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Pourquoi la réaction phosphoglycérate kinase de la voie de la glycolyse n'est-elle pas irréversible ?


L'étape 7 de la voie de la glycolyse est la conversion du 1,3-bisphosphoglycérate en 3-phosphoglycérate par l'action de l'enzyme phosphoglycérate kinase, entraînant la production de 2 molécules d'ATP (par glucose).

Cette réaction a une grande valeur négative de ΔG (-18,5 kJ/mol). Si les réactions ayant une grande valeur négative de G sont classées comme étant irréversibles, alors pourquoi l'étape 7 de la glycolyse est-elle réversible ?


Le changement d'énergie libre que vous citez pour la réaction directe de la phosphoglycérate kinase (PGK) est, bien sûr, le changement d'énergie gratuit standard (ΔG0') pour la réaction globale. Le changement d'énergie libre standard est défini pour tous les réactifs à une concentration de 1M. Notez que cette valeur inclut la formation d'ATP - l'énergie libre d'hydrolyse du 1,3-BPG serait beaucoup plus grande, et une partie de cette énergie est « captée » dans le produit ATP.

Le changement réel d'énergie libre pour la réaction PGK, G, différera de cette valeur en raison du fait que les concentrations réelles de réactifs sont très éloignées du 1M idéalisé. Vous pouvez trouver un tableau ici qui compare, pour chaque étape de la glycolyse, le changement d'énergie libre standard avec un vrai changement d'énergie libre, calculé sur la base des conditions cellulaires dans les érythrocytes (également illustré). Vous verrez que pour l'étape PGK, le changement d'énergie libre réel est de 0,09 kJ mol-1 plutôt que le -18,9 kJ mol-1 que vous citez dans votre question.

Vous pouvez également voir dans le tableau qu'il n'y a que deux réactions dans la voie glycolytique avec de grandes valeurs négatives pour ΔG : celles catalysées par la phosphofructokinase et par la pyruvate kinase. Ce sont bien sûr les deux étapes qui sont contournées dans la néoglucogenèse car elles sont essentiellement irréversibles.

Donc - votre raisonnement était correct, mais il était basé sur de mauvaises valeurs de ΔG.

ajouté beaucoup plus tard

Comme indiqué dans les commentaires, la 1ère étape de la glycolyse a également une grande valeur négative pour ΔG et est également contournée. Je ne sais pas comment j'ai oublié de l'inclure !


Vous devez regarder la réaction complète, y compris les cofacteurs. En général, vous pouvez conduire une réaction chimique dans des directions qui ne sont pas favorables en :

  • retirer les produits de l'environnement (s'ils sont gazeux par exemple ou réagissent davantage)
  • ayant un énorme excès de substrats (et rendant ainsi la réaction de retour moins susceptible de se produire)
  • et en couplant la réaction principale à une seconde, qui fournit l'énergie nécessaire pour que la réaction principale se produise

Si vous regardez la réaction du 1,3-BPG au 3-PG, cela ressemble à ce qui suit (image de Wikipedia):

La réaction de retour au 1,3-BPG a besoin d'ATP comme cofacteur, de sorte que l'enzyme ait le groupe phosphate nécessaire à ajouter. La lyse de la liaison phosphorescente diester de l'ATP à l'ADP fournit l'énergie nécessaire pour rendre la réaction possible.

Cette réaction est le point de contrôle soit pour générer de l'ATP (glycolyse), lorsqu'il y a peu d'ATP et beaucoup d'ADP, soit pour générer du glucose (gluconéogenèse) lorsqu'il y a beaucoup d'ATP et peu d'ADP. Cela a du sens lorsque l'on considère que l'ATP est une molécule plutôt instable avec ses liaisons diester à haute énergie, tandis que l'ADP est plus stable.


10 étapes du processus de glycolyse

La décomposition du glucose à six carbones en deux molécules du pyruvate à trois carbones s'effectue en 10 étapes, dont les 5 premières constituent la phase préparatoire et les 5 dernières de ces étapes sont appelées phase de profit ou phase de conservation d'énergie.


Glycolyse : la première voie métabolique à élucider

Le développement de la biochimie est allé de pair avec l'élucidation du métabolisme du glucose, en particulier la glycolyse, la première voie métabolique à avoir été élucidée.
Bien que l'élucidation de cette voie métabolique ait été élaborée dans les années 40 du siècle dernier, la découverte clé sur le métabolisme du glucose a été faite en 1897, tout à fait par accident, à la suite d'un problème survenu un an plus tôt, lorsqu'un chimiste allemand, M. Hahn , en essayant d'obtenir et de conserver des extraits de protéines acellulaires de levure, a rencontré des difficultés dans sa conservation. Un collègue, Hans Buchner, se souvenant d'une méthode de conservation des confitures, a suggéré d'ajouter du saccharose à l'extrait.
Edouard Büchner, frère de Hans, a mis l'idée de Hans en pratique et a observé que la solution produisait des bulles. Cela a incité Eduard à conclure qu'une fermentation se produisait, une découverte assez surprenante. En effet, la fermentation, selon l'affirmation de Pasteur en 1860, était inextricablement liée aux cellules vivantes, alors qu'il était maintenant démontré qu'elle pouvait aussi se produire en dehors d'elles. Bref, ces deux chercheurs réfuté le dogme vitaliste et a joué un rôle central dans le démarrage de la biochimie moderne.
Eduard Buchner a reçu le prix Nobel de chimie en 1907 pour cette recherche, et a été le premier de plusieurs chercheurs qui ont remporté le prix pour leurs découvertes concernant la voie glycolytique.
Il a été démontré plus tard, en travaillant avec des extraits musculaires, que de nombreuses réactions de la fermentation lactique étaient les mêmes que celles de la fermentation alcoolique, révélant ainsi l'unité sous-jacente de la biochimie.
Comme mentionné précédemment, la glycolyse a ensuite été pleinement élucidée dans la première moitié du siècle dernier en grande partie grâce aux travaux de chercheurs tels que Gerty et Carl Cori, Carl Neuberg, Arthur Harden, William Young, Jacob Parnas, Otto Warburg, Hans von Euler. Chelpin, Gustav Embden et Otto Meyerhof. En particulier, Warburg et von Euler-Chelpin ont élucidé toute la voie dans la levure, et Embden et Meyerhof dans le muscle dans les années 30.


Etape 2 : Isomérisation du Glucose-6-Phsphate en Fructose-6-Phosphate

  • Le glucose-6-phosphate est isomérisé en fructose-6-phosphate par phosphohexose isomérase.
  • Pour que la réaction ait lieu, elle a besoin de l'aide d'une isomérisation aldose-cétose à l'aide d'un catalyseur phosphohexose isomérase. Il provoque l'ouverture du cycle glucopyranose en une structure linéaire modifiant la structure du cycle furanose du fructose-6-phosphate.

VOIE DE LA GLYCOLYSE

Le transporteur de glucose-4 (GluT4) transporte le glucose du liquide extracellulaire vers les cellules musculaires et les adipocytes. Cette translocase est sous l'influence de l'insuline. Dans le diabète sucré, la carence en insuline entrave l'entrée du glucose dans les cellules périphériques. L'insuline ne stimule pas de manière significative le transport du glucose dans les tissus tels que le foie, le cerveau et les globules rouges. Dans de tels cas, GluT2 est le transporteur.

Principalement, la glycolyse se termine en une série de dix étapes au total. La conversion du glucose en pyruvate se déroule en gros en deux phases :

  1. Phase d'investissement énergétique
    1. Phase préparatoire
    2. Phase de division
    1. Phase d'oxydoréduction

    ÉTAPES DE LA GLYCOLYSE

    1.Phase d'investissement énergétique

    Il s'agit des quatre premières réactions de glycolyse au cours desquelles des intermédiaires (phosphorylés) se synthétisent aux dépens de l'ATP. Globalement, cette phase nécessite deux molécules d'ATP.

    1.1 Phase préparatoire

    Fondamentalement, il implique les 3 premières réactions du cycle glycolytique et nécessite deux molécules d'ATP.

    ÉTAPE 1 : Phosphorylation du glucose en glucose-6-phosphate (G6P)

    L'enzyme impliquée: hexokinase( dans tous les tissus) et glucokinase (dans le foie et le pancréas).

    Réaction: le glucose se phosphoryle en glucose-6-phosphate en présence d'hexokinase qui divise l'ATP en ADP. Finalement, la molécule d'ATP agit comme un donneur de phosphate dans cette réaction.

    Ppoints à retenir : L'hexokinase est inhibée allostériquement par son produit, le glucose 6-phosphate. Par conséquent, cette réaction est irréversible.

    ÉTAPE 2 : Isomérisation du G6P en fructose-6-phosphate (F6P)

    L'enzyme impliquée: phosphohexose isomérase ou vous pouvez dire phosphoglucose isomérase.

    Réaction: le glucose-6-phosphate s'isomérise en fructose-6-phosphate par la phosphohexose isomérase.

    Ppoints à retenir : cette réaction est facilement réversible.

    ÉTAPE 3: Phosphorylation du F6P en fructose-1,6-bisphosphate (F-1,6-bisP)

    L'enzyme impliquée: Phosphofructokinase (PFK).

    Réaction: le fructose-6-phosphate se phosphorylera davantage en fructose-1,6-bisphosphate. L'enzyme phosphofructokinase catalyse la deuxième étape de phosphorylation de la glycolyse en utilisant une deuxième molécule d'ATP.

    Ppoints à retenir : La PFK est une enzyme inductible, allostérique et régulatrice. Manifestement, c'est le le plus important point de contrôle et étape de glycolyse engagée. Encore une fois, la réaction est irréversible.

    étapes de glycolyse (phase préparatoire)

    1.2 Phase de division

    ÉTAPE 4: Clivage du fructose-1,6-bisphosphate (F-1,6-bisP) en triose phosphate

    L'enzyme impliquée: aldolase.

    Réaction: le fructose-1,6-bisphosphate (6C) se clive en glycéraldéhyde-3-phosphate (3C) et dihydroxyacétone phosphate (DHAP) (3C).

    Le glycéraldéhyde 3-phosphate et le phosphate de dihydroxyacétone sont interconvertis par l'enzyme phosphotriose isomérase.

    Ppoints à retenir : la réaction est réversible. Cette réaction s'est accomplie en deux étapes. Premièrement, le F-1,6-bisP se clive en deux triose phosphate. Après cela, la DHAP s'isomérise en glycéraldéhyde-3-phosphate. Ainsi, jusqu'à présent, nous obtenons deux molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate à partir d'une molécule de glucose aux dépens de 2 molécules d'ATP.

    étapes de glycolyse (phase de fractionnement)

    2. Phase de production d'énergie

    Les réactions restantes relèveront de cette phase dans laquelle un réseau de deux molécules d'ATP se formera par phosphorylation au niveau du substrat par molécule de glucose métabolisée.

    2.1 Phase d'oxydoréduction

    ÉTAPE 5 : Oxydation et phosphorylation du glycéraldéhyde-3-phosphate en (1,3-BPG)

    L'enzyme impliquée: glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase.

    Réaction: Le glycéraldéhyde-3-phosphate s'oxyde et se phosphoryle simultanément en 1,3-bisphosphoglycérate (1,3-BPG) à l'aide de NAD+.

    Ppoints à retenir : la réaction est réversible et le produit contient une liaison à haute énergie. Au cours de cette réaction, un aldéhyde (glycéraldéhyde 3phosphate) s'oxydera en un acide carboxylique avec la réduction du NAD+ en NADH.

    ÉTAPE 6 : Le 1,3-BPG se transforme en 3-phosphoglycérate (3PG)

    L'enzyme impliquée: phosphoglycérate kinase.

    Réaction:1,3-bisphosphoglycérate réagit avec l'ADP pour produire du 3-phosphoglycérate et de l'ATP.

    Ppoints à retenir : c'est un exemple de la phosphorylation au niveau du substrat. Pendant ce temps, deux molécules d'ATP se formeront à ce stade par molécule de glucose en cours de glycolyse.

    ÉTAPE 7 : Isomérisation du 3PG en 2-phosphoglycérate (2PG)

    L'enzyme impliquée: phosphoglycéromutase.

    Réaction: Le 3-phosphoglycérate s'isomérise en 2-phosphoglycérate.

    Ppoints à retenir : la réaction est réversible.

    ÉTAPE 8 : Déshydratation du 2PG en phosphoénol pyruvate (PEP)

    L'enzyme impliquée: énolase

    Réaction: la déshydratation du 2-phosphoglycérate entraîne la formation de phosphoénolpyruvate avec le élimination de la molécule d'eau. En conséquence, une liaison phosphate à haute énergie se formera.

    Ppoints à retenir : l'énolase nécessite Mg 2+ ou Mn 2+ et si nous éliminons les ions magnésium, le fluorure inhibera de manière irréversible cette enzyme. Ainsi, le fluorure arrêtera toute la glycolyse. Par conséquent, du fluorure est ajouté au sang lors du prélèvement sanguin pour l'estimation de la glycémie. Sinon, le glucose est métabolisé par les cellules sanguines, de sorte que des valeurs de sucre dans le sang plus faibles sont obtenues.

    ÉTAPE 9 : Déphosphorylation du PEP en pyruvate

    L'enzyme impliquée: pyruvate kinase.

    Réaction: cette réaction se termine en deux étapes. Premièrement, le PEP se transforme en intermédiaire pyruvate d'énol. Après cela, il s'isomérisera spontanément en céto pyruvate, la forme stable du pyruvate.

    Ppoints à retenir: la pyruvate kinase est une enzyme glycolytique clé et c'est la troisième réaction irréversible. C'est également un autre exemple de phosphorylation au niveau du substrat.

    ÉTAPE 10 : Réduction du pyruvate en lactate

    L'enzyme impliquée: lactate déshydrogénase.

    Réaction: en conditions anaérobies, le pyruvate se réduit en lactate.

    Ppoints à retenir: en conditions aérobies, le pyruvate entre dans le cycle de Krebs pour une oxydation complète.

    étapes de glycolyse (phase de génération d'énergie)


    Sommaire

    Le glycogène est la molécule de stockage du glucose que l'on trouve uniquement chez les animaux. Le métabolisme du glycogène chez les animaux comprend la glycogénèse, la glycogénolyse et la glycolyse.

    La glycogenèse est la synthèse de glycogène à partir de résidus de glucose. Voici le point important qu'il faut garder à l'esprit.

    • Tous les résidus de glucose dans le glycogène sont fournis par l'UDP-glucose qui est fabriqué pour le glucose-1-phosphate et l'UTP.
    • L'allongement de la chaîne est réalisé par l'enzyme glycogène synthase qui nécessite au départ une amorce.
    • L'amorce est faite sur la protéine de glycogénine qui forme le noyau des granules de glycogène.
    • Des ramifications sont présentes tous les 8 à 12 résidus introduits par une enzyme spéciale appelée enzyme de ramification.
    • L'énergie est fournie pour ce processus sous forme d'ATP et d'UTP.

    Le glycogène ainsi formé est décomposé pour libérer du glucose pendant le jeûne par le processus de glycogénolyse. Il s'agit de ce qui suit

    • Les résidus glucose sont éliminés de la chaîne linéaire par la glycogène phosphorylase sous forme de glucose-1-phosphate.
    • La décomposition commence à l'extrémité non réductrice de la chaîne.
    • Les branches sont éliminées par l'enzyme de déramification.
    • Les points de ramification sont éliminés sous forme de glucose-6-phosphate.
    • Le glucose-6-phosphate peut être converti en glucose et libéré dans le sang uniquement par les hépatocytes.
    • La dégradation a également lieu dans les lysosomes dans une certaine mesure.

    Une fois que les molécules de glucose sont libérées dans le sang, elles sont utilisées par les cellules pour obtenir de l'énergie. La glycolyse est le processus qui génère de l'énergie en décomposant les molécules de glucose en présence ou en l'absence d'oxygène. Voici quelques points importants concernant la glycolyse

    • Une molécule de glucose donne deux ATP et deux NADH2 molécules en fin de glycolyse.
    • Les cinq premières réactions sont la phase d'investissement énergétique tandis que les cinq suivantes sont la phase de production d'énergie.
    • Une molécule de glucose est décomposée en deux molécules de pyruvate.
    • Le traitement ultérieur du pyruvate dépend de la disponibilité de l'oxygène.

    Aperçu

    Le processus de glycolyse est divisé en deux phases. Premièrement, la phase préparatoire consiste en cinq réactions différentes. Au cours de cette phase, la molécule de glucose s'est convertie en phosphate de glycéraldéhyde 3 en passant par différentes réactions. Deux molécules d'ATP sont investies au cours de cette phase tandis que deux molécules d'ATP nouvellement synthétisées se retrouvent également à la fin de la phase préparatoire. Deuxièmement, la phase de paiement où les glycéraldéhydes 3 phosphate passent par cinq réactions biochimiques différentes et se transforment en pyruvate. La production d'ATP sous forme de molécules énergétiques est un aspect important de la phase de rentabilité. Chaque étape du processus est maintenant décrite comme suit

    1. Phosphorylation du glucose

    C'est la première étape de la phase préparatoire où le glucose est activé par l'implication de l'enzyme appelée hexokinase et converti en glucose 6 phosphate. Une molécule d'ATP est utilisée lors de cette étape en tant que donneur de phosphate. L'hexokinase nécessite Mg 2+ pour catalyser la réaction.

    2. Conversion du phosphate de glucose 6 en phosphate de fructose 6

    Le phosphohexose isomérise (Phosphogulco isomérase) catalyse la réaction en présence de Mg 2+ qui conduit à une isomérisation réversible des glucose 6 phosphates (aldose) en fructose 6 phosphate (cétos). Cette isomérisation joue un rôle important pour compléter la voie globale de la glycolyse. Le réarrangement des groupes carbonyle et hydroxyle en C1 et C2 est une étape cruciale pour faire avancer la voie.

    3. Phosphorylation du phosphate de fructose 6

    Cette étape utilise l'ATP comme donneur de phosphate et à l'aide de l'enzyme phosphofructokinase – 1 (PFK-1) (qui catalyse la réaction), un groupe phosphoryle est transféré au fructose 6 phosphate et produit du fructose 1,6 bis-phosphate . Il s'agit d'une réaction irréversible qui se produit au niveau cellulaire et elle est également considérée comme la première étape engagée vers la glycolyse, car le glucose 6 phosphate et le fructose 6 phosphate ont une autre implication différente tandis que le fructose 1, 6 bis-phosphate est ciblé uniquement pour la glycolyse.

    4. Clivage du fructose 1,6 bis-phosphate

    Ici, le fructose 1,6 bisphosphate est clivé et produit deux trioses phosphates différents tels que le phosphate de glycéraldéhyde 3 et le phosphate de dihydroxyacétone. La réaction de condensation d'aldol est réversible et catalysée par l'enzyme fructose 1,6 bis-phosphate aldolase (communément appelée aldolase).

    5. Interconversion des Triose phosphates

    Le phosphate de glycéraldéhyde 3, produit à l'étape précédente, passe par différentes réactions biochimiques de la voie. Tandis que le phosphate de dihydroxyacétone, d'autre part, est rapidement et réversiblement converti en phosphate de glycéraldéhyde 3 par l'implication de l'enzyme triose phosphate s'isomérise.

    6. Oxydation du phosphate de glycéraldéhyde 3 en 1,3, glycérate de bisphospho

    C'est la première étape de la phase de paiement. La réaction est catalysée par l'enzyme glycéraldéhyde 3 phosphate déshydrogénase. Avec le 1,3 bisphosphoglycérate, le NADH+ H+ est également produit au cours de cette phase. Le NADH est également une molécule énergétique.

    7. Transfert de phosphoryle forme 1,3 bisphosphoglycérate à ADP

    3 Le phosphoglycérate est produit dans cette étape par l'implication de l'enzyme phosphoglycérate kinase. L'enzyme transfère le groupe phosphoryle à haute énergie du groupe carbonyle du 1,3 bisphosphoglycérate à l'ADP. Elle conduit à la formation d'ATP.

    8. Conversion de 3 phosphoglycérates en 2 phosphoglycérates

    Dans cette étape, le groupe phosphoryle dans 3 phosphoglycérates est déplacé vers la position C-2 qui donne 2 phosphoglycérates. La réaction est catalysée par l'enzyme phosphoglycérate mutase qui nécessite l'ion Mg 2+ pour son activité.

    9. Déshydratation de 2 phosphoglycérates en phosphoénolpyruvate

    Le phosphoénol pyruvate est produit par 2 phosphoglycérates en raison de la libération de molécules d'eau. La réaction est catalysée par l'enzyme énolase.

    10. Transfert du groupe phosphoryle

    La pyruvate kinase catalyse la dernière réaction de glycolyse où le groupe phosphoryle est libéré du phosphoénolpyruvate et se joint à l'ADP et conduit à la production d'ATP.


    Glycolyse

    La glycolyse vient des mots grecs : Glycose=sucre ou sucré et Lyse= scission ou dissolution. C'est une voie dans toutes les cellules du corps. L'ensemble de la voie a été élucidé en 1940. Cette voie peut être appelée voie Embden-Meyerhof (voie E.M.) en l'honneur des 2 biochimistes qui ont apporté une contribution significative au processus de glycolyse.

    10. DÉPHOSPHORYLATION : Phosphoenol Pyruvate est converti en Pyruvate par l'élimination d'une molécule de Phosphate (Pi) qui est consommée par une seule molécule d'ADP pour fabriquer 1 molécule d'ATP. C'est aussi une PHOSPHORYLATION AU NIVEAU DU SUBSTRAT. La pyruvate kinase est l'enzyme impliquée. Les enzymes nécessitent des ions potassium et des ions magnésium ou des ions manganèse. La réaction est irréversible.

    DESTIN DU PYRUVATE :
    Le pyruvate généré en tant que produit final de la glycolyse subit une décarboxylation oxydative et forme donc de l'acétyl Co-A qui est utilisé dans le cycle de l'acide citrique pour synthétiser l'ATP.

    5. Effet Crabtree : Le processus d'inhibition de l'absorption d'oxygène par l'ajout de glucose aux cellules ayant une glycolyse aérobie élevée. C'est parce que lorsque le glucose est inséré dans un tissu ayant une glycolyse aérobie élevée, plus de glycolyse se produit, entraînant la génération de plus d'ATP. Ainsi, les besoins en oxygène pour générer de l'ATP à travers le cycle de l'acide citrique sont diminués et, par conséquent, la consommation d'oxygène est diminuée.


    Le glucose se convertit d'abord en glucose-6-phosphate par l'hexokinase ou la glucokinase, en utilisant l'ATP, avec l'ajout d'un groupe phosphate. La glucokinase est un sous-type d'hexokinase trouvé chez l'homme. La glucokinase a une affinité réduite pour le glucose et se trouve uniquement dans le pancréas et le foie, alors que l'hexokinase est présente dans toutes les cellules. Le glucose 6-phosphate est ensuite converti en fructose-6-phosphate, un isomère, par la phosphoglucose isomérase. La phosphofructose-kinase produit alors du fructose-1,6-bisphosphate, en utilisant une autre molécule d'ATP. Le dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et le glycéraldéhyde 3-phosphate sont ensuite créés à partir du fructose-1,6-bisphosphate par la fructose bisphosphate aldolase. La DHAP sera convertie en glycéraldéhyde-3-phosphate par la triosephosphate isomérase, où maintenant les deux molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate continueront de suivre la même voie. Le glycéraldéhyde-3-phosphate deviendra oxydé dans une réaction exergonique en 1,3-bisphosphoglycérate, avec la réduction d'une molécule NAD+ en NADH et H+. Le 1,3-bisphosphoglycérate se transformera alors en 3-phosphoglycérate à l'aide de la phosphoglycérate kinase, avec la production de la première molécule d'ATP à partir de la glycolyse. Le 3-phosphoglycérate va alors se transformer, à l'aide de la phosphoglycérate mutase, en 2-phosphoglycérate. L'énolase, avec la libération d'une molécule d'H2O, fabriquera du phosphoénolpyruvate (PEP) à partir du 2-phosphoglycérate. En raison de l'état instable du PEP, la pyruvate kinase facilitera sa perte d'un groupe phosphate pour créer le deuxième ATP dans la glycolyse. Ainsi, le PEP subira ensuite une conversion en pyruvate.[6][7][8]

    La glycolyse se produit dans le cytosol de la cellule. C'est une voie métabolique qui crée de l'ATP sans utiliser d'oxygène, mais peut également se produire en présence d'oxygène. Dans les cellules qui utilisent la respiration aérobie comme principale source d'énergie, le pyruvate formé à partir de la voie peut être utilisé dans le cycle de l'acide citrique et subir une phosphorylation oxydative pour subir une oxydation en dioxyde de carbone et en eau. Même si les cellules utilisent principalement la phosphorylation oxydative, la glycolyse peut servir de réserve d'énergie d'urgence ou servir d'étape de préparation avant la phosphorylation oxydative. Dans les tissus hautement oxydatifs, comme le cœur, la production de pyruvate est essentielle à la synthèse d'acétyl-CoA et de L-malate. Il sert de précurseur à de nombreuses molécules, telles que le lactate, l'alanine et l'oxaloacétate.[8]

    La glycolyse précède la fermentation lactique, le pyruvate fabriqué dans le premier procédé sert de condition préalable au lactate fabriqué dans le dernier procédé. La fermentation lactique est la principale source d'ATP dans les tissus animaux avec de faibles besoins métaboliques et peu ou pas de mitochondries. Dans les érythrocytes, la fermentation lactique est la seule source d'ATP, car ils manquent de mitochondries et les globules rouges matures ont peu de demande en ATP. Une autre partie du corps qui repose entièrement ou presque entièrement sur la glycolyse anaérobie est le cristallin de l'œil, qui est dépourvu de mitochondries, car leur présence entraînerait une diffusion de la lumière.[8]

    Bien que les muscles squelettiques préfèrent catalyser le glucose en dioxyde de carbone et en eau pendant un exercice intense où la quantité d'oxygène est insuffisante, les muscles subissent simultanément une glycolyse anaérobie ainsi qu'une phosphorylation oxydative.[8]

    La quantité de glucose disponible pour le processus régule la glycolyse, qui devient disponible principalement de deux manières : la régulation de la recapture du glucose ou la régulation de la dégradation du glycogène. Les transporteurs de glucose (GLUT) transportent le glucose de l'extérieur de la cellule vers l'intérieur. Les cellules qui contiennent de la GLUT peuvent augmenter le nombre de GLUT dans la membrane plasmique de la cellule à partir de la matrice intracellulaire, augmentant ainsi l'absorption de glucose et l'apport de glucose disponible pour la glycolyse. Il existe cinq types de GLUT. GLUT1 est présent dans les globules rouges, la barrière hémato-encéphalique et la barrière hémato-placentaire. GLUT2 se trouve dans le foie, les cellules bêta du pancréas, les reins et le tractus gastro-intestinal (GI). GLUT3 est présent dans les neurones. GLUT4 se trouve dans les adipocytes, le cœur et le muscle squelettique. GLUT5 transporte spécifiquement le fructose dans les cellules. Une autre forme de régulation est la dégradation du glycogène. Les cellules peuvent stocker du glucose supplémentaire sous forme de glycogène lorsque les niveaux de glucose sont élevés dans le plasma cellulaire. Inversement, lorsque les niveaux sont bas, le glycogène peut être reconverti en glucose. Deux enzymes contrôlent la dégradation du glycogène : la glycogène phosphorylase et la glycogène synthase. Les enzymes peuvent être régulées par des boucles de rétroaction du glucose ou du glucose 1-phosphate, ou par une régulation allostérique par des métabolites, ou par un contrôle de phosphorylation/déphosphorylation.[8]

    Régulateurs Allostériques et Oxygène

    Comme décrit précédemment, de nombreuses enzymes sont impliquées dans la voie glycolytique en convertissant un intermédiaire en un autre. Le contrôle de ces enzymes, telles que l'hexokinase, la phosphofructokinase, la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase et la pyruvate kinase, peut réguler la glycolyse. La quantité d'oxygène disponible peut également réguler la glycolyse. L' « effet Pasteur » décrit comment la disponibilité de l'oxygène diminue l'effet de la glycolyse, et une disponibilité réduite conduit à une accélération de la glycolyse, au moins initialement. Les mécanismes responsables de cet effet incluent l'implication de régulateurs allostériques de la glycolyse (enzymes telles que l'hexokinase). L'effet Pasteur semble se produire principalement dans les tissus à haute capacité mitochondriale, tels que les myocytes ou les hépatocytes, mais cet effet n'est pas universel dans les tissus oxydatifs, tels que les cellules pancréatiques.[8]

    Un autre mécanisme de contrôle des taux glycolytiques est le contrôle transcriptionnel des enzymes glycolytiques. La modification de la concentration des enzymes clés permet à la cellule de changer et de s'adapter aux modifications de l'état hormonal. Par exemple, l'augmentation des niveaux de glucose et d'insuline peut augmenter l'activité de l'hexokinase et de la pyruvate kinase, augmentant ainsi la production de pyruvate.[8]

    Le fructose 2,6-bisphosphate est un régulateur allostérique de PFK-1. Des niveaux élevés de fructose 2,6-bisphosphate augmentent l'activité de PFK-1. Sa production se fait par l'action de la phosphofructokinase-2 (PFK-2). PFK-2 possède à la fois une activité kinase et phosphorylase et peut transformer les phosphates de fructose 6 en fructose 2,6-bisphosphate et vice versa. L'insuline déphosphoryle PFK-2, ce qui active son activité kinase, ce qui augmente les niveaux de fructose 2,6-bisphosphate, qui ensuite active PFK-1. Le glucagon peut également phosphoryler PFK-2, ce qui active la phosphatase, qui transforme le fructose 2,6-bisphosphate en fructose 6-phosphate. Cette réaction diminue les niveaux de fructose 2,6-bisphosphate et diminue l'activité de PFK-1.[8]


    Étapes de la glycolyse

    La glycolyse est une voie extramitochondriale et est portée par un groupe de onze enzymes. Le glucose est converti en pyruvate en 10 étapes par glycolyse. La voie glycolytique peut être divisée en deux phases :

    Phase préparatoire :

    Cette phase est également appelée phase d'activation du glucose. Dans la phase préparatoire de la glycolyse, deux molécules d'ATP sont investies et la chaîne hexose est clivée en deux triose phosphates. Pendant ce temps, la phosphorylation du glucose et sa conversion en glycéraldéhyde-3-phosphate ont lieu. Les étapes 1, 2, 3, 4 et 5 constituent ensemble la phase préparatoire.

    Phase de paiement :

    Cette phase est également appelée phase d'extraction d'énergie. Au cours de cette phase, la conversion du glycéraldéhyde-3-phosphate en pyruvate et la formation couplée d'ATP ont lieu. Parce que le glucose est divisé pour donner deux molécules de D-glycéraldéhyde-3-phosphate, chaque étape de la phase de paiement se produit deux fois par molécule de glucose. Les étapes après 5 constituent la phase de paiement.

    Étapes de la glycolyse

    1. La première étape de la glycolyse est la conversion du D-glucose en glucose-6-phosphate. L'enzyme qui catalyse cette réaction est l'hexokinase.
    2. La deuxième réaction de la glycolyse est le réarrangement du glucose 6-phosphate (G6P) en fructose 6-phosphate (F6P) par la glucose phosphate isomérase (Phosphoglucose Isomerase).
    3. La phosphofructokinase, avec le magnésium comme cofacteur, transforme le fructose 6-phosphate en fructose 1,6-biphosphate.
    4. 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 (DHAP) et le glycéraldéhyde 3-phosphate (GAP).
    5. L'enzyme triophosphate isomérase intervertit rapidement les molécules dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et glycéraldéhyde 3-phosphate (GAP). Le phosphate de glycéraldéhyde est éliminé/utilisé dans l'étape suivante de la glycolyse.
    6. La glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH) se déshydrogéne et ajoute un phosphate inorganique au glycéraldéhyde 3-phosphate, produisant du 1,3-bisphosphoglycérate.
    7. La phosphoglycérate kinase transfère un groupe phosphate du 1,3-bisphosphoglycérate à l'ADP pour former l'ATP et le 3-phosphoglycérate.
    8. L'enzyme phosphoglycéro mutase déplace le P du 3-phosphoglycérate du 3e carbone au 2e carbone pour former le 2-phosphoglycérate.
    9. L'enzyme énolase élimine une molécule d'eau du 2-phosphoglycérate pour former de l'acide phosphoénolpyruvique (PEP).
    10. L'enzyme pyruvate kinase transfère un P du phosphoénolpyruvate (PEP) à l'ADP pour former l'acide pyruvique et l'ATP Résultat à l'étape 10.
    11. Bien que 2 molécules d'ATP soient utilisées aux étapes 1 à 3, 2 molécules d'ATP sont générées à l'étape 7 et 2 autres à l'étape 10. Cela donne un total de 4 molécules d'ATP produites. Si vous soustrayez les 2 molécules d'ATP utilisées aux étapes 1 à 3 des 4 générées à la fin de l'étape 10, vous obtenez un total net de 2 molécules d'ATP produites.