Dans cet article, nous verrons comment le glucose est oxydé. Les glucides sont des composés de type polyhydroxycarbonyle, ainsi que leurs dérivés. Les caractéristiques sont la présence de groupes aldéhyde ou cétone et d'au moins deux groupes hydroxyle.
Selon leur structure, les glucides sont divisés en monosaccharides, polysaccharides, oligosaccharides.
Monosaccharides
Les monosaccharides sont les glucides les plus simples qui ne peuvent pas être hydrolysés. Selon le groupe présent dans la composition - aldéhyde ou cétone, les aldoses sont isolés (ceux-ci incluent le galactose, le glucose, le ribose) et les cétoses (ribulose, fructose).
Oligosaccharides
Les oligosaccharides sont des glucides qui ont dans leur composition de deux à dix résidus d'origine monosaccharidique, reliés par des liaisons glycosidiques. Selon le nombre de résidus monosaccharidiques, on distingue les disaccharides, les trisaccharides, etc. Que se forme-t-il lorsque le glucose est oxydé ? Cela sera discuté plus tard.
Polysaccharides
Polysaccharidessont des glucides qui contiennent plus de dix résidus monosaccharidiques interconnectés par des liaisons glycosidiques. Si la composition du polysaccharide contient les mêmes résidus de monosaccharide, on parle alors d'homopolysaccharide (par exemple, l'amidon). Si ces résidus sont différents, alors avec un hétéropolysaccharide (par exemple, l'héparine).
Quelle est l'importance de l'oxydation du glucose ?
Fonctions des glucides dans le corps humain
Les glucides remplissent les fonctions principales suivantes:
- Énergie. La fonction la plus importante des glucides, car ils servent de principale source d'énergie dans le corps. Du fait de leur oxydation, plus de la moitié des besoins énergétiques d'une personne sont satisfaits. À la suite de l'oxydation d'un gramme de glucides, 16,9 kJ sont libérés.
- Réservez. Le glycogène et l'amidon sont une forme de stockage des nutriments.
- Structural. La cellulose et certains autres composés polysaccharidiques forment un cadre solide dans les plantes. En outre, ils sont, en combinaison avec des lipides et des protéines, un composant de toutes les biomembranes cellulaires.
- Protecteur. Les hétéropolysaccharides acides jouent le rôle de lubrifiant biologique. Ils tapissent les surfaces des articulations qui se touchent et se frottent les unes contre les autres, les muqueuses du nez, le tube digestif.
- Anticoagulant. Un glucide comme l'héparine a une propriété biologique importante, à savoir qu'il empêche la coagulation du sang.
- Les glucides sont une source de carbone nécessaire à la synthèse des protéines, des lipides et des acides nucléiques.
Pour le corps, la principale source de glucides sont les glucides alimentaires - saccharose, amidon, glucose, lactose). Le glucose peut être synthétisé dans le corps lui-même à partir d'acides aminés, de glycérol, de lactate et de pyruvate (gluconéogenèse).
Glycolyse
La glycolyse est l'une des trois formes possibles du processus d'oxydation du glucose. Dans ce processus, de l'énergie est libérée, qui est ensuite stockée dans l'ATP et le NADH. Une de ses molécules se décompose en deux molécules de pyruvate.
Le processus de glycolyse se produit sous l'action de diverses substances enzymatiques, c'est-à-dire de catalyseurs de nature biologique. L'agent oxydant le plus important est l'oxygène, mais il convient de noter que le processus de glycolyse peut être effectué en l'absence d'oxygène. Ce type de glycolyse est appelé anaérobie.
La glycolyse de type anaérobie est un processus progressif d'oxydation du glucose. Avec cette glycolyse, l'oxydation du glucose ne se produit pas complètement. Ainsi, lors de l'oxydation du glucose, une seule molécule de pyruvate se forme. En termes de bénéfices énergétiques, la glycolyse anaérobie est moins bénéfique que l'aérobie. Cependant, si l'oxygène pénètre dans la cellule, la glycolyse anaérobie peut être convertie en aérobie, ce qui correspond à l'oxydation complète du glucose.
Mécanisme de la glycolyse
La glycolyse décompose le glucose à six carbones en deux molécules de pyruvate à trois carbones. L'ensemble du processus est divisé en cinq étapes préparatoires et cinq autres, au cours desquelles l'ATP est stockéénergie.
Ainsi, la glycolyse se déroule en deux étapes, chacune étant divisée en cinq étapes.
Étape 1 de la réaction d'oxydation du glucose
- La première étape. La première étape est la phosphorylation du glucose. L'activation des saccharides se produit par phosphorylation au niveau du sixième atome de carbone.
- Deuxième étape. Il existe un processus d'isomérisation du glucose-6-phosphate. À ce stade, le glucose est converti en fructose-6-phosphate par la phosphoglucoisomérase catalytique.
- Troisième étape. Phosphorylation du fructose-6-phosphate. A ce stade, la formation de fructose-1,6-diphosphate (également appelée aldolase) se produit sous l'influence de la phosphofructokinase-1. Il est impliqué dans l'accompagnement du groupe phosphoryle de l'acide adénosine triphosphorique à la molécule de fructose.
- La quatrième étape. A ce stade, le clivage de l'aldolase se produit. En conséquence, deux molécules de triose phosphate se forment, en particulier des cétoses et des eldoses.
- La cinquième étape. Isomérisation des trioses phosphates. À ce stade, le glycéraldéhyde-3-phosphate est envoyé aux étapes suivantes de la dégradation du glucose. Dans ce cas, la transition du phosphate de dihydroxyacétone vers la forme de glycéraldéhyde-3-phosphate se produit. Cette transition s'effectue sous l'action d'enzymes.
- La sixième étape. Le processus d'oxydation du glycéraldéhyde-3-phosphate. A ce stade, la molécule est oxydée puis phosphorylée en diphosphoglycérate-1, 3.
- Septième étape. Cette étape implique le transfert du groupe phosphate du 1,3-diphosphoglycérate vers l'ADP. Le résultat final de cette étape est le 3-phosphoglycérateet ATP.
Étape 2 - oxydation complète du glucose
- La huitième étape. A ce stade, la transition du 3-phosphoglycérate au 2-phosphoglycérate est réalisée. Le processus de transition s'effectue sous l'action d'une enzyme telle que la phosphoglycérate mutase. Cette réaction chimique d'oxydation du glucose se déroule avec la présence obligatoire de magnésium (Mg).
- La neuvième étape. À ce stade, la déshydratation du 2-phosphoglycérate se produit.
- La dixième étape. Il y a un transfert des phosphates obtenus à la suite des étapes précédentes vers le PEP et l'ADP. Le phosphoénulpyrovate est transféré à l'ADP. Une telle réaction chimique est possible en présence d'ions magnésium (Mg) et potassium (K).
Dans des conditions aérobies, l'ensemble du processus revient à CO2 and H2O. L'équation de l'oxydation du glucose ressemble à ceci:
S6N12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O + 2880 kJ/mol.
Ainsi, il n'y a pas d'accumulation de NADH dans la cellule lors de la formation de lactate à partir du glucose. Cela signifie qu'un tel processus est anaérobie et qu'il peut se dérouler en l'absence d'oxygène. C'est l'oxygène qui est l'accepteur final d'électrons qui est transféré par le NADH à la chaîne respiratoire.
Dans le processus de calcul du bilan énergétique de la réaction glycolytique, il faut tenir compte du fait que chaque étape de la deuxième étape est répétée deux fois. De cela, nous pouvons conclure que deux molécules d'ATP sont dépensées dans la première étape et que 4 molécules d'ATP sont formées au cours de la deuxième étape par phosphorylation.type de substrat. Cela signifie qu'à la suite de l'oxydation de chaque molécule de glucose, la cellule accumule deux molécules d'ATP.
Nous avons étudié l'oxydation du glucose par l'oxygène.
Voie d'oxydation anaérobie du glucose
L'oxydation aérobie est un processus d'oxydation dans lequel de l'énergie est libérée et qui se déroule en présence d'oxygène, qui agit comme accepteur final d'hydrogène dans la chaîne respiratoire. Le donneur de molécules d'hydrogène est la forme réduite des coenzymes (FADH2, NADH, NADPH), qui se forment lors de la réaction intermédiaire d'oxydation du substrat.
Le processus d'oxydation du glucose de type dichotomique aérobie est la principale voie du catabolisme du glucose dans le corps humain. Ce type de glycolyse peut être réalisé dans tous les tissus et organes du corps humain. Le résultat de cette réaction est la division de la molécule de glucose en eau et en dioxyde de carbone. L'énergie libérée sera alors stockée dans l'ATP. Ce processus peut être grossièrement divisé en trois étapes:
- Le processus de conversion d'une molécule de glucose en une paire de molécules d'acide pyruvique. La réaction se produit dans le cytoplasme cellulaire et constitue une voie spécifique de dégradation du glucose.
- Le processus de formation de l'acétyl-CoA à la suite de la décarboxylation oxydative de l'acide pyruvique. Cette réaction a lieu dans les mitochondries cellulaires.
- Le processus d'oxydation de l'acétyl-CoA dans le cycle de Krebs. La réaction a lieu dans les mitochondries cellulaires.
À chaque étape de ce processus,formes réduites de coenzymes oxydées par des complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire. En conséquence, l'ATP se forme lorsque le glucose est oxydé.
Formation de coenzymes
Les coenzymes, qui se forment aux deuxième et troisième étapes de la glycolyse aérobie, seront oxydées directement dans les mitochondries des cellules. Parallèlement à cela, le NADH, qui s'est formé dans le cytoplasme cellulaire lors de la réaction de la première étape de la glycolyse aérobie, n'a pas la capacité de pénétrer à travers les membranes mitochondriales. L'hydrogène est transféré du NADH cytoplasmique aux mitochondries cellulaires via des cycles de navette. Parmi ces cycles, on distingue le principal - malate-aspartate.
Ensuite, à l'aide du NADH cytoplasmique, l'oxaloacétate est réduit en malate, qui, à son tour, pénètre dans les mitochondries cellulaires et est ensuite oxydé pour réduire le NAD mitochondrial. L'oxaloacétate retourne dans le cytoplasme cellulaire sous forme d'aspartate.
Formes modifiées de glycolyse
La glycolyse peut en outre s'accompagner de la libération de 1, 3 et 2, 3-biphosphoglycérates. Dans le même temps, le 2,3-biphosphoglycérate sous l'influence de catalyseurs biologiques peut revenir au processus de glycolyse, puis changer sa forme en 3-phosphoglycérate. Ces enzymes jouent divers rôles. Par exemple, le 2,3-biphosphoglycérate, présent dans l'hémoglobine, favorise le transfert d'oxygène vers les tissus, tout en contribuant à la dissociation et à la diminution de l'affinité de l'oxygène et des globules rouges.
Conclusion
De nombreuses bactéries peuvent modifier la forme de la glycolyse à ses différentes étapes. Dans ce cas, il est possible de réduire leur nombre total ou de modifier ces étapes grâce à l'action de divers composés enzymatiques. Certains des anaérobies ont la capacité de décomposer les glucides par d'autres moyens. La plupart des thermophiles n'ont que deux enzymes glycolytiques, en particulier l'énolase et la pyruvate kinase.
Nous avons examiné comment le glucose est oxydé dans le corps.
