Contenu
- Glucose: définition
- Glucose, types de cellules et métabolisme
- Le processus de glycolyse
- Glycolyse précoce
- Glycolyse ultérieure
- Procédés post-glycolyse
Le glucose est le source ultime de carburant cellulaire pour tous les êtres vivants, l'énergie dans ses liaisons chimiques étant utilisée pour synthétiser l'adénosine triphosphate (ATP) de différentes manières interconnectées et interdépendantes. Lorsqu'une molécule de ce sucre à six atomes de carbone (c'est-à-dire hexose) traverse la membrane plasmique d'une cellule de l'extérieur pour pénétrer dans le cytoplasme, elle est immédiatement phosphorylé - c'est-à-dire qu'un groupe phosphate, qui porte une charge électrique négative, est attaché à une partie de la molécule de glucose. Il en résulte une charge négative nette sur ce qui est alors devenu une glucose-6-phosphate molécule qui l’empêche de quitter la cellule.
Procaryotes, qui incluent les domaines Bacteria et Archaea, n’ont pas d’organites liées à la membrane, y compris le mitochondries que dans eucaryotes héberger le cycle de Krebs et la chaîne de transport d'électrons dépendante de l'oxygène. De ce fait, les procaryotes ne participent pas à la respiration aérobie ("avec oxygène"), mais tirent leur énergie presque entièrement de la glycolyse, processus anaérobie qui intervient également avant la respiration aérobie des cellules eucaryotes.
Glucose: définition
Le glucose étant l'une des molécules les plus vitales de la biochimie et constituant le point de départ de l'ensemble des réactions les plus vitales des annales de la vie sur la planète Terre, une brève discussion de la structure et du comportement de cette molécule s'impose.
Aussi connu sous le nom dextrose (généralement en référence à des systèmes non biologiques, tels que le glucose fabriqué à partir de maïs) et sucre dans le sang (en référence à des systèmes biologiques, par exemple, dans le domaine médical), le glucose est une molécule à six carbones dont la formule chimique C6H12O6. Dans le sang humain, la concentration normale de glucose est d'environ 100 mg / dL. 100 mg représentent un dixième de gramme, tandis qu'un dL correspond à un dixième de litre; cela équivaut à un gramme par litre, et comme une personne moyenne a environ 4 litres de sang, la plupart des gens ont environ 4 g de glucose dans leur circulation sanguine à tout moment - seulement environ un septième d'une once.
Cinq des six atomes de carbone (C) dans le glucose se trouvent dans la anneau à six atomes forme que la molécule assume 99,98 pour cent du temps dans la nature. Le sixième atome du cycle est un oxygène (O), le sixième C étant lié à l’un des cycles Cs en tant que partie d’un hydroxyméthyle (-CH2OH) groupe. C’est au niveau du groupe hydroxyle (-OH) que phosphate inorganique (Pi) est lié au processus de phosphorylation qui emprisonne la molécule dans le cytoplasme cellulaire.
Glucose, types de cellules et métabolisme
Les procaryotes sont petits (la majorité écrasante sont unicellulaires) et simples (la cellule à la plupart d'entre eux n'a pas de noyau ni d'autres organites liés à la membrane). Cela les empêche peut-être d'être aussi élégants et intéressants dans la plupart des cas que les eucaryotes, mais cela réduit également leurs besoins en carburant.
La glycolyse est la première étape du métabolisme du glucose chez les procaryotes et les eucaryotes.. La phosphorylation du glucose lors de son entrée dans une cellule en diffusant à travers la membrane plasmatique est la première étape de la glycolyse, qui est décrite en détail dans une section ultérieure.
À la fin de la glycolyse, la molécule de glucose a été utilisée pour générer deux molécules de pyruvate à trois carbones, deux molécules du nicotinamide adénine dinucléotide dit porteur d'électrons de haute énergie (NADH) et un gain net de deux molécules d'ATP.
À ce stade, chez les procaryotes, le pyruvate entre généralement en fermentation, processus anaérobie avec un certain nombre de variations différentes qui seront explorées sous peu. Mais certaines bactéries ont développé la capacité d'effectuer la respiration aérobie dans une certaine mesure et sont appelées anaérobies facultatives. Les bactéries qui ne peuvent tirer leur énergie que de la glycolyse sont appelées obliger les anaérobieset beaucoup d’entre eux sont réellement tués par l’oxygène. Un nombre limité de bactéries sont même aérobies obligatoires, ce qui signifie que, comme vous, ils ont un besoin absolu en oxygène. Étant donné que les bactéries ont eu environ 3,5 milliards d’années pour s’adapter aux exigences de l’environnement changeant de la Terre, il n’est pas surprenant qu’elles aient commandé toute une gamme de stratégies de base de survie métabolique.
Le processus de glycolyse
La glycolyse comprend 10 les réactions, ce qui est un joli chiffre rond, mais vous n’avez pas nécessairement besoin de mémoriser tous les produits, intermédiaires et enzymes de toutes ces étapes. Au lieu de cela, même si certaines de ces minuties sont amusantes et utiles à connaître, il est plus important de connaître quoi se produit dans la glycolyse globale, et Pourquoi cela arrive (en termes de physique de base et de besoins de la cellule).
La glycolyse est capturée dans la réaction suivante, qui est la somme de ses 10 réactions individuelles:
C6H12O6 → 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH
En termes simples, dans la glycolyse, une seule molécule de glucose est séparée en deux molécules de pyruvate et, en cours de route, un couple de molécules de carburant et une paire de molécules de "précombustion" sont fabriquées. L'ATP est la monnaie quasi-universelle de l'énergie utilisée dans les processus cellulaires, tandis que le NADH, la forme réduite du NAD + ou du nicotinamide adénine dinucléotide, fonctionne comme un porteur d'électrons de haute énergie qui donne finalement ces électrons, sous la forme d'ions hydrogène (H +), aux molécules d'oxygène à la fin de la chaîne de transport d'électrons dans métabolisme aérobie, résultant en beaucoup plus d'ATP que la glycolyse seule peut fournir.
Glycolyse précoce
La phosphorylation du glucose après son entrée dans le cytoplasme donne le glucose-6-phosphate (G-6-P). Le phosphate provient de l'ATP et son incorporation dans les feuilles de glucose adénosine diphosphate (ADP) derrière. Comme indiqué, cela piège le glucose dans la cellule.
Ensuite, le G-6-P est converti en fructose-6-phosphate (F-6-P). C'est un isomérisation réaction, car le réactif et le produit sont des isomères l’un de l’autre - des molécules avec le même nombre de chaque type d’atome, mais avec des arrangements spatiaux différents. Dans ce cas, l'anneau de fructose n'a que cinq atomes. On appelle l'enzyme responsable de cet acte de jonglage atomique phosphoglucose isomérase. (La plupart des noms d'enzymes, bien que souvent encombrants, ont au moins un sens parfait.)
Dans la troisième réaction de glycolyse, le F-6-P est converti en fructose-1,6-bisphosphate (F-1,6-BP). Dans cette étape de phosphorylation, le phosphate provient encore de l'ATP, mais cette fois-ci, il est ajouté à un atome de carbone différent. L'enzyme responsable est phosphofructokinase (PFK).
Dans la quatrième réaction de glycolyse, la molécule de F-1,6-BP, qui est assez instable en raison de sa double dose de groupes phosphate, est scindée par l'enzyme aldolase dans les molécules à trois carbones transportant un seul groupe phosphate glycéraldéhyde 3-phosphate (GAP) et phosphate de dihydroxyacétone (DHAP). Ce sont des isomères, et la DHAP est rapidement convertie en GAP dans la cinquième étape de la glycolyse en utilisant une poussée de l'enzyme. triose phosphate isomérase (TIM).
À ce stade, la molécule de glucose initiale est devenue deux molécules identiques à trois carbones, phosphorylées individuellement, au prix de deux ATP. À partir de ce moment, chaque réaction de glycolyse décrite se produit deux fois pour chaque molécule de glucose subissant une glycolyse.
Glycolyse ultérieure
Dans la sixième réaction de glycolyse, les GAP sont convertis en 1,3-bisphosphoglycerate (1,3-BPG) sous l’influence de glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase. Les enzymes déshydrogénases éliminent les atomes d’hydrogène (c’est-à-dire les protons). L'hydrogène libéré de GAP se lie à la molécule NAD +, donnant le NADH. Parce que la molécule initiale de glucose en amont a donné lieu à deux molécules de GAP, après cette réaction, deux des molécules de NADH ont été créées.
Dans la septième réaction de glycolyse, une des réactions de phosphorylation de la glycolyse précoce est en fait inversée. Quand l'enzyme phosphoglycérate kinase élimine un groupe phosphate de 1,3-BPG, le résultat est 3-phosphoglycérate (3-PG). Les phosphates extraits des deux molécules de 1,3-BPG sont ajoutés à un ADP pour former deux ATP. Cela signifie que les deux ATP "empruntés" aux étapes un et trois sont "retournés" à la septième réaction.
À la huitième étape, 3-PG est converti en 2-phosphoglycérate (2-PG) par phosphoglycérate mutase, qui transfère le groupe phosphate restant à un autre atome de carbone. Une mutase diffère d'une isomérase en ce qu'elle est moins lourde dans son action; plutôt que de réorganiser la structure d'une molécule, ils ne font que déplacer l'un de ses groupes latéraux vers un nouvel endroit, laissant ainsi l'ensemble de la colonne vertébrale, de l'anneau, etc.
Dans la neuvième réaction de glycolyse, la 2-PG est convertie en phosphoénolpyruvate (PEP) sous l'action de énolase. Un énol est un composé à double liaison carbone-carbone dans lequel l'un des atomes de carbone est également lié à un groupe hydroxyle.
Enfin, dixième et dernière réaction de glycolyse, le PEP se transforme en pyruvate grâce à l’enzyme pyruvate kinase. Les groupes phosphates éliminés des deux PEP sont liés aux molécules d’ADP, donnant deux ATP et deux pyruvate dont la formule est (C3H4O3) ou (CH3) CO (COOH). Ainsi, le traitement initial anaérobie d'une seule molécule de glucose donne deux molécules de pyruvate, deux d'ATP et deux de NADH.
Procédés post-glycolyse
Le pyruvate finalement généré par l'entrée de glucose dans les cellules peut prendre l'une des deux voies. Si la cellule est procaryote, ou si la cellule est eucaryote, mais nécessite temporairement plus de carburant que la respiration aérobie ne peut en fournir seule (comme, par exemple, les cellules musculaires au cours d'exercices physiques difficiles tels que chanter ou soulever des poids), le pyruvate entre dans le processus de fermentation. Si la cellule est eucaryote et que ses besoins en énergie sont typiques, elle déplace le pyruvate à l’intérieur des mitochondries et participe à la Cycle de Krebs: