Glycolyse

Qu'est-ce-que la glycolyse ?

La glycolyse est le processus qui consiste à fractionner les sucres dans le corps pour créer de l'énergie. C'est la première étape de la respiration aérobie et anaérobie. La glycolyse produit de l'énergie sous la forme de deux molécules d'ATP et crée deux molécules de NADH et deux ions hydrogène positifs. La glycolyse utilise un processus de réactions multiples pour créer ces produits qui sont essentiels à la vie.

Quelle est l'équation de la glycolyse ?

L'équation générale de la glycolyse est la suivante :

Glycolyse aérobie et anaérobie

La glycolyse est une voie biochimique vitale qui permet aux cellules de convertir l'énergie du glucose en formes biologiques d'énergie. Bien que la glycolyse puisse se produire à la fois en aérobie et en anaérobie, il existe plusieurs différences entre les deux voies.

La glycolyse aérobie se produit à l'intérieur des cellules en présence d'oxygène. Ce type de glycolyse est plus efficace que son homologue anaérobie, car il génère beaucoup plus d'ATP en utilisant plusieurs réactions enzymatiques et chaînes de transport d'électrons.

En revanche, la glycolyse anaérobie ne produit qu'une petite quantité d'ATP et se produit en l'absence d'oxygène. Le produit final de la glycolyse anaérobie est l'acide lactique qui s'accumule à l'intérieur de la cellule, ce qui entraîne des conditions telles que la fatigue musculaire pendant un exercice prolongé.

Les étapes de la glycolyse

La glycolyse se produit dans le cytoplasme et consiste à diviser une seule molécule de glucose à 6 carbones en deux molécules de pyruvate à 3 carbones. De multiples réactions plus petites, contrôlées par des enzymes, se produisent pendant la glycolyse. Elles se déroulent en dix étapes. Le processus général de la glycolyse suit ces différentes phases :

1. Deux molécules de phosphate sont ajoutées au glucose à partir de deux molécules d'ATP. Ce processus s'appelle la phosphorylation.

2. Le glucose est divisé en deux molécules de triose-phosphate isomérase, une molécule à 3 carbones.

3. Une molécule d'hydrogène est retirée de chaque molécule de triose-phosphate isomérase. Ces groupes hydrogène sont ensuite transférés à une molécule porteuse d'hydrogène, le NAD (Nicotinamide Adénine Dinucléotide). Cela forme le NAD/NADH réduit.

4. Les deux molécules de triose-phosphate isomérase, maintenant oxydées, sont ensuite converties en une autre molécule à 3 carbones appelée pyruvate. Ce processus régénère également deux molécules d'ATP par molécule de pyruvate, ce qui permet de produire quatre molécules d'ATP pour deux molécules d'ATP utilisées pendant la glycolyse.

Schéma de la glycolyse

Fig. 1 - Un diagramme étape par étape de la glycolyse

Nous allons maintenant examiner ce processus plus en détail et expliquer les différentes enzymes impliquées à chaque étape du processus.

La phase d'investissement en énergie

Cette phase fait référence à la première moitié de la glycolyse, au cours de laquelle nous investissons deux molécules d'ATP pour diviser le glucose en deux molécules à 3 carbones.

1. Le glucose est catalysé par l'hexokinase en glucose-6-phosphate. Ce processus utilise une molécule d'ATP, qui donne un groupe phosphate. L'ATP est ensuite converti en ADP. Le rôle de la phosphorylation est de rendre la molécule de glucose suffisamment réactive pour procéder aux réactions enzymatiques suivantes.

2. L'enzyme phosphoglucose isomérase catalyse le glucose-6-phosphate. Cela isomérise (même formule moléculaire, mais formule structurelle différente d'une substance) le glucose-6-phosphate. Elle change la structure de la molécule en un autre sucre phosphorylé à 6 carbones, créant ainsi le fructose-6-phosphate.

3. Le fructose-6-phosphate est catalysé par l'enzyme phosphofructokinase-1 (PFK-1), qui ajoute un phosphate de l'ATP au fructose-6-phosphate. L'ATP est converti en ADP, et le fructose-1,6-bisphosphate est formé. Encore une fois, cette phosphorylation augmente la réactivité du sucre pour permettre à la molécule de poursuivre son chemin dans le processus de glycolyse.

4. L'enzyme aldolase divise la molécule à 6 carbones en deux molécules à 3 carbones. Ce sont le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP.)

5. Entre G3P et DHAP, seul G3P est utilisé dans l'étape suivante de la glycolyse. Par conséquent, nous devons convertir le DHAP en G3P en utilisant une enzyme appelée triose-phosphate isomérase. Cette enzyme isomérise le DHAP en G3P, créant ainsi deux molécules de G3P, qui seront toutes deux utilisées à l'étape suivante.

La phase de récolte de l'énergie

Cette deuxième phase fait référence à la deuxième moitié de la glycolyse, qui génère deux molécules de pyruvate et quatre molécules d'ATP.

6. Le G3P se combine avec l'enzyme glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH), le NAD+ et le phosphate inorganique. Cela produit du 1,3-biphosphoglycérate (1,3-BPh). En tant que sous-produit, le NADH est également produit.

7. Un groupe phosphate du 1,3-biphosphoglycérate (1,3-BPh) se combine à l'ADP pour produire de l'ATP. Cela produit du 3-phosphoglycérate. L'enzyme phosphoglycérate kinase catalyse la réaction.

8. L'enzyme phosphoglycérate mutase convertit le 3-phosphoglycérate en 2-phosphoglycérate.

9. Une enzyme appelée énolase convertit le 2-phosphoglycérate en phosphoénolpyruvate, qui produit de l'eau comme sous-produit.

10. Grâce à l'enzyme pyruvate kinase, le phosphoénolpyruvate perd un groupe phosphate, gagne un atome d'hydrogène et se transforme en pyruvate. L'ADP reprend le groupe phosphate perdu et devient l'ATP.

Au total, la glycolyse produit 2 molécules de pyruvate, 2 molécules d'ATP et 2 molécules de NADH (qui vont dans la chaîne de transport des électrons.)

Le bilan de la glycolyse

Le rendement global d'une seule molécule de glucose après la glycolyse est :

• Deux molécules d'ATP : bien que le processus produise quatre molécules d'ATP, deux sont utilisées pour phosphoryler le glucose.

• Deux molécules de NADH ont le potentiel de fournir de l'énergie et de produire plus d'ATP pendant la phosphorylation oxydative.

• Deux molécules de pyruvate sont essentielles pour la décarboxylation oxydative pendant la respiration aérobie et l'étape de fermentation de la respiration anaérobie.

Le bilan global de la glycolyse est : glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD⁺ ---> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 H₂O + 2 NADH

Sans la glycolyse, les cellules ne disposeraient pas d'ATP ou de NADH pour soutenir l'activité métabolique. Par conséquent, la glycolyse joue un rôle important en permettant aux cellules de respirer et de créer des formes d'énergie utilisables.

Régulation de la glycolyse

Un certain nombre de facteurs peuvent réguler la glycolyse, notamment les hormones et les facteurs de croissance. Par exemple, l'insuline est une hormone produite par le pancréas qui stimule l'absorption du glucose par les cellules. Cela permet à davantage de glucose d'entrer dans la glycolyse, augmentant ainsi la production d'énergie.

Une enzyme clé impliquée dans la régulation de la glycolyse est la PFK-1 (phosphofructokinase). Cette enzyme contrôle la vitesse ou la lenteur de la progression de la glycolyse. Si son niveau est faible, cela signifie qu'il n'y a pas beaucoup d'ATP à utiliser comme énergie. Par conséquent, le pyruvate kinase sera activé, et le taux de conversion du pyruvate en lactate augmentera. Cela permet de maintenir la glycolyse à un rythme régulier.

Une autre enzyme impliquée dans la régulation de la glycolyse est l'hexokinase, qui sert de barrière initiale pour le glucose. Si les niveaux de glucose sont faibles ou si l'énergie est faible, l'hexokinase sera activée et moins de glucose pourra entrer dans la cellule. Cela permet d'éviter que l'énergie excédentaire ne soit utilisée quand elle n'est pas nécessaire.

Globalement, la régulation de la glycolyse permet de s'assurer que les cellules disposent de suffisamment d'énergie pour fonctionner de manière efficace. Si la glycolyse est interrompue ou altérée de quelque manière que ce soit, la santé globale de la cellule peut être affectée.