Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire le processus de glycolyse et à rappeler les produits fabriqués.
Tous les organismes vivants, des bactéries microscopiques aux arbres imposants, ont besoin d’énergie. En tant qu’êtres humains, nos organismes sont extrêmement complexes. Nous avons environ 37 trillions de cellules et une multitude de tissus, d’organes et de systèmes d’organes spécialisés qui travaillent ensemble pour former un corps humain fonctionnel. Chacune de ces cellules, tissus et organes nécessite de l’énergie pour remplir ses fonctions de base au jour le jour. Mais d’où tire-t-on cette énergie ?
En tant qu’hétérotrophes, nous consommons d’autres organismes pour alimenter notre organisme. Les glucides constituent un groupe nutritionnel essentiel que nous devons consommer régulièrement. Les glucides sont de grandes molécules biologiques composées de nombreux sucres plus petits réunis ensemble. Par exemple, l’amidon est un glucide présent dans les aliments, comme les pommes de terre et les pâtes, et est composé de nombreuses unités répétées du sucre glucose.
Terme clé : Glucides
Les glucides sont des molécules à base de carbone, d’hydrogène et d’oxygène uniquement, qui sont généralement décomposées pour libérer de l’énergie dans les cellules animales.
Les organismes autotrophes sont ceux qui fabriquent leur propre nourriture, tels que les plantes. Ces organismes effectuent des processus biologiques spécialisés, tels que la photosynthèse, pour fabriquer leur propre glucose.
La respiration cellulaire est le processus par lequel des sucres, tels que le glucose, sont décomposés pour libérer de l’énergie qui peut être utilisée par la cellule. Cette énergie est libérée sous la forme de molécules appelées ATP.
Définition : Respiration cellulaire
La respiration cellulaire est un processus dans les organismes vivants dans lequel des composés contenant du carbone, tels que le glucose, sont décomposés pour libérer de l’énergie sous forme d’ATP.
Parfois, vous entendrez dire que le mécanisme d’inspiration et d’expiration est appelé respiration. Il est important de noter que ce n’est pas la même chose que la respiration cellulaire. L’échange gazeux est le processus d’aspiration de l’oxygène et de libération du dioxyde de carbone des poumons, tandis que la respiration cellulaire est le processus de libération d’énergie des glucides et d’autres molécules biologiques.
La respiration cellulaire peut être divisée en quatre grandes étapes successives : la glycolyse, la décarboxylation du pyruvate, le cycle de Krebs (également appelé cycle de l’acide citrique) et la phosphorylation oxydative (également appelée chaîne de transport d’électrons).
La respiration cellulaire peut se produire en présence d’oxygène (aérobie) ou en l’absence d’oxygène (anaérobie). La glycolyse est la première étape qui se produit à la fois dans la respiration aérobie et anaérobie, et les réactions de la glycolyse ont lieu dans le cytoplasme de la cellule, ce qui est indiqué sur la figure 2.
Terme clé : Aérobie
Aérobie signifie « avec ou en présence d’oxygène ».
Terme clé : Anaérobie
Anaérobie signifie « sans ou en l’absence d’oxygène ».
Exemple 1: Définir le terme anaérobie dans les réactions de la respiration cellulaire
Pourquoi la glycolyse est-elle considérée comme une réaction anaérobie ?
- parce qu’elle ne nécessite pas d’oxygène
- parce que l’oxygène n’est pas produit
- parce que l’oxygène est un réactif essentiel
- parce que du dioxyde de carbone est produit
Réponse
Pour répondre à cette question, examinons les mots-clés.
La glycolyse est la première étape de la respiration cellulaire. La respiration cellulaire est un processus crucial dans tous les organismes vivants. La respiration prend des composés contenant du carbone trouvés dans les cellules et les décompose, libérant ainsi de l’énergie. La glycolyse a lieu dans le cytoplasme, qui est la substance gélatineuse qui remplit la cellule.
Le terme anaérobie signifie « sans oxygène ». Si une réaction est dite anaérobie, cela signifie qu’elle peut se produire en l’absence d’oxygène. En effet, l’oxygène n’est pas un réactif essentiel. Si une réaction est dite aérobie, ce qui signifie « avec de l’oxygène », cela indique que l’oxygène est un réactif essentiel et doit être présent pour que la réaction se poursuive.
En regardant nos options, nous devrions être en mesure de voir que la bonne réponse est A. La glycolyse est considérée comme une réaction anaérobie car elle ne nécessite pas d’oxygène.
Le processus global de la glycolyse est décrit dans le schéma fourni à la figure 3. Au cours de la glycolyse, une molécule de glucose est décomposée en deux molécules de pyruvate (ou d’acide pyruvique) à travers une série de réactions.
Terme clé : Pyruvate (Acide pyruvique)
Le pyruvate est un composé à trois atomes de carbone produit lors de la glycolyse et formé par la phosphorylation et la décomposition du glucose.
Regardons ces réactions plus en détail.
Dans la première série de réactions, la molécule de glucose à six atomes de carbone est phosphorylée. Cela signifie que des groupes phosphate sont ajoutés à la molécule de glucose par le coenzyme ATP. Cela se produit deux fois, de sorte que deux molécules d’ATP sont utilisées. Cette réaction est illustrée à la figure 4. Le produit est du fructose 1,6-diphosphate, un sucre phosphorylé.
Terme clé : Fructose 1,6-diphosphate (Fructose 1,6-bisphosphate)
Le fructose 1,6-diphosphate est un sucre à six atomes de carbone formé par la phosphorylation et la conversion du glucose.
ATP signifie adénosine triphosphate, et le préfixe tri- signifie « trois ». Ainsi, le terme triphosphate signifie une molécule d’adénosine avec trois groupes phosphate. Après qu’une molécule d’ATP a fait don d’un groupe phosphate au glucose, elle forme l’ADP, ou adénosine diphosphate. Le préfixe di- indique que cette molécule ne contient plus que deux phosphates.
Terme clé : ATP (Adénosine triphosphate)
L’ATP, ou adénosine triphosphate, est la molécule qui contient l’énergie chimique dans les organismes vivants.
Exemple 2: Décrire la première réaction majeure de la glycolyse
Lequel des énoncés suivants décrit le mieux la première réaction majeure qui se produit au cours de la glycolyse ?
- Une molécule de glucose est convertie en glucose réduit par l’addition de deux ions hydrogène, catalysée par l’oxydation du NAD réduit.
- Une molécule de fructose phosphorylée est divisée en deux molécules à 3 atomes de carbone, connues sous le nom de glycéraldéhyde 3-phosphate.
- Une molécule de glucose réagit avec l’oxygène pour former un composé instable à 6 atomes de carbone, qui se décompose en deux molécules de glycéraldéhyde 3-phosphate, catalysées par l’hydrolyse de l’ATP.
- Une molécule de glucose est convertie en fructose phosphorylé par l’addition de deux molécules de phosphate, catalysées par l’hydrolyse de l’ATP.
Réponse
La glycolyse est la première étape d’une série de voies biochimiques qui constituent la respiration cellulaire. La glycolyse est chargée de convertir une molécule de glucose en produits qui pourront être utilisés dans les étapes ultérieures de la respiration cellulaire.
Lors de la glycolyse d’une molécule de glucose, l’une des premières choses qui se produit est la phosphorylation. Cela signifie que des groupes phosphate lui ont été ajoutés. Mais comment cela se passe-t-il ?
L’ATP est une molécule de transport d’énergie présente dans les cellules des organismes vivants. Lorsque l’ATP est décomposée en utilisant de l’eau (hydrolysée), un groupe phosphate est libéré de la molécule. Pendant la glycolyse, deux molécules d’ATP donnent un groupe phosphate à la molécule de glucose. Cette réaction est résumée dans le schéma ci-dessous.
Comme on peut le voir, le composé formé est un sucre à six atomes de carbone avec deux groupes phosphate. Le nom officiel de ce composé est le fructose 1,6-diphosphate.
En revenant à nos options, nous pouvons éliminer la A, car le NAD n’est pas impliqué à ce stade et le glucose est converti en utilisant des groupes phosphate, et non des ions hydrogène. L’option B est également fausse car à ce stade, le composé à six atomes de carbone n’a pas encore été divisé en deux composés à trois atomes de carbone. L’option C est également incorrecte pour la même raison, et bien que l’hydrolyse de l’ATP soit impliquée, l’oxygène ne l’est pas.
Par conséquent, la seule bonne option est D. La première réaction majeure dans la glycolyse se caractérise par une molécule de glucose convertie en fructose phosphorylé par l’addition de deux molécules de phosphate, catalysées par l’hydrolyse de l’ATP.
Cette molécule de sucre phosphorylé est ensuite divisée en deux molécules à 3 atomes de carbone. Ces molécules à trois atomes de carbone ont quelques noms différents, mais elles se réfèrent toutes à la même molécule. Nous allons utiliser le terme glycéraldéhyde 3-phosphate ici (et l’acronyme G3P), mais on les désigne aussi sous le nom de phosphoglycéraldéhyde (PGAL) ou triose phosphate (TP).
Terme clé : Glycéraldéhyde 3-phosphate/G3P (Phosphoglycéraldéhyde/PGAL, Triose phosphate/TP)
Le glycéraldéhyde-3-phosphate (connu sous d’autres noms) est un composé à trois atomes de carbone formé par le fractionnement du fructose 1,6-diphosphate pendant la glycolyse.
Les deux molécules de G3P sont ensuite transformées en produits finaux de la glycolyse : deux molécules du composé à trois atomes de carbone, le pyruvate.
Pour ce faire, un atome d’hydrogène est éliminé de chacune des molécules de G3P. Ce processus est réalisé par le coenzyme porteur d’hydrogène. accepte cet hydrogène et forme du NAD réduit ou NADH. Grâce à l’énergie de cette réaction, un autre groupe phosphate s’attache à la molécule G3P.
Terme clé : NAD +
est un coenzyme qui agit comme un accepteur d’électrons pour facilement former du NAD réduit (NADH) en acceptant un ion hydrogène et des électrons.
Ensuite, ces deux groupes phosphates, le groupe original du G3P et celui qui vient d’être ajouté, sont éliminés de chaque molécule formée et donnés à deux molécules d’ADP, formant ainsi l’ATP.
Il est important de se rappeler que la réaction illustrée à la figure 5 se produit pour les deux molécules de G3P. Cela signifie que le total des produits nets de la glycolyse sont les suivants :
- deux molécules d’ATP (quatre fabriquées dont deux sont utilisées par les réactions) ;
- deux molécules de NADH ;
- deux molécules du composé pyruvate à trois carbones.
Exemple 3: Rappeler les produits de la glycolyse
Quel est le rendement net en ATP d’une molécule de glucose au cours de la glycolyse ?
Réponse
La glycolyse est la première étape d’une série de réactions biochimiques qui composent la respiration cellulaire. L’objectif général de la respiration cellulaire est de décomposer les composés organiques, principalement les glucides et les sucres comme le glucose, et de libérer de l’énergie au cours du processus.
Cette énergie est stockée sous forme d’ATP ou d’adénosine triphosphate. Cette molécule relativement petite est constamment décomposée et régénérée dans les cellules, de sorte qu’elle fournit une source d’énergie facilement accessible et fiable.
Pour voir combien de molécules d’énergie sont générées lors de la glycolyse, récapitulons les réactions qui composent cette étape.
Les principales étapes qui se produisent sont les suivantes :
- la conversion du glucose en un sucre phosphorylé (à savoir le fructose 1,6-diphosphate) ;
- Le fractionnement de ce sucre à six atomes de carbone en deux composés à 3 atomes de carbone ;
- la conversion de ces composés à trois atomes de carbone en molécules de pyruvate (ou d’acide pyruvique).
À l’étape 1, deux molécules d’ATP sont en fait utilisées pour convertir le glucose en fructose 1,6-diphosphate. Elles sont ensuite hydrolysés pour former de l’ADP et un groupe phosphate, qui est donné au glucose.
À l’étape 2, aucune molécule d’ATP n’est utilisée ou produite.
À l’étape 3, à chaque fois qu’une molécule de G3P est convertie en pyruvate, deux molécules d’ATP sont formées à partir de la phosphorylation de l’ADP. Il est important de noter, cependant, qu’il y a deux molécules de G3P pour chaque molécule de glucose, de sorte que cette réaction se produit deux fois. Ainsi, en doublant ce chiffre, on constate que la réaction produit 4 molécules d’ATP pour chaque molécule de glucose.
Cependant, ce n’est pas la fin du calcul. La question demande le rendement net. Cela signifie que nous devons prendre le nombre total de molécules d’ATP produites, puis soustraire toutes les molécules utilisées au cours du processus. On sait que 4 molécules sont produites mais que 2 molécules sont utilisées dans la première étape.
Ainsi, cela signifie que le rendement net d’ATP pour une molécule de glucose est de 2.
Exemple 4: Rappeler les produits de la glycolyse
Quel composé à 3 atomes de carbone est le produit final de la glycolyse ?
- le pyruvate
- le glucose
- le glycéraldéhyde 3-phosphate
- le 3-PGA
- le
Réponse
La glycolyse est la première étape d’une série de réactions qui constituent la respiration cellulaire. Le composé le plus courant qui est décomposé au cours de la respiration cellulaire est le glucose, un composé à six carbones, présent dans de nombreux glucides et facilement obtenu dans notre alimentation.
Lorsqu’une molécule de glucose entre dans le processus de glycolyse, elle est d’abord phosphorylée et convertie en un autre sucre à six atomes de carbone. Ce sucre est instable et se décompose rapidement en deux composés à 3 atomes de carbone. Ces composés sont appelés glycéraldéhyde 3-phosphate (G3P) et peuvent aussi être appelés phosphoglycéraldéhyde (PGAL) ou triose phosphate (TP).
Cependant, ce n’est pas le produit final. Une série de réactions transforment ces composés à trois atomes de carbone en un autre composé à trois atomes de carbone appelé pyruvate, ou acide pyruvique. Le pyruvate est le réactif principal dans la prochaine étape de la respiration cellulaire, la décarboxylation du pyruvate.
Par conséquent, le composé à trois atomes de carbone qui est le produit final de la glycolyse est le pyruvate.
La glycolyse ne nécessite pas la présence d’oxygène, de sorte que cette étape de la respiration peut se produire dans des conditions aérobies et anaérobies. Cette réaction est également universelle pour presque tous les organismes vivants. Elle se produit dans le cytoplasme de cellules bactériennes, fongiques, végétales et animales. Cela prouve bien que toute la vie sur Terre a évolué à partir de quelques ancêtres communs.
Passons en revue quelques-uns des points clés que nous avons appris sur la glycolyse.
Points clés
- La respiration cellulaire est le processus par lequel les organismes vivants décomposent le glucose et d’autres substrats pour libérer de l’énergie.
- La glycolyse est la première étape de la respiration aérobie et anaérobie.
- L’équation générale de base pour la glycolyse est la suivante : glucose 2 molécules de pyruvate 2 molécules d’ATP.
- Les premières réactions dans la glycolyse utilisent l’ATP pour convertir le glucose en fructose 1,6-diphosphate.
- Le fructose 1,6-diphosphate est transformé en G3P puis en pyruvate grâce au .
- La conversion de chaque molécule de G3P en pyruvate produit deux molécules d’ATP.
