Oxydation du pyruvate

Catabolisme du glucose dans la glycolyse et l'oxydation du pyruvate

Comme tu l'as probablement deviné, l'oxydation du pyruvate est ce qui se produit après la glycolyse. Nous savons que la glycolyse, le catabolisme du glucose, produit deux molécules de pyruvate dont on peut extraire de l'énergie. À la suite de cela et dans des conditions aérobies, l'étape suivante est l'oxydation du pyruvate.

Le pyruvate (\(C_3H_3O_3\)) est une molécule organique composée d'un squelette à trois carbones, d'un carboxylate (\(RCOO^-\)) et d'un groupe cétone (\(R_2C=O\)).

L'énergie du pyruvate est également extraite au cours de cette étape critique qui relie la glycolyse au reste des étapes de la respiration cellulaire, mais aucun ATP n'est directement produit.

En plus de participer à la glycolyse, le pyruvate est également impliqué dans la gluconéogenèse. La gluconéogenèse est une voie anabolique qui consiste à former du glucose à partir d'éléments non glucidiques. Cela se produit lorsque notre corps n'a pas assez de glucose ou d'hydrates de carbone.

Figure 1 : Types de voies illustrées. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

La figure 1 compare la différence entre les voies cataboliques qui décomposent les molécules, comme la glycolyse, et les voies anaboliques qui construisent des molécules, comme la néoglucogenèse.

Respiration cellulaire Oxydation du pyruvate

Après avoir vu comment la décomposition ou le catabolisme du glucose est lié à l'oxydation du pyruvate, nous pouvons maintenant voir comment l'oxydation du pyruvate est liée à la respiration cellulaire.

L'oxydation du pyruvate est une étape du processus de respiration cellulaire, mais une étape importante.

Larespiration cellulaire est un processus catabolique que les organismes utilisent pour décomposer le glucose en énergie.

La réaction globale de la respiration cellulaire est la suivante :

\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \longrightarrow 6CO_2+ 6H_2O + \text {énergie chimique}\).

Les étapes de la respiration cellulaire sont, et le processus est illustré dans la figure 2 :

1. La glycolyse

• La glycolyse est le processus de décomposition du glucose, ce qui en fait un processus catabolique.

• Elle commence par le glucose et se termine par la décomposition en pyruvate.

• La glycolyse utilise le glucose, une molécule à 6 carbones, et le décompose en 2 pyruvates, une molécule à 3 carbones.

2. Oxydation du pyruvate

• La conversion ou l'oxydation du pyruvate issu de la glycolyse en Acétyl COA, un cofacteur essentiel.

• Ce processus est catabolique puisqu'il implique l'oxydation du pyruvate en acétyl COA.

• C'est sur ce processus que nous allons principalement nous concentrer aujourd'hui.

3. Cycle de l'acide citrique (TCA ou cycle de Kreb)

• Commence par le produit de l'oxydation du pyruvate et le réduit en NADH (nicotinamide adénine dinucléotide).

• Ce processus est amphibolique ou à la fois anabolique et catabolique.

• La partie catabolique se produit lorsque l'acétyl COA est oxydé en dioxyde de carbone.

• La partie anabolique se produit lorsque le NADH et le \(\text {FADH}_2\) sont synthétisés.

• Le cycle de Kreb utilise 2 Acétyl COA et produit au total 4 \(CO_2\), 6 NADH, 2 \(\text {FADH}_2\) et 2 ATP.

4. Phosphorylation oxy dative (chaîne de transport d'électrons)

• La phosphorylation oxydative implique la décomposition des transporteurs d'électrons NADH et \(\text {FADH}_2\) pour produire de l'ATP.

• La dégradation des transporteurs d'électrons en fait un processus catabolique.

• La phosphorylation oxydative produit environ 34 ATP. Nous disons environ parce que le nombre d'ATP produits peut varier car les complexes de la chaîne de transport d'électrons peuvent pomper des quantités différentes d'ions.

• La phosphorylation consiste à ajouter un groupe phosphate à une molécule telle que le sucre. Dans le cas de la phosphorylation oxydative, l'ATP est phosphorylé à partir de l'ADP.

• L'ATP est l'adénosine triphosphate ou un composé organique composé de trois groupes phosphates qui permettent aux cellules d'exploiter l'énergie. En revanche, l'ADP est l'adénosine diphosphate qui peut être phosphorylée pour devenir de l'ATP.

Figure 2 : Vue d'ensemble de la respiration cellulaire. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

_{Lieu d'oxydation du pyruvate}

Maintenant que nous comprenons le processus général de la respiration cellulaire, nous devons passer à la compréhension de l'endroit où se produit l'oxydation du pyruvate.

Une fois la glycolyse terminée, le pyruvate chargé est transporté vers les mitochondries depuis le cytosol, la matrice du cytoplasme, dans des conditions aérobies. La mitochondrie est un organite doté d'une membrane interne et d'une membrane externe. La membrane interne comporte deux compartiments : un compartiment externe et un compartiment interne appelé matrice.

Dans la membrane interne, des protéines de transport qui importent le pyruvate dans la matrice en utilisant le transport actif. Ainsi, l'oxydation du pyruvate se produit dans la matrice mitochondriale, mais uniquement chez les eucaryotes. Chez les procaryotes ou les bactéries, l'oxydation du pyruvate se produit dans le cytosol.

Schéma de l'oxydation du pyruvate

L'équation chimique de l'oxydation du pyruvate est la suivante :

$$\begin{gathered} {\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_3{{\mathrm{O}}_3}^{-}+{\mathrm{NAD}}^{+}+{\mathrm{C}}_{21}{\mathrm{H}}_{36}{\mathrm{N}}_7{\mathrm{O}}_{16}{\mathrm{P}}_3\mathrm{S}\to {\mathrm{C}}_{23}{\mathrm{H}}_{38}{\mathrm{N}}_7{\mathrm{O}}_{17}{\mathrm{P}}_3\mathrm{S}+\mathrm{NADH}+{\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}^{+} \\ \mathrm{Pyruvate}\mathrm{Coenzyme}\mathrm{A}\mathrm{Acetyl}\mathrm{CoA}\mathrm{Carbon}\mathrm{dioxide} \end{gathered}$$

Rappelle-toi que la glycolyse génère deux molécules de pyruvate à partir d'une molécule de glucose, donc chaque produit a deux molécules dans ce processus. L'équation est simplement simplifiée ici.

La réaction chimique et le processus d'oxydation du pyruvate sont décrits dans l'équation chimique ci-dessus.

Les réactifs sont le pyruvate, le ^NAD+ et le coenzyme A et les produits de l'oxydation du pyruvate sont l'acétyl CoA, le NADH, le dioxyde de carbone et un ion hydrogène. Il s'agit d'une réaction hautement exergonique et irréversible, ce qui signifie que la variation de l'énergie libre est négative. Comme tu peux le constater, c'est un processus relativement plus court que la glycolyse, mais cela ne le rend pas moins important !

Lorsque le pyruvate entre dans la mitochondrie, le processus d'oxydation est lancé. Globalement, il s'agit d'un processus en trois étapes illustré à la figure 3, mais nous allons approfondir chacune d'entre elles :

1. Tout d'abord, le pyruvate est décarboxylé ou perd un groupe carboxyle, un groupe fonctionnel dont le carbone est doublement lié à l'oxygène et simplement lié à un groupe OH. Le dioxyde de carbone est alors libéré dans les mitochondries et la pyruvate déshydrogénase se lie à un groupe hydroxyéthyle à deux carbones. La pyruvate déshydrogénase est une enzyme qui catalyse cette réaction et qui élimine initialement le groupe carboxyle du pyruvate. Le glucose a six carbones, donc cette étape élimine le premier carbone de la molécule de glucose d'origine.

2. Un groupe acétyle se forme alors en raison de la perte d'électrons du groupe hydroxyéthyle. Le NAD+ récupère ces électrons à haute énergie qui ont été perdus lors de l'oxydation du groupe hydroxyéthyle pour devenir du NADH.

3. Une molécule d'acétyl-CoA est formée lorsque le groupe acétyle lié à la pyruvate déshydrogénase est transféré au CoA ou coenzyme A. Ici, l'acétyl-CoA agit comme une molécule porteuse, transportant le groupe acétyle à l'étape suivante de la respiration aérobie.

Figure 3 : L'oxydation du pyruvate illustrée. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Produits de l'oxydation du pyruvate

Parlons maintenant du produit de l'oxydation du pyruvate : Acetyl CoA.

Nous savons que le pyruvate est converti en acétyl CoA par l'oxydation du pyruvate, mais qu'est-ce que l'acétyl CoA ? Il s'agit d'un groupe acétyle à deux carbones lié de façon covalente au coenzyme A.

Il a de nombreux rôles, notamment celui d'être un intermédiaire dans de nombreuses réactions et de jouer un rôle massif dans l'oxydation des acides gras et des acides aminés. Cependant, dans notre cas, il est principalement utilisé pour le cycle de l'acide citrique, l'étape suivante de la respiration aérobie.