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Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire le processus de glycolyse. Nous rappellerons les produits et les réactifs de la glycolyse et décrirons les réactions intermédiaires qui se produisent lors de la conversion de ces réactifs en produits.
La glycolyse est le terme utilisé pour décrire la première étape de la respiration cellulaire. La respiration cellulaire est extrêmement importante pour les organismes. C’est le processus par lequel les sucres sont dégradés pour libérer de l’énergie. Nous pouvons ensuite utiliser cette énergie pour alimenter les réactions métaboliques importantes de nos cellules et pour effectuer des processus essentiels tels que la digestion, la respiration et le mouvement. Vous vous souvenez peut-être de l’équation chimique globale de la respiration cellulaire. Le glucose et l’oxygène réagissent pour former du dioxyde de carbone et de l’eau. Dans ce processus, de l’énergie est libérée sous forme d’ATP. Nous allons examiner cette équation générale plus en détail et comprendre toutes les réactions biochimiques qui se produisent.
La glycolyse a lieu dans le cytoplasme des cellules. Le cytoplasme est le liquide gélatineux qui remplit l’intérieur de la cellule et contient la plupart des organites de la cellule. La glycolyse ne nécessite pas d’oxygène, contrairement aux étapes suivantes de la respiration cellulaire qui en ont besoin. En absence d’oxygène, la glycolyse est suivie d’un processus appelé fermentation, qui ne produit pas autant d’ATP que la respiration cellulaire. Commençons donc la leçon et examinons plus en détail les réactions de la glycolyse.
Ici, nous pouvons voir la série globale des réactions chimiques qui se produisent pendant la glycolyse, mais cela a l’air assez compliqué. Alors allons-y étape par étape. Le principal réactif de la glycolyse est le glucose. Une molécule de glucose a une structure de forme cyclique. Mais pour simplifier nos schémas, utilisons simplement une chaîne d’atomes de carbone. Le glucose est un monosaccharide. «Saccharide» est une partie de mot qui signifie sucre, et «mono-» est une partie de mot qui signifie un seul. La constitution du glucose fait donc référence à une seule unité de sucre. Une molécule de glucose contient six atomes de carbone, nous l’appelons donc un sucre à six atomes de carbone. Le glucose nécessaire à la glycolyse vient de notre alimentation. Les aliments qui contiennent des glucides, comme les pâtes, les pommes de terre et le pain, représentent généralement une bonne source de glucose.
Dans la première étape de la glycolyse, cette molécule de glucose effectuera un processus connu sous le nom de phosphorylation. La phosphorylation fait référence à une réaction dans laquelle des groupes phosphate sont ajoutés à une molécule. Lors de la glycolyse, le glucose est phosphorylé séquentiellement par deux molécules d’ATP. ATP signifie adénosine triphosphate. Rappelez-vous que la partie de mot «tri-» signifie trois, donc triphosphate correspond à trois groupes phosphate. Lorsqu’une molécule d’ATP donne son groupe phosphate à une autre molécule à l’aide d’une enzyme, elle se convertit en ADP. ADP signifie adénosine diphosphate. «Di-» est une partie de mot qui signifie deux, ce qui nous indique que l’ADP n’a que deux groupes phosphate.
Pour former l’ADP, la liaison entre le deuxième et le troisième groupe phosphate de l’ATP se rompt. Lorsque ce phosphate inorganique est libéré de l’ATP, il forme une nouvelle liaison avec la molécule de glucose. La formation de cette nouvelle liaison chimique entre le groupe phosphate et la molécule de glucose libère de l’énergie. La quantité d’énergie libérée lors de la formation de cette nouvelle liaison est supérieure à celle nécessaire pour rompre la liaison dans la molécule d’ATP. À l’aide d’enzymes, le glucose est en retour phosphorylé par deux molécules d’ATP. Cela signifie que le glucose gagne deux groupes phosphate, comme indiqué dans la figure par les lettres «P».
Le composé formé est parfois qualifié de glucose phosphorylé, mais il s’appelle plus précisément fructose-1,6-biphosphate. «Bi-» est une autre partie du mot qui signifie deux. Un et six font référence aux atomes de carbone auxquels ces groupes phosphate sont attachés. Le fructose est un autre monosaccharide. Il est très similaire au glucose, car il contient également six atomes de carbone, mais sa structure est légèrement différente. Le glucose est converti en fructose grâce à une enzyme. Nous nous retrouvons donc maintenant avec notre nouveau sucre fructose-1,6-bisphosphate.
Examinons la série suivante de réactions qui se produisent dans la glycolyse. Le fructose-1,6-bisphosphate, le sucre que nous avons fabriqué à partir de la phosphorylation et de la conversion du glucose, est un sucre à six atomes de carbone. Ensuite, ce composé à six atomes de carbone est divisé en deux composés à trois atomes de carbone, un processus finalement simple. Ces composés à trois atomes de carbone ont des noms différents. Cela peut dépendre du pays dans lequel vous vivez. Nous allons utiliser le nom de glycéraldéhyde-3-phosphate ou G3P. Mais ils sont également connus sous les noms de phosphoglycéraldéhyde ou PGAL, ainsi que triose phosphate ou TP. Alors ne vous embrouillez pas. Ils font tous référence à la même molécule.
Nous sommes presque arrivés à la fin de nos réactions de glycolyse. Voyons donc les dernières étapes. Rappelez-vous qu’à partir d’une molécule de fructose-1,6-bisphosphate, deux molécules de G3P sont produites. Donc, n’oubliez pas que la prochaine série de réactions se produiront toutes deux fois pour chaque molécule. Ensuite, notre molécule de G3P est convertie en une molécule de pyruvate. Le pyruvate ou acide pyruvique est un composé chimique intermédiaire important. Nous verrons bientôt pourquoi.
Pour qu’une molécule de G3P soit convertie en une molécule de pyruvate, il doit se produire deux choses. Elle doit perdre un hydrogène et un groupe phosphate. Voyons cela un peu plus en détail. NAD+ est une coenzyme. Une coenzyme est un composé ou une molécule non protéique qui aide les enzymes à effectuer des réactions biochimiques. Lorsque NAD+ est converti en NADH, il gagne un ion hydrogène et deux électrons du G3P. On dit que le NAD+ est réduit parce qu’il a gagné des électrons. NADH peut donc s’appeler du NAD+ réduit. Cette réaction est couplée à la suivante. En utilisant l’énergie de la réduction de NAD+, G3P gagne un autre groupe phosphate.
Ce nouveau composé ne dure cependant pas longtemps. Suite à cela, la molécule perd ses deux groupes phosphate. Et ces groupes phosphate sont transmis à deux molécules d’ADP. Et voilà! Grâce à une série de réactions biochimiques, notre réactif glucose est converti en deux molécules de notre produit, le pyruvate. Vous vous demandez peut-être à quoi il sert. Pourquoi avons-nous examiné toutes ces réactions complexes et n’avons pas vraiment obtenu grand-chose?
Premièrement, la glycolyse à elle seule produit deux molécules d’ATP. En fait, le produit brut est constitué de quatre molécules d’ATP. Mais rappelez-vous, nous avons utilisé deux molécules d’ATP dans la première étape. Donc la quantité nette d’ATP produite qui peut être utilisée ailleurs est de deux molécules. L’ATP est une molécule porteuse d’énergie indispensable à toutes nos cellules. C’est une petite molécule qui peut être facilement dégradée en rompant la liaison entre le groupe phosphate terminal et celui du milieu. Lorsqu’un groupe phosphate libéré par l’ATP se lie à une autre molécule, la réaction libère une quantité nette d’énergie. Cette énergie peut être utilisée pour à peu près tous nos processus vitaux importants. Cela inclut bouger, respirer, digérer et, vous l’avez deviné, plus de respiration cellulaire. Mais deux molécules d’ATP ne semblent pas beaucoup, n’est-ce pas? Alors pourquoi la glycolyse est-elle si importante?
La glycolyse est en fait le début d’une série d’étapes dans le processus de respiration cellulaire. La glycolyse chez l’Homme se produit rarement seule. Elle est généralement suivie de réactions appelées réaction de décarboxylation du pyruvate, le cycle de Krebs ou de l’acide citrique, et de la phosphorylation oxydative. Ensemble, toutes ces réactions nous fournissent une grande quantité d’ATP. Vous vous souvenez peut-être que nous nous faisons référence au pyruvate comme un composé intermédiaire. L’étape suivante de la respiration cellulaire, la réaction de décarboxylation du pyruvate, ne peut se produire sans pyruvate. Toutes les réactions subséquentes dépendent donc de la glycolyse.
Maintenant que nous avons étudié la glycolyse, tentons une question pratique.
Quel est le rendement net en ATP d’une molécule de glucose soumise à la glycolyse?
La glycolyse est la première étape de la respiration cellulaire. La glycolyse a lieu dans le cytoplasme des cellules de presque tous les organismes vivants, et elle se produit que l’oxygène soit présent ou non. Lors de la glycolyse, une molécule de glucose subit une série de réactions biochimiques pour former deux molécules de pyruvate ou d’acide pyruvique. Lors de la glycolyse, la première série de réactions utilisent deux molécules d’ATP pour convertir le glucose en sucre phosphorylé fructose-1,6-bisphosphate. Donc, à ce moment là, le rendement en ATP est de moins deux.
Ensuite, le fructose-1,6-bisphosphate composé de six atomes de carbone est divisé en deux composés à trois atomes de carbone. Cette réaction n’utilise pas d’ATP, mais elle n’en produit pas non plus. Donc, notre rendement actuel en ATP est toujours de moins deux. Enfin, les deux composés à trois atomes de carbone doivent être convertis en notre produit final, le pyruvate. Dans cette réaction, les composés à trois atomes de carbone donnent un ion hydrogène et deux électrons à une coenzyme appelée NAD+ pour former du NAD réduit ou NADH. Cette réaction est couplée à une autre réaction.
En utilisant l’énergie issue de la réduction de NAD+, le G3P gagne un autre groupe phosphate. Ce nouveau composé n’existe cependant que très brièvement. Suite à cela, le G3P perd ses deux groupes phosphate. Ces groupes phosphate sont transmis à deux molécules d’ADP pour former de l’ATP. Pour chaque molécule de pyruvate formée, deux molécules d’ATP sont produites. Comme il y a deux molécules de pyruvate, quatre molécules d’ATP sont produites au total. Donc, notre rendement en ATP avant cette étape était de moins deux, et ici nous avons produit quatre molécules d’ATP.
Nous sommes maintenant prêts à calculer le rendement net en ATP. Moins deux ATP plus quatre ATP nous donne un rendement net de deux ATP. Donc, pour chaque molécule de glucose soumise à la glycolyse, le rendement net en ATP est de deux molécules.
Résumons ce que nous avons appris en quelques points clés. La respiration cellulaire est le processus par lequel les organismes vivants dégradent le glucose et d’autres substrats pour libérer de l’énergie. La glycolyse est la première étape de la respiration cellulaire et n’utilise pas d’oxygène. L’équation globale de base pour la glycolyse est le glucose plus deux ADP plus deux phosphates inorganiques donne deux pyruvate plus deux ATP. Les premières réactions de la glycolyse utilisent l’ATP pour convertir le glucose en fructose-1,6-bisphosphate. Le fructose-1,6-bisphosphate est converti en deux molécules de G3P, puis le G3P est converti en pyruvate. Le rendement net en ATP de la glycolyse est de deux molécules.
