4.2 : Glycolyse
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Même les réactions exergoniques libérant de l'énergie nécessitent une petite quantité d'énergie d'activation pour se produire. Cependant, considérez les réactions endergoniques, qui nécessitent un apport énergétique beaucoup plus important car leurs produits contiennent plus d'énergie libre que leurs réactifs. À l'intérieur de la cellule, d'où vient l'énergie nécessaire à de telles réactions ? La réponse se trouve dans une molécule fournissant de l'énergie appelée adénosine triphosphate, ou ATP. L'ATP est une petite molécule relativement simple, mais ses liaisons contiennent le potentiel d'une explosion d'énergie rapide qui peut être exploitée pour effectuer le travail cellulaire. Cette molécule peut être considérée comme la principale monnaie énergétique des cellules, de la même manière que l'argent est la monnaie que les gens échangent contre les choses dont ils ont besoin. L'ATP est utilisé pour alimenter la majorité des réactions cellulaires nécessitant de l'énergie.
L'ATP dans les systèmes vivants
Une cellule vivante ne peut pas stocker des quantités importantes d'énergie libre. Un excès d'énergie libre provoquerait une augmentation de la chaleur dans la cellule, ce qui dénaturerait les enzymes et autres protéines et détruirait ainsi la cellule. Au contraire, une cellule doit être capable de stocker de l'énergie en toute sécurité et de la libérer pour une utilisation uniquement en cas de besoin. Les cellules vivantes y parviennent en utilisant l'ATP, qui peut être utilisé pour répondre à tous les besoins énergétiques de la cellule. Comment ? Il fonctionne comme une batterie rechargeable.
Lorsque l'ATP est décomposé, généralement par l'élimination de son groupe phosphate terminal, de l'énergie est libérée. Cette énergie est utilisée pour faire du travail par la cellule, généralement en liant le phosphate libéré à une autre molécule, l'activant ainsi. Par exemple, lors du travail mécanique de la contraction musculaire, l'ATP fournit de l'énergie pour déplacer les protéines musculaires contractiles.
Structure et fonction de l'ATP
Au cœur de l'ATP se trouve une molécule d'adénosine monophosphate (AMP), composée d'une molécule d'adénine liée à la fois à une molécule de ribose et à un seul groupe phosphate (Figure\(\PageIndex{1}\)). Le ribose est un sucre à cinq carbones présent dans l'ARN et l'AMP est l'un des nucléotides de l'ARN. L'ajout d'un deuxième groupe phosphate à cette molécule principale produit l'adénosine diphosphate (ADP) ; l'ajout d'un troisième groupe phosphate forme l'adénosine tri phosphate (ATP).
L'ajout d'un groupe phosphate à une molécule nécessite une grande quantité d'énergie et crée une liaison à haute énergie. Les groupes phosphates sont chargés négativement et se repoussent donc les uns les autres lorsqu'ils sont disposés en série, comme c'est le cas dans l'ADP et l'ATP. Cette répulsion rend les molécules d'ADP et d'ATP intrinsèquement instables. La libération d'un ou deux groupes phosphates par l'ATP, un processus appelé hydrolyse, libère de l'énergie.
Glycolyse
Vous avez lu que presque toute l'énergie consommée par les êtres vivants leur parvient par les liaisons du sucre, du glucose. La glycolyse est la première étape de la dégradation du glucose pour extraire de l'énergie nécessaire au métabolisme cellulaire. De nombreux organismes vivants effectuent la glycolyse dans le cadre de leur métabolisme. La glycolyse a lieu dans le cytoplasme de la plupart des cellules procaryotes et de toutes les cellules eucaryotes.
La glycolyse commence par la structure annulaire à six carbones d'une seule molécule de glucose et se termine par deux molécules d'un sucre à trois carbones appelé pyruvate. La glycolyse se compose de deux phases distinctes. Dans la première partie de la voie de glycolyse, l'énergie est utilisée pour effectuer des ajustements afin que la molécule de sucre à six carbones puisse être divisée uniformément en deux molécules de pyruvate à trois carbones. Dans la deuxième partie de la glycolyse, de l'ATP et du nicotinamide-adénine dinucléotide (NADH) sont produits (Figure\(\PageIndex{2}\)).
Si la cellule ne peut pas cataboliser davantage les molécules de pyruvate, elle ne récoltera que deux molécules d'ATP d'une molécule de glucose. Par exemple, les globules rouges de mammifères matures ne sont capables que de glycolyse, qui est leur seule source d'ATP. Si la glycolyse est interrompue, ces cellules finiront par mourir.
Résumé
L'ATP fonctionne comme la monnaie énergétique des cellules. Il permet aux cellules de stocker brièvement de l'énergie et de la transporter en elles-mêmes pour favoriser les réactions chimiques endergoniques. La structure de l'ATP est celle d'un nucléotide d'ARN auquel sont attachés trois groupes phosphates. Comme l'ATP est utilisé pour produire de l'énergie, un groupe phosphate est détaché et de l'ADP est produit. L'énergie dérivée du catabolisme du glucose est utilisée pour recharger l'ADP en ATP.
La glycolyse est la première voie utilisée pour dégrader le glucose afin d'extraire de l'énergie. Comme il est utilisé par presque tous les organismes de la planète, il doit avoir évolué très tôt dans l'histoire de la vie. La glycolyse se compose de deux parties : La première partie prépare le cycle à six carbones du glucose pour la séparation en deux sucres à trois carbones. L'énergie de l'ATP est investie dans la molécule au cours de cette étape pour dynamiser la séparation. La seconde moitié de la glycolyse extrait l'ATP et les électrons de haute énergie des atomes d'hydrogène et les attache au NAD +. Deux molécules d'ATP sont investies dans la première moitié et quatre molécules d'ATP se forment au cours de la seconde moitié. Cela produit un gain net de deux molécules d'ATP par molécule de glucose pour la cellule.
Lexique
- ATP
- (également, l'adénosine triphosphate) la monnaie énergétique de la cellule
- glycolyse
- le processus de décomposition du glucose en deux molécules à trois carbones avec la production d'ATP et de NADH