GLYCOLYSE AÉROBIE: RÉACTIONS GLYCOLYTIQUES ET INTERMÉDIAIRES - LA BIOLOGIE - 2025

La glycolyse aérobie ou aérobie définie comme l'utilisation d'un excès de glucose n'est pas transformée par phosphorylation oxydative à la formation de produits «fermentatifs», même dans des conditions de fortes concentrations en oxygène et malgré la baisse du rendement énergétique.

Il survient généralement dans les tissus à taux de prolifération élevé, dont la consommation de glucose et d'oxygène est élevée. Des exemples en sont les cellules tumorales cancéreuses, certaines cellules parasites dans le sang des mammifères et même des cellules dans certaines zones du cerveau des mammifères.

Voie glycolytique (Source:] via Wikimedia Commons)

L'énergie extraite par le catabolisme du glucose est conservée sous forme d'ATP et de NADH, qui sont utilisés en aval dans diverses voies métaboliques.

Lors de la glycolyse aérobie, le pyruvate est dirigé vers le cycle de Krebs et la chaîne de transport d'électrons, mais il est également traité par la voie de fermentation pour la régénération du NAD + sans production supplémentaire d'ATP, qui se termine par la formation de lactate.

La glycolyse aérobie ou anaérobie se produit principalement dans le cytosol, à l'exception d'organismes tels que les trypanosomatides, qui possèdent des organites glycolytiques spécialisées appelées glycosomes.

La glycolyse est l'une des voies métaboliques les plus connues. Il a été entièrement formulé dans les années 1930 par Gustav Embden et Otto Meyerhof, qui ont étudié la voie dans les cellules musculaires squelettiques. Cependant, la glycolyse aérobie est connue sous le nom d'effet Warburg depuis 1924.

Réactions

Le catabolisme aérobie du glucose se produit en dix étapes catalysées par voie enzymatique. De nombreux auteurs considèrent que ces étapes se décomposent en une phase d'investissement énergétique, qui vise à augmenter le contenu d'énergie libre dans les intermédiaires, et une autre de remplacement et de gain d'énergie sous forme d'ATP.

Phase d'investissement énergétique

1-Phosphorylation du glucose en glucose 6-phosphate catalysée par l'hexokinase (HK). Dans cette réaction, une molécule d'ATP est inversée pour chaque molécule de glucose, qui agit comme un donneur de groupe phosphate. Il donne du glucose 6-phosphate (G6P) et de l'ADP, et la réaction est irréversible.

L'enzyme nécessite nécessairement la formation d'un Mg-ATP2- complet pour son fonctionnement, c'est pourquoi elle nécessite des ions magnésium.

2-Isomérisation de G6P en fructose 6-phosphate (F6P). Il n'implique pas de dépense énergétique et est une réaction réversible catalysée par la phosphoglucose isomérase (PGI).

3-Phosphorylation de F6P en fructose 1,6-bisphosphate catalysée par la phosphofructokinase-1 (PFK-1). Une molécule d'ATP est utilisée comme donneur de groupe phosphate et les produits de réaction sont F1,6-BP et ADP. Grâce à sa valeur de ∆G, cette réaction est irréversible (tout comme la réaction 1).

4-Décomposition catalytique de F1,6-BP en dihydroxyacétone phosphate (DHAP), une cétose, et glycéraldéhyde 3-phosphate (GAP), un aldose. L'enzyme aldolase est responsable de cette condensation aldolique réversible.

La 5-triose phosphate isomérase (TIM) est responsable de l'interconversion du triose phosphate: DHAP et GAP, sans apport d'énergie supplémentaire.

Phase de récupération d'énergie

Le 1-GAP est oxydé par la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase (GAPDH), qui catalyse le transfert d'un groupe phosphate en GAP pour former du 1,3-bisphosphoglycérate. Dans cette réaction, deux molécules de NAD + sont réduites par molécule de glucose, et deux molécules de phosphate inorganique sont utilisées.

Chaque NADH produit passe dans la chaîne de transport d'électrons et 6 molécules d'ATP sont synthétisées par phosphorylation oxydative.

La 2-phosphoglycérate kinase (PGK) transfère un groupe phosphoryle du 1,3-bisphosphoglycérate à l'ADP, formant deux molécules d'ATP et deux molécules de 3-phosphoglycérate (3PG). Ce processus est connu sous le nom de phosphorylation au niveau du substrat.

Les deux molécules d'ATP consommées dans les réactions de HK et PFK sont remplacées par PGK à cette étape de la voie.

Le 3-3PG est converti en 2PG par la phosphoglycérate mutase (PGM), qui catalyse le déplacement du groupe phosphoryle entre les atomes de carbone 3 et 2 du glycérate en deux étapes réversibles. L'ion magnésium est également requis par cette enzyme.

4-Une réaction de déshydratation catalysée par l'énolase convertit le 2PG en phosphoénolpyruvate (PEP) dans une réaction qui ne nécessite pas d'investissement énergétique, mais génère un composé avec un plus grand potentiel énergétique pour le transfert du groupe phosphate plus tard.

5-Enfin, la pyruvate kinase (PYK) catalyse le transfert du groupement phosphoryle du PEP vers une molécule d'ADP, avec la production concomitante de pyruvate. Deux molécules d'ADP sont utilisées par molécule de glucose et 2 molécules d'ATP sont générées. PYK utilise des ions potassium et magnésium.

Ainsi, le rendement énergétique total de la glycolyse est de 2 molécules d'ATP pour chaque molécule de glucose qui entre dans la voie. En conditions aérobies, la dégradation complète du glucose passe par l'obtention de 30 à 32 molécules d'ATP.

Devenir des intermédiaires glycolytiques

Après la glycolyse, le pyruvate subit une décarboxylation, produisant du CO2 et donnant le groupe acétyle à l'acétyl coenzyme A, qui est également oxydé en CO2 dans le cycle de Krebs.

Les électrons libérés au cours de cette oxydation sont transportés vers l'oxygène par des réactions en chaîne respiratoire mitochondriale, qui entraînent finalement la synthèse d'ATP dans cet organite.

Lors de la glycolyse aérobie, l'excès de pyruvate produit est traité par l'enzyme lactate déshydrogénase, qui forme le lactate et régénère une partie du NAD + consommé par étapes de glycolyse, mais sans formation de nouvelles molécules d'ATP.

Mécanisme de la lactate déshydrogénase (Source: Jazzlw via Wikimedia Commons)

En outre, le pyruvate peut être utilisé dans des processus anabolisants conduisant à la formation de l'acide aminé alanine, par exemple, ou il peut également agir comme un squelette pour la synthèse d'acides gras.

Comme le pyruvate, le produit final de la glycolyse, de nombreux intermédiaires de réaction remplissent d'autres fonctions dans les voies cataboliques ou anaboliques importantes pour la cellule.

Tel est le cas du glucose 6-phosphate et de la voie pentose phosphate, où les intermédiaires ribose présents dans les acides nucléiques sont obtenus.

Références

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