L'oxydation du glucose et la production d'ATP. L'oxydation complète du glucose correspond au processus de respiration cellulaire. La fermentation lactique est une oxydation incomplète du glucose. Toutes deux permettent la formation de composés réduits \ce{RH}, \ce{H+} qui sont ensuite utilisés pour produire de l'ATP.
La production d'ATP a lieu dans toutes les cellules de l'organisme. Le processus commence par la digestion du glucose dans l'intestin. Les cellules prennent ensuite le relais et le transforment en pyruvate qui se rend dans les mitochondries de la cellule, où l'ATP est finalement produite.
La molécule d'ATP
L'ATP n'est pas stockée dans la cellule mais est constamment régénérée par le métabolisme. Dans la cellule musculaire, il existe deux grandes voies métaboliques d'utilisation du glucose pour produire de l'ATP : la respiration cellulaire et la fermentation lactique.
La chaîne respiratoire mitochondriale, au niveau des crêtes mitochondriales, permet la réoxydation des composés réduits, par la réduction de dioxygène en eau. Ces réactions conduisent à la production d'ATP qui est indispensable aux activités cellulaires (comme la contraction musculaire).
L'ATP entre dans la fabrication des acides nucléiques
Si la molécule d'ATP est trouvée à l'état libre dans les cellules, elle sert également de matériau de construction pour la synthèse des acides nucléiques, la classe de macromolécules essentiellement en charge de l'information génétique (voir fig. 2).
La transfert de l'énergie chimique du glucose en énergie chimique sous forme d'ATP se réalise en plusieurs étapes : la glycolyse, puis le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire au sein des mitochondries. De manière très schématique, la glycolyse permet la dégradation de glucose en pyruvate.
Pour résumer, trois systèmes interviennent lors d'un effort d'intensité moyenne à élevée : anaérobie alactique, puis anaérobie lactique, et finalement, aérobie.
Pendant l'activité musculaire, la régénération de l'ATP se fait suivant 3 voies : par interaction de l'ADP avec la créatine phosphate (1), par respiration cellulaire anaérobie (2) et par respiration cellulaire aérobie (3).
Cycle de Krebs (cycle de l'acide citrique)
Le NADH et le FADH2 peuvent être oxydés par la chaîne respiratoire pour produire davantage d'ATP. Le cycle de Krebs est un processus en dix étapes impliquant huit enzymes et diverses coenzymes.
Le glucose est une petite molécule hydrophile qui circule librement dans le sang mais ne peut franchir la membrane plasmique de la cellule. En effet, celle-ci, constituée de lipides, est hydrophobe. L'entrée du glucose nécessite donc la présence de protéines spécifiques appelées transporteurs du glucose.
Bilan de la glycolyse : formation théorique de 6 ATP (5 ATP en réalité). Bilan du catabolisme du pyruvate : formation de 3 ATP par molécule de pyruvate en théorie (2,5 en réalité) et donc de 6 ATP en théorie (5 ATP en réalité) pour une molécule de glucose.
L'ATP synthase (EC 7.1.2.2) est un complexe protéique enzymatique qui se trouve dans les crêtes mitochondriales, la membrane des thylakoïdes, et la membrane plasmique des bactéries et des archées.
La glycolyse, voie métabolique anaérobie, dissocie le glucose (à 6 carbones) en 2 molécules de pyruvate (à 3 carbones). Cette opération consomme 2 molécules d'ATP au niveau de réactions d'amorçage et produit 4 ATP par molécules de glucose. Ainsi le rendement net est de 2 ATP.
A la fin des 10 réactions enzym atiques de la glycolyse on obtient, à partir du glucose, la formation de 2 molécules d'ATP, de 2 NADH,H+, et de 2 pyruvate dans toutes les cellules.
Remarque (hors programme) : pourquoi 36 ou 38 molécules d'ATP ? En fait cela dépend de la manière dont les transporteurs de protons (NADH) sont transférés dans la matrice.
Elles réalisent la respiration pour produire l'ATP utile à leur fonctionnement. Les métabolismes anaérobie ou aérobie dépendent du type d'effort à fournir : La fermentation lactique permet la réoxydation des NADH,H+ en l'absence de dioxygène. Cette voie anaérobie fournit rapidement de l'ATP mais en petite quantité.
La glycolyse est la réaction de dégradation du glucose dans le hyaloplasme de la cellule. C'est la première étape de la respiration cellulaire, cette étape est indispensable car les mitochondries ne peuvent utiliser directement le glucose.
ATP/AMP : La phophofructokinase 1 est l'élément le plus important dans le contrôle de la glycolyse. Elle est inhibée par les fortes concentrations cellulaires de l'ATP (ATP/AMP élevé) qui abaissent l'affinité de l'enzyme pour le fructose 6-phosphate.
Le stockage du glucose en glycogène est réalisé grâce à une enzyme : la glycogène synthase. C'est la glycogenèse. Le foie réalise la glycogénolyse (hydrolyse du glycogène) pour « reformer » du glucose à partir de ses réserves de glycogène) grâce à la glycogène phosphorylase.
L'ATP est une molécule constituée d'adénine liée à un ribose qui, lui, est attaché à une chaîne de trois groupements phosphate. Comment l'ATP produit de l'énergie : Le mécanisme consiste au transfert d'un groupement phosphate sur une autre molécule et l'ATP devient alors l'adénosine-diphopshate (ADP).
Le métabolisme du glucose a pour objectif de fournir de l'énergie sous forme de molécules d'ATP. La phosphorylation oxydative est la réaction qui consiste à lier des atomes d'hydrogène à des atomes d'oxygène et l'énergie libérée par cette réaction permet de lier un atome de P à une molécule d'ADP pour former de l'ATP.
L'ATP est présidée par Andrea Gaudenzi. L'Italien de 46 ans a été nommé en octobre 2019 pour un mandat de quatre ans, qu'il a commencé au 1er janvier 2020.
Le glucose y est stocké sous forme de glycogène. Cette molécule étant un polymère de glucose, il existe donc un mécanisme qui permet de transformer le glucose en glycogène, et inversement en fonction des besoins de l'organisme. Le foie est une réserve publique de glucose pour l'organisme.