Contenu
- Qu'est-ce que le glucose?
- La voie de la glycolyse
- Résumé de la glycolyse: entrées et sorties
- Le destin des produits de la glycolyse
Les êtres vivants, qui consistent tous en une ou plusieurs cellules individuelles, peuvent être divisés en procaryotes et eucaryotes.
Pratiquement toutes les cellules comptent sur glucose pour leurs besoins métaboliques, et la première étape dans la décomposition de cette molécule est la série de réactions appelée glycolyse (littéralement, "fractionnement du glucose"). Dans la glycolyse, une seule molécule de glucose subit une série de réactions pour donner une paire de molécules de pyruvate et une quantité d'énergie modeste sous la forme d'adénosine triphosphate (ATP).
La manipulation ultime de ces produits varie toutefois d'un type de cellule à l'autre. Les organismes procaryotes ne participent pas 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 aérobique la respiration (c'est-à-dire le cycle de Krebs et la phosphorylation par oxydation dans la chaîne de transport d'électrons). Plus strictement, la glycolyse elle-même n'est pas un processus aérobie simplement parce qu'elle ne repose pas sur de l'oxygène et se produit que oui ou non2 est présent.
Cependant, la glycolyse étant un prérequis de respiration aérobie en ce qu'il fournit pyruvate pour les réactions de celui-ci, il est naturel d'apprendre les deux concepts à la fois.
Qu'est-ce que le glucose?
Le glucose est un sucre à six carbones qui constitue l'hydrate de carbone le plus important en biochimie humaine. Les glucides contiennent du carbone (C) et de l'hydrogène (H) en plus de l'oxygène, et le rapport de C à 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 récurrente, 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 pour le glucose est C6H12O6. La partie principale de la molécule est constituée d'un cycle hexagonal contenant cinq des atomes de carbone et un des atomes d'oxygène. Le sixième et dernier atome de C existe dans une chaîne latérale avec un groupe méthyle hydroxyle (-CH2OH).
La voie de la glycolyse
Le processus de glycolyse, qui a lieu dans le cytoplasme cellulaire, consiste en 10 réactions individuelles.
Il n'est généralement pas nécessaire de se rappeler les noms de tous les produits intermédiaires et enzymes. Mais, avoir une idée précise de la situation dans son ensemble est utile. Cela tient non seulement au fait que la glycolyse est peut-être la réaction la plus importante de l’histoire de la vie sur Terre, mais également au fait que les étapes illustrent bien un certain nombre d’événements courants dans les cellules, notamment l’action des enzymes lors de réactions exothermiques (énergétiquement favorables).
Lorsque le glucose pénètre dans une cellule, il est attaqué par l'enzyme hexokinase et phosphorylé (c'est-à-dire qu'un groupe phosphate, souvent appelé Pi, y 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 du fructose-1,6-bisphosphate. Cette molécule est ensuite scindée en deux molécules similaires à trois carbones dont l’une se transforme rapidement 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 des étapes non consécutives. Dans chacune de ces étapes, une molécule d’adénosine diphosphate (ADP) se forme par le complexe enzyme-substrat (nom de la structure formée par la molécule en train de réagir et par l’enzyme qui pousse la réaction à son terme).
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 quelle que soit la voie empruntée par la cellule ou pouvant être hébergée.
Résumé de la glycolyse: entrées et sorties
Le seul vrai réactif de la glycolyse est une molécule de glucose. Au cours de la série de réactions, deux molécules d'ATP et de NAD + (nicotinamide adénine dinucléotide, un transporteur d'électrons) sont introduites.
Vous verrez souvent le processus complet de la respiration cellulaire répertorié avec du glucose et de l'oxygène en tant que réactifs, du dioxyde de carbone et de l'eau en tant que produits, ainsi que du 36 (ou 38) ATP. Mais la glycolyse n’est que la première série de réactions aboutissant 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 composants à trois carbones de la glycolyse - deux lors de la conversion de la paire de molécules de 1,3-bisphosphoglycérate en deux molécules de phosphoglycérate-3, et deux lors de la conversion d'une paire de molécules de phosphoénolpyruvate en deux molécules de pyruvate représentant la fin de la glycolyse. Celles-ci sont toutes synthétisées via une phosphorylation au niveau du substrat, ce qui signifie que l'ATP provient de l'addition directe de phosphate inorganique (Pi) à l'ADP plutôt que d'être formé à la suite d'un autre processus.
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 en ATP dans la glycolyse résultant d’une molécule de glucose soumise au processus est de deux molécules, ce qui est facile à retenir si vous l’associez au nombre de molécules de pyruvate créées.
De plus, lors de la conversion du glycéraldéhyde-3-phosphate en 1,3-bisphosphoglycérate, deux molécules de NAD + sont réduites à deux molécules de NADH, cette dernière servant de source d'énergie indirecte car elles participent aux réactions de autres processus, respiration aérobie.
En bref, le rendement net en glycolyse est donc 2 ATP, 2 pyruvate et 2 NADH. C'est à peine un vingtième de la quantité d'ATP produite par la respiration aérobie, mais comme les procaryotes sont généralement beaucoup plus petits et moins complexes que les eucaryotes, avec des exigences métaboliques plus faibles, ils sont en mesure de se débrouiller malgré cela. schéma idéal.
(Une autre façon de voir, bien sûr, est que le manque de respiration aérobie chez les bactéries les a empêchées d'évoluer pour devenir des créatures plus grandes et plus diversifiées, pour ce qui compte vraiment.)
Le destin des produits de la glycolyse
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 la fermentation alcoolique, dans laquelle l'éthanol est produit à partir de pyruvate sous l'action de la levure.)
Chez les eucaryotes, la plupart 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 dans les mitochondries, où le pyruvate est converti en un composé à deux carbones, l’acétyl-coenzyme A (CoA) et le dioxyde de carbone (CO2).
Le rôle de ce cycle en huit étapes est de produire davantage de porteurs d'électrons de haute énergie pour les réactions suivantes - 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 par oxydation déplace les électrons de ces vecteurs à haute énergie en molécules d'oxygène, avec pour résultat final la production de 36 (ou éventuellement de 38) molécules d'ATP par molécule de glucose " en amont."
L’efficacité et le rendement bien supérieurs du métabolisme aérobie expliquent pour l’essentiel toutes les différences fondamentales qui existent aujourd’hui entre procaryotes et eucaryotes, le premier étant précédent et censé l’avoir engendré.