Résumé du chapitre
7.1 Énergie dans les systèmes vivants
L’ATP sert de monnaie d’énergie pour les cellules. Elle permet à la cellule d’emmagasiner brièvement l’énergie et de la transporter à l’intérieur de la cellule pour soutenir les réactions chimiques endergoniques. La structure de l’ATP est celle d’un nucléotide à ARN auquel sont attachés trois phosphates. Comme l’ATP est utilisé pour l’énergie, un ou deux groupements phosphatés sont détachés, et l’ADP ou l’AMP sont produits. L’énergie dérivée du catabolisme du glucose est utilisée pour convertir l’ADP en ATP. Lorsque l’ATP est utilisé dans une réaction, le troisième phosphate est temporairement attaché à un substrat dans le cadre d’un processus appelé phosphorylation. Les deux processus de régénération de l’ATP utilisés conjointement avec le catabolisme du glucose sont la phosphorylation au niveau du substrat et la phosphorylation oxydative par chimiosmose.
7.2 Glycolyse
La glycolyse est la première voie du cytoplasme utilisée dans la dégradation du glucose pour extraire l’énergie. Il s’agit probablement de l’une des premières voies métaboliques à évoluer et il est utilisé par presque tous les organismes sur Terre. La glycolyse se compose de deux parties : la première partie prépare le cycle à six carbones du glucose pour le clivage en deux sucres tricarbonés. L’ATP est investie dans le processus au cours de cette moitié afin de dynamiser la séparation. La deuxième moitié de la glycolyse extrait l’ATP et les électrons de haute énergie des atomes d’hydrogène et les fixe au NAD+. Deux molécules d’ATP sont investies dans la première moitié et quatre molécules d’ATP sont formées par phosphorylation du substrat au cours de la seconde moitié. Cela produit un gain net de deux molécules d’ATP et de deux molécules de NADH pour la cellule.
7.3 Oxydation du pyruvate et cycle de l’acide citrique
En présence d’oxygène, le pyruvate est transformé en un groupement acétyle attaché à une molécule porteuse de la coenzyme A. L’acétyl-coenzyme A qui en résulte peut entrer dans plusieurs voies, mais le plus souvent, le groupement acétyle est administré au cycle de l’acide citrique pour un catabolisme plus poussé. Lors de la conversion du pyruvate en groupement acétyle, une molécule de dioxyde de carbone et deux électrons de haute énergie sont éliminés. Le dioxyde de carbone est responsable de deux (conversion de deux molécules de pyruvate) des six carbones de la molécule de glucose originale. Les électrons sont captés par NAD+, et le NADH transporte les électrons vers une voie ultérieure pour la production de l’ATP. À ce stade, la molécule de glucose qui est entrée dans la respiration cellulaire a été complètement oxydée. L’énergie chimique potentielle stockée dans la molécule de glucose a été transférée aux vecteurs d’électrons ou a été utilisée pour synthétiser quelques ATP.
Le cycle de l’acide citrique est une série de réactions d’oxydoréduction et de décarboxylation qui élimine les électrons de haute énergie et le dioxyde de carbone. Les électrons, stockés temporairement dans des molécules de NADH et de FADH2, sont utilisés pour produire de l’ATP dans une voie subséquente. Une molécule de GTP ou d’ATP est produite par phosphorylation au niveau du substrat à chaque tour du cycle. Il n’y a pas de comparaison entre la voie cyclique et la voie linéaire.
7.4 Phosphorylation oxydative
La chaîne de transport des électrons est la partie de la respiration aérobie qui utilise l’oxygène libre comme accepteur final des électrons retirés des composés intermédiaires dans le catabolisme du glucose. La chaîne de transport des électrons est composée de quatre grands complexes multiprotéiques intégrés dans la membrane mitochondriale interne et de deux petits transporteurs d’électrons diffusibles qui transportent des électrons entre eux. Les électrons passent par une série de réactions d’oxydoréduction, avec une petite quantité d’énergie libre utilisée en trois points pour transporter les ions hydrogène à travers une membrane. Ce processus contribue au gradient utilisé dans la chimiosmose. Les électrons qui traversent la chaîne de transport des électrons perdent graduellement de l’énergie. Les électrons de haute énergie donnés à la chaîne par le NADH ou le FADH2 complètent la chaîne, car les électrons de faible énergie réduisent les molécules d’oxygène et forment de l’eau. Le niveau d’énergie libre des électrons passe d’environ 60 kcal/mol dans le NADH ou 45 kcal/mol dans le FADH2 à environ 0 kcal/mol dans l’eau. Les produits finaux de la chaîne de transport des électrons sont l’eau et l’ATP. Un certain nombre de composés intermédiaires du cycle de l’acide citrique peuvent être détournés vers l’anabolisme d’autres molécules biochimiques, comme les acides aminés non essentiels, les sucres et les lipides. Ces mêmes molécules peuvent servir de sources d’énergie pour les voies du glucose.
7.5 Métabolisme sans oxygène
Si le NADH ne peut pas être oxydé par respiration aérobie, un autre accepteur d’électrons est utilisé. La plupart des organismes utilisent une forme quelconque de fermentation pour réaliser la régénération du NAD+, assurant ainsi la poursuite de la glycolyse. La régénération du NAD+ en fermentation n’est pas accompagnée d’une production d’ATP ; par conséquent, le potentiel du NADH de produire de l’ATP à l’aide d’une chaîne de transport des électrons n’est pas utilisé.
7.6 Liens entre les voies métaboliques des glucides, des protéines et des lipides
La dégradation et la synthèse des glucides, des protéines et des lipides sont reliées aux voies du catabolisme du glucose. Les sucres simples sont le galactose, le fructose, le glycogène et le pentose. Ceux-ci sont catabolisés pendant la glycolyse. Les acides aminés des protéines sont reliés au catabolisme du glucose par le pyruvate, l’acétyl-coenzyme A et les composantes du cycle de l’acide citrique. La synthèse du cholestérol commence par les groupements acétyles, et les composants des triglycérides proviennent du glycérol-3-phosphate issu de la glycolyse et des groupements acétyle produits dans les mitochondries à partir du pyruvate.
7.7 Régulation de la respiration cellulaire
La respiration cellulaire est contrôlée par divers moyens. L’entrée du glucose dans une cellule est contrôlée par les protéines de transport qui facilitent le passage du glucose à travers la membrane cellulaire. La plupart du contrôle des processus respiratoires se fait par le contrôle d’enzymes spécifiques dans les voies. Il s’agit d’un type de mécanisme de rétroaction négative qui éteint les enzymes. Les enzymes réagissent le plus souvent aux niveaux des nucléosides disponibles ATP, ADP, AMP, NAD+ et FAD+. D’autres intermédiaires de la voie affectent également certaines enzymes dans les systèmes.
