La glycolyse se produit dans le cytoplasme (un liquide épais qui baigne les organites) de la cellule. Au cours de la glycolyse, le glucose se divise en deux molécules de 3 carbones qui se transforment ensuite en pyruvate par une série de réactions.
Fig. 1 - Schéma de la glycolyse étape par étape
Quelle est l'équation de la glycolyse ?
L'équation globale de la glycolyse est la suivante :
Le pyruvate est parfois appelé acide pyruvique, alors ne t'y trompe pas si tu fais des lectures supplémentaires ! Nous utilisons les deux noms de façon interchangeable.
Quelles sont les différentes 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. Au cours de la glycolyse, il y a de multiples petites réactions contrôlées par des enzymes. Elles se déroulent en dix étapes. Le processus général de la glycolyse suit ces différentes phases :
- Deux molécules de phosphate sont ajoutées au glucose à partir de deux molécules d'ATP. Ce processus est appelé phosphorylation.
- Le glucose est scindé endeux molécules de triose phosphate, une molécule à 3 carbones.
- Une molécule d'hydrogène est retirée de chaque molécule de triose phosphate. Ces groupes d'hydrogène sont ensuite transférés à une molécule porteuse d'hydrogène, le NAD. Cela forme le NAD/NADH réduit.
- Les deux molécules de triose phosphate, désormais oxydées, sont ensuite converties en une autre molécule à 3 carbones, le pyruvate. Ce processus régénère également deux molécules d'ATP par molécule de pyruvate, ce qui aboutit à la production de quatre molécules d'ATP pour deux molécules d'ATP utilisées au cours de la glycolyse.
Fig. 2 - Schéma de la glycolyse, étape par étape
Nous allons maintenant examiner ce processus plus en détail et expliquer les différentes enzymes qui interviennent à chaque étape du processus.
La phase d'investissement
Cette phase fait référence à la première moitié de la glycolyse, au cours de laquelle nous investissons deux molécules d'ATP afin de diviser le glucose en deux molécules de 3 carbones.
1. Le glucose est catalysé par l'hexokinase en glucose-6-phosphate. Cela utilise une molécule d'ATP, qui donne un groupe phosphate. L'ATP est 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. Elle isomérise (même formule moléculaire mais formule structurelle différente d'une substance) le glucose-6-phosphate, ce qui signifie qu'elle change la structure de la molécule en un autre sucre phosphorylé à 6 carbones. Cela donne 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 lefructose-1,6-bisphosphate est formé. Encore une fois, cette phosphorylation augmente la réactivité du sucre pour permettre à la molécule de poursuivre le processus de glycolyse.
4. L'enzyme aldolase divise la molécule à 6 carbones en deux molécules à 3 carbones. Il s'agit du glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et dudihydroxyacétone phosphate (DHAP).
5. Entre le G3P et le DHAP, seul le G3P est utilisé dans l'étape suivante de la glycolyse. Nous devons donc convertir le DHAP en G3P, ce que nous faisons à l'aide d'une enzyme appelée triose phosphate isomérase. Celle-ci isomérise le DHAP en G3P. Nous avons donc maintenant deux molécules de G3P qui seront toutes deux utilisées à l'étape suivante.
La phase d'amortissement
Cette deuxième phase fait référence à la dernière moitié de la glycolyse, qui génère deux molécules de pyruvate et quatre molécules d'ATP.
À partir de l'étape 5 de la glycolyse, tout se passe deux fois, puisque nous avons deux molécules de G3P à 3 carbones.
6. Le G3P se combine avec l'enzyme Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase (GAPDH), le NAD+ et le phosphate inorganique. Cela produit du 1,3-biphosphoglycérate (1,3-BPh). Le NADH est produitcomme sous-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 enolase transforme le 2-phosphoglycérate en phosphoénolpyruvate. Ce processus produit de l'eau comme sous-produit.
10. Grâce à l'enzyme pyruvate kinase, le phosphoenolpyruvate 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 d'électrons).
Tu n'as pas besoin de connaître les structures chimiques des molécules impliquées dans la glycolyse. Les jurys d'examen s'attendent seulement à ce que tu connaisses le nom des molécules et des enzymes impliquées, le nombre de molécules d'ATP gagnées/perdues et le moment où le NAD/NADH est formé au cours du processus.
Glycolyse et rendement énergétique
Le rendement global d'une seule molécule de glucose après la glycolyse est de :
- 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 réaction de liaison pendant la respiration aérobie et l'étape de fermentation de la respiration anaérobie.
La glycolyse a été utilisée comme preuve indirecte de l'évolution. Les enzymes impliquées dans la glycolyse se trouvent dans le cytoplasme des cellules, la glycolyse n'a donc pas besoin d'un organite ou d'une membrane pour avoir lieu. Elle n'a pas non plus besoin d'oxygène pour se produire, car la respiration anaérobie a lieu en l'absence d'oxygène, en convertissant le pyruvate en lactate ou en éthanol. Cette étape est nécessaire pour ré-oxyder le NAD. En d'autres termes, il faut retirer le H+ du NADH pour que la glycolyse puisse se poursuivre.
Au tout début de la Terre, il n'y avait pas autant d'oxygène dans l'atmosphère qu'aujourd'hui, alors certains (ou peut-être tous) des premiers organismes ont utilisé des réactions qui ressemblent à la glycolyse pour gagner de l'énergie !
Glycolyse - Principaux enseignements
- La glycolyse consiste à diviser le glucose, une molécule à 6 carbones, en deux molécules de pyruvate à 3 carbones.
- La glycolyse se produit dans le cytoplasme de la cellule.
- L'équation globale de la glycolyse est la suivante :
- La glycolyse implique une série de réactions contrôlées par des enzymes. Celles-ci comprennent la phosphorylation du glucose, la division du glucose phosphorylé, l'oxydation du triose phosphate et la production d'ATP.
- Globalement, la glycolyse produit deux molécules d'ATP, deux molécules de NADH et deux ions H+.
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