Fiche de révision : Glycolyse et devenir de ses produits

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale de la glycolyse
2. Bilan énergétique et réaction globale
3. Phosphorylation initiale du glucose
4. Isomérisation et engagement glycolytique
5. Clivage en trioses phosphates
6. Oxydation et première production d’ATP
7. Shunt érythrocytaire du 2,3-BPG
8. Formation du phosphoénolpyruvate
9. Formation du pyruvate et régulation
10. Devenir aérobie et anaérobie

📖 1. Organisation générale de la glycolyse

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycolyse : Voie métabolique cytoplasmique très conservée qui dégrade un glucose à 6 carbones en deux pyruvates à 3 carbones au terme de 10 étapes.

★ À maîtriser

📌 La glycolyse est une voie amphibolique car elle participe au catabolisme par dégradation du glucose et à l’anabolisme par production d’intermédiaires utilisables pour synthétiser d’autres molécules.

Compléments

• La glycolyse se déroule dans le cytoplasme et utilise le NAD+ comme coenzyme dans ses réactions oxydatives.

💡 Astuce mémo

Glucose → 2 pyruvates, en 10 étapes réparties en consommation puis production d’énergie

📖 2. Bilan énergétique et réaction globale

📝 Points essentiels

• La glycolyse comprend une première phase de consommation d’énergie correspondant aux cinq premières étapes, puis une seconde phase de production d’énergie correspondant aux cinq dernières étapes.

📐 Formule — Le bilan global présenté est $\mathrm{Glucose + 2ADP + 2NAD^+ \rightarrow 2Pyruvates + 2ATP + 2NADH + 2H^+}$.

• La glycolyse consomme deux ATP lors de la première phase et en restitue quatre lors de la deuxième phase, soit un rendement net de deux ATP.

💡 Astuce mémo

2 ATP consommés contre 4 ATP produits : le bilan net est positif

📖 3. Phosphorylation initiale du glucose

★ À maîtriser

• Lors de la première étape, l’hexokinase phosphoryle le glucose sur son carbone 6 en consommant un ATP et en formant du glucose-6-phosphate.

📌 La phosphorylation du glucose est fortement exergonique et irréversible, utilise Mg2+ comme cofacteur et bloque le glucose dans la cellule.

📌 Les hexokinases I, II et III ont un Km faible et une forte affinité pour le glucose, tandis que la glucokinase, ou hexokinase IV, a un Km élevé et une faible affinité.

Compléments

• La glucokinase est exprimée spécifiquement dans les cellules hépatiques et les cellules pancréatiques β, où elle contribue à réguler la glycémie sans saturation aux fortes concentrations de glucose.

💡 Astuce mémo

Un phosphate agit comme un cadenas qui bloque le glucose dans la cellule

📖 4. Isomérisation et engagement glycolytique

★ À maîtriser

• La phosphohexose isomérase transforme réversiblement et faiblement endergoniquement le glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate.

📌 La phosphofructokinase-1 phosphoryle irréversiblement le fructose-6-phosphate sur le carbone 1 en consommant un ATP et du Mg2+, et elle régule le flux entrant de la glycolyse.

• Le glucose-6-phosphate constitue un carrefour métabolique avant sa transformation irréversible en fructose-1,6-bisphosphate.

Compléments

📌 Le glucose-6-phosphate est un aldohexose, tandis que le fructose-6-phosphate est un cétohexose ; ils sont des isomères ayant la même formule globale mais un agencement différent des atomes.

💡 Astuce mémo

G6P → F6P → phosphorylation par PFK-1 : le glucose est définitivement engagé dans la glycolyse

📖 5. Clivage en trioses phosphates

★ À maîtriser

• L’aldolase clive réversiblement le fructose-1,6-bisphosphate en une molécule de dihydroxyacétone-phosphate et une molécule de glycéraldéhyde-3-phosphate.

• La triose phosphate isomérase transforme réversiblement la dihydroxyacétone-phosphate en glycéraldéhyde-3-phosphate, ce qui conduit à deux molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate.

• À la fin de la phase consommatrice d’ATP, une molécule de glucose a donné deux molécules de glycéraldéhyde-3-phosphate et deux ATP ont été consommés.

Compléments

• La réaction d’aldolase est très fortement endergonique et constitue un frein à la glycolyse, mais le bilan global de la voie reste favorable grâce au couplage énergétique.

💡 Astuce mémo

F-1,6-bisphosphate → DHAP + G3P → 2 G3P

📖 6. Oxydation et première production d’ATP

📝 Points essentiels

• La glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase oxyde le G3P en 1,3-bisphosphoglycérate, réduit le NAD+ en NADH+H+ et utilise un phosphate inorganique plutôt qu’un ATP.

• La phosphoglycérate kinase transfère un phosphate du 1,3-bisphosphoglycérate vers l’ADP, formant du 3-phosphoglycérate et un ATP dans une réaction réversible et fortement exergonique.

• Comme les réactions de la phase de production concernent deux G3P, elles produisent deux NADH et deux ATP lors de l’étape catalysée par la phosphoglycérate kinase, ce qui compense les deux ATP consommés.

💡 Astuce mémo

Oxydation du G3P et réduction du NAD+ → NADH puis transfert de phosphate → ATP

📖 7. Shunt érythrocytaire du 2,3-BPG

★ À maîtriser

📌 Le 2,3-bisphosphoglycérate est un effecteur allostérique négatif de l’hémoglobine qui diminue son affinité pour l’oxygène et favorise sa libération dans les tissus.

Compléments

• Dans les érythrocytes, le 1,3-bisphosphoglycérate peut être transformé en 2,3-bisphosphoglycérate par la 1,3-bisphosphoglycérate mutase, puis revenir au 3-phosphoglycérate grâce à la 2,3-bisphosphoglycérate phosphatase.

• Le shunt du 2,3-bisphosphoglycérate survient en situation de besoin accru en oxygène, notamment pendant la grossesse ou en haute altitude, et il supprime la restitution de deux ATP.

💡 Astuce mémo

Le 2,3-BPG agit sur l’hémoglobine, pas sur la glycolyse

📖 8. Formation du phosphoénolpyruvate

★ À maîtriser

• L’énolase déshydrate réversiblement le 2-phosphoglycérate en libérant de l’eau et en formant le phosphoénolpyruvate, molécule à haut potentiel énergétique.

Compléments

• La phosphoglycérate mutase transforme réversiblement le 3-phosphoglycérate en 2-phosphoglycérate par réarrangement moléculaire et avec utilisation de Mg2+.

💡 Astuce mémo

3-phosphoglycérate → 2-phosphoglycérate → phosphoénolpyruvate

📖 9. Formation du pyruvate et régulation

★ À maîtriser

• La pyruvate kinase transfère irréversiblement un phosphate du phosphoénolpyruvate vers l’ADP, ce qui forme un ATP et un pyruvate dans une réaction fortement exergonique utilisant Mg2+.

📌 La pyruvate kinase est sensible au niveau énergétique de la cellule et régule le flux sortant de la glycolyse.

Compléments

• Les étapes irréversibles de la glycolyse sont les étapes 1, 3 et 10, tandis que les étapes consommant de l’ATP sont les étapes 1 et 3 et celles produisant de l’ATP sont les étapes 7 et 10.

💡 Astuce mémo

PFK-1 régule l’entrée, tandis que la pyruvate kinase régule la sortie

📖 10. Devenir aérobie et anaérobie

★ À maîtriser

• En conditions aérobies, les pyruvates gagnent la mitochondrie et sont transformés en acétyl-CoA par le complexe de la pyruvate déshydrogénase, puis l’acétyl-CoA peut rejoindre le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative.

📌 En conditions aérobies, le bilan total annoncé est de 38 ATP avec la navette malate-aspartate et de 36 ATP avec la navette glycérophosphate.

• En conditions anaérobies, la lactate déshydrogénase réduit le pyruvate en lactate en réoxydant le NADH+H+ en NAD+, sans couplage à la mitochondrie.

• Le bilan de la glycolyse en anaérobie est limité à deux ATP, car il n’y a ni production supplémentaire par réoxydation mitochondriale du NADH, ni cycle de Krebs ni phosphorylation oxydative.

Compléments

• La navette glycérophosphate transfère les équivalents réducteurs du NADH cytosolique via le DHAP et le glycérol-3-phosphate, puis le FADH2 rejoint le complexe II et permet la production annoncée de deux ATP.

• La navette malate-aspartate convertit l’oxaloacétate cytosolique en malate, fait traverser le malate par un antiport, régénère l’oxaloacétate dans la mitochondrie puis l’échange sous forme d’aspartate.

• La fermentation lactique a lieu dans les cellules animales sans oxygène, notamment dans le muscle en exercice, les tissus anoxiques et les érythrocytes dépourvus de mitochondries.

💡 Astuce mémo

Avec O2, le pyruvate rejoint la mitochondrie ; sans O2, il est réduit en lactate

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des conditions aérobies et anaérobies