, le processus de respiration cellulaire "se sauvegarde" et le cycle de Krebs ne peut pas se produire non plus.