Glucolyse: phases et fonctions
La glycolyse ou glycolyse est le processus par lequel une molécule de glucose est décomposée en deux molécules de pyruvate. L'énergie est produite par la glycolyse, utilisée par l'organisme dans différents processus cellulaires.
La glycolyse est également connue sous le nom de cycle Embden-Meyerhof, en l'honneur de Gustav Embden et Otto Fritz Meyerhof, qui ont découvert cette procédure.
La glycolyse est générée dans les cellules, en particulier dans le cytosol situé dans le cytoplasme. C'est la procédure la plus répandue chez tous les êtres vivants, car elle est générée dans tous les types de cellules, eucaryotes et procaryotes.
Cela implique que les animaux, les plantes, les bactéries, les champignons, les algues et même les organismes protozoaires sont sensibles au processus de glycolyse.
La glycolyse a pour objectif principal de produire de l'énergie qui est ensuite utilisée dans d'autres processus cellulaires du corps.
La glycolyse correspond à l'étape initiale à partir de laquelle le processus de respiration cellulaire ou aérobie est généré, dans lequel la présence d'oxygène est nécessaire.
Dans les environnements dépourvus d'oxygène, la glycolyse joue également un rôle important car elle contribue au processus de fermentation.
Phases de la glycolyse
La glycolyse est générée à la suite de dix phases. Ces dix phases peuvent être expliquées de manière simplifiée, en déterminant deux grandes catégories: la première, dans laquelle il existe un besoin en énergie; et le second, dans lequel plus d’énergie est produite ou libérée.
Phase de besoin en énergie
Cela commence par une molécule de glucose obtenue à partir de sucre, qui contient la molécule de glucose et une molécule de fructose.
Une fois que la molécule de glucose est séparée, elle est liée à deux groupes phosphate, également appelés acides phosphoriques.
Ces acides phosphoriques proviennent de l'adénosine triphosphate (ATP), un élément considéré comme l'une des principales sources d'énergie nécessaires aux différentes activités et fonctions de la cellule.
Avec l'incorporation de ces groupes phosphate, la molécule de glucose est modifiée et prend un autre nom: fructose-1, 6-bisphosphate.
Les acides phosphoriques génèrent une situation instable dans cette nouvelle molécule, ce qui entraîne sa division en deux parties.
Il en résulte deux sucres différents, chacun avec des caractéristiques phosphatées et trois carbones.
Bien que ces deux sucres aient des bases égales, ils ont des caractéristiques qui les rendent différents l'un de l'autre.
Le premier s'appelle glyceraldehyde-3-phosphate et est celui qui ira directement à la phase suivante du processus de glycolyse.
Le deuxième sucre phosphate à trois carbones généré est appelé phosphate de dihydroxyacétone, connu sous l'acronyme DHAP. Il participe également aux étapes suivantes de la glycolyse une fois qu’il est devenu le même composant du premier sucre généré par le processus: le glycéraldéhyde-3-phosphate.
Cette transformation du dihydroxyacétone phosphate en glycéraldéhyde-3-phosphate est générée par une enzyme située dans le cytosol des cellules, appelée glycérol-3-phosphate déshydrogénase. Ce processus de conversion est connu sous le nom de "navette de phosphate de glycérol".
Ensuite, d’une manière générale, on peut dire que la première phase de la glycolyse est basée sur la modification d’une molécule de glucose dans deux molécules de triose phosphate. C'est le stade où l'oxydation ne se produit pas.
Cette étape consiste en cinq étapes appelées réactions et chacune d’elles est catalysée par une enzyme spécifique. Les 5 étapes de la phase préparatoire ou besoin en énergie sont les suivantes:
Premier pas
La première étape de la glycolyse est la conversion du glucose en glucose-6-phosphate. L'enzyme qui catalyse cette réaction est l'hexokinase. Ici, l'anneau de glucose est phosphorylé.
La phosphorylation consiste à ajouter un groupe phosphate à une molécule dérivée de l'ATP. En conséquence, 1 molécule d'ATP a été consommée à ce stade de la glycolyse.
La réaction se produit à l'aide de l'enzyme hexokinase, une enzyme qui catalyse la phosphorylation de nombreuses structures du glucose en forme de cycle à six éléments.
Le magnésium atomique (Mg) intervient également pour aider à protéger les charges négatives des groupes phosphates de la molécule d'ATP.
Le résultat de cette phosphorylation est une molécule appelée glucose-6-phosphate (G6P), ainsi appelée parce que le carbone 6 du glucose acquiert le groupe phosphate.
Deuxième pas
La deuxième étape de la glycolyse comprend la transformation du glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate (F6P). Cette réaction se produit à l'aide de l'enzyme phosphoglucose isomérase.
Comme le nom de l'enzyme l'indique, cette réaction entraîne un effet d'isomérisation.
La réaction implique la transformation de la liaison carbone-oxygène pour modifier le cycle à six chaînons dans un cycle à cinq chaînons.
La réorganisation a lieu lorsque le cycle à six chaînons est ouvert, puis fermé, de sorte que le premier atome de carbone devienne maintenant extérieur au cycle.
Troisième étape
Dans la troisième étape de la glycolyse, le fructose-6-phosphate est converti en fructose-1, 6-biphosphate (FBP).
Semblable à la réaction qui se produit dans la première étape de la glycolyse, une deuxième molécule d’ATP fournit le groupe phosphate qui est ajouté à la molécule de fructose-6-phosphate.
L'enzyme qui catalyse cette réaction est la phosphofructokinase. Comme à l'étape 1, un atome de magnésium est impliqué pour aider à protéger les charges négatives.
Quatrième étape
L'enzyme aldolase divise le fructose 1, 6-bisphosphate en deux sucres qui sont des isomères l'un de l'autre. Ces deux sucres sont le dihydroxyacétone phosphate et le glycéraldéhyde triphosphate.
Cette étape utilise l'enzyme aldolase, qui catalyse le clivage du fructose-1, 6-biphosphate (FBP) pour produire deux molécules de 3 carbones. L'une de ces molécules est appelée glycéraldéhyde triphosphate et l'autre est appelée phosphate de dihydroxyacétone.
Cinquième étape
L'enzyme triphosphate isomérase interpénètre rapidement les molécules phosphate de dihydroxyacétone et glycéraldéhyde triphosphate. Le phosphate de glycéraldéhyde est éliminé et / ou utilisé dans la prochaine étape de la glycolyse.
Le glyceraldehyde triphosphate est la seule molécule qui continue dans la voie glycolytique. En conséquence, toutes les molécules de phosphate de dihydroxyacétone produites sont suivies de l'enzyme triphosphate isomérase, qui réarrange le phosphate de dihydroxyacétone dans le glycéraldéhyde triphosphate afin qu'il puisse continuer dans la glycolyse.
À ce stade de la voie glycolytique, il existe deux molécules de trois atomes de carbone, mais le glucose n'a pas encore été complètement converti en pyruvate.
Phase de libération d'énergie
Les deux molécules de sucre à trois carbones générées à partir de la première étape vont maintenant subir une autre série de transformations. Le processus décrit ci-dessous sera généré deux fois pour chaque molécule de sucre.
En premier lieu, l'une des molécules se débarrassera de deux électrons et de deux protons et, à la suite de cette libération, un phosphate supplémentaire sera ajouté à la molécule de sucre. Le composant résultant est appelé 1, 3-biphosphoglycerate.
Ensuite, le 1, 3-biphosphoglycérate élimine l'un des groupes phosphate, qui finit par devenir une molécule d'ATP.
À ce stade, l'énergie est libérée. La molécule résultant de cette libération de phosphate est appelée 3-phosphoglycérate.
Le 3-phosphoglycérate devient un autre élément égal, mais avec certaines caractéristiques en termes de structure moléculaire. Ce nouvel élément est le 2-phosphoglycérate.
Dans l'avant-dernière étape du processus de glycolyse, le 2-phosphoglycérate est transformé en phosphoénolpyruvate à la suite de la perte d'une molécule d'eau.
Enfin, le phosphoénolpyruvate élimine un autre groupe phosphate, procédure qui implique également la création d’une molécule d’ATP et, par conséquent, la libération d’énergie.
Sans phosphate, le phosphoénolpyruvate aboutit à la fin du processus à une molécule de pyruvate.
À la fin de la glycolyse, deux molécules de pyruvate sont générées, quatre d’ATP et deux de nicotinamide adénine dinucléotide hydrogène (NADH), élément de ce dernier qui favorise également la création de molécules d’ATP dans le corps.
Comme nous l’avons vu, c’est dans la deuxième moitié de la glycolyse que se produisent les cinq réactions restantes. Cette étape est également appelée oxydante.
De plus, une enzyme spécifique intervient à chaque étape et les réactions de cette étape se produisent deux fois pour chaque molécule de glucose. Les 5 étapes de la phase de bénéfices ou de libération d’énergie sont les suivantes:
Premier pas
Dans cette étape, deux événements principaux se produisent, l'un d'entre eux étant que le glycéraldéhyde triphosphate est oxydé par le coenzyme nicotinamide adénine dinucléotide (NAD); et d'autre part, la molécule est phosphorylée par l'addition d'un groupe phosphate libre.
L'enzyme qui catalyse cette réaction est la glycéraldéhyde triphosphate déshydrogénase.
Cette enzyme contient des structures appropriées et maintient la molécule dans une position telle qu'elle permet à la molécule nicotinamide adénine dinucléotide d'extraire un hydrogène du glycéraldéhyde triphosphate, en convertissant le NAD en NAD déshydrogénase (NADH).
Le groupe phosphate attaque ensuite la molécule de glycéraldéhyde triphosphate et la libère de l'enzyme pour produire le 1, 3-bisphosphoglyrate, le NADH et un atome d'hydrogène.
Deuxième pas
À ce stade, le 1, 3-bisphoglycérate est converti en triphosphoglycérate par l'enzyme phosphoglycérate kinase.
Cette réaction implique la perte d'un groupe phosphate du produit de départ. Le phosphate est transféré dans une molécule d'adénosine diphosphate qui produit la première molécule d'ATP.
Puisqu'il existe en réalité deux molécules de 1, 3-bisphosphite (puisqu'il y avait deux produits à 3 carbones du stade 1 de la glycolyse), deux molécules d'ATP sont en réalité synthétisées dans cette étape.
Avec cette synthèse d'ATP, les deux premières molécules d'ATP utilisées sont annulées, ce qui entraîne un réseau de molécules d'ATP à 0 à ce stade de la glycolyse.
De nouveau, il est observé qu'un atome de magnésium est impliqué pour protéger les charges négatives dans les groupes phosphate de la molécule d'ATP.
Troisième étape
Cette étape implique un simple réarrangement de la position du groupe phosphate dans la molécule de 3-phosphoglycérate, qui le convertit en 2-phosphoglycérate.
La molécule impliquée dans la catalyse de cette réaction s'appelle phosphoglycerate mutase (PGM). Une mutase est une enzyme qui catalyse le transfert d'un groupe fonctionnel d'une position dans une molécule à une autre.
Le mécanisme réactionnel procède en ajoutant tout d'abord un groupe phosphate supplémentaire à la position 2 'du phosphoglycérate 3. Ensuite, l'enzyme élimine le phosphate de la position 3 ', ne laissant que le phosphate 2', donnant ainsi 2 phosphoglycérates. De cette manière, l'enzyme est également restaurée dans son état phosphorylé d'origine.
Quatrième étape
Cette étape implique la conversion de 2 phosphoglycérates en phosphoénolpyruvate (PEP). La réaction est catalysée par l'enzyme énolase.
L'énolase agit en éliminant un groupe d'eau ou en déshydratant le 2 phosphoglycérate. La spécificité de la poche de l'enzyme permet aux électrons du substrat de se réorganiser de telle sorte que la liaison phosphate restante devienne très instable, préparant ainsi le substrat à la réaction suivante.
Cinquième étape
La dernière étape de la glycolyse convertit le phosphoénolpyruvate en pyruvate à l'aide de l'enzyme pyruvate kinase.
Comme le nom de l'enzyme le suggère, cette réaction implique le transfert d'un groupe phosphate. Le groupe phosphate lié au carbone 2 'du phosphoénolpyruvate est transféré à une molécule d'adénosine diphosphate, produisant de l'ATP.
De nouveau, comme il existe deux molécules de phosphoénolpyruvate, ici, en fait, deux molécules d’adénosine triphosphate ou d’ATP sont générées.
Fonctions de la glycolyse
Le processus de glycolyse est d’une importance vitale pour tous les organismes vivants, car il représente la procédure par laquelle l’énergie cellulaire est générée.
Cette génération d'énergie favorise les processus respiratoires des cellules et également le processus de fermentation.
Le glucose qui pénètre dans l'organisme par la consommation de sucres a une composition complexe.
Grâce à la glycolyse, il est possible de simplifier cette composition et de la transformer en un composé dont le corps peut tirer parti pour générer de l’énergie.
Au cours du processus de glycolyse, quatre molécules d’ATP sont générées. Ces molécules d’ATP sont le principal moyen par lequel l’organisme obtient l’énergie et favorise la création de nouvelles cellules; Par conséquent, la génération de ces molécules est fondamentale pour l'organisme.
Protection neurale
Des études ont montré que la glycolyse joue un rôle important dans le comportement des neurones.
Des chercheurs de l'Université de Salamanque, de l'Institut des neurosciences de Castille-León et de l'Hôpital universitaire de Salamanque ont déterminé que l'augmentation de la glycolyse dans les neurones impliquait une mort plus rapide de ceux-ci.
Ceci est une conséquence des neurones souffrant de ce qu'ils ont appelé le stress oxydatif. Ensuite, à une glycolyse inférieure, un pouvoir antioxydant accru sur les neurones et une plus grande possibilité de survie.
Les implications de cette découverte peuvent avoir une influence positive sur les études de maladies caractérisées par une dégénérescence neuronale, telles que les maladies d'Alzheimer ou de Parkinson.
