Glycolyse

La glycolyse est la voie cytosolique centrale qui clive une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate, générant un faible rendement net d'ATP et de NADH réduit. Elle est quasi universelle chez les cellules vivantes, fonctionne avec ou sans oxygène, et alimente les produits de la dégradation du glucose à la fois dans la respiration aérobie et la fermentation.

Definition

La glycolyse est la conversion enzymatique cytosolique en dix étapes d'une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate, avec un gain net de deux ATP par phosphorylation au niveau du substrat et la réduction de deux NAD+ en NADH.

Scope

Cet article couvre la séquence de dix réactions allant du glucose au pyruvate, sa division en une phase d'investissement énergétique et une phase de rendement énergétique, sa régulation aux étapes irréversibles clés, et le devenir du pyruvate dans des conditions aérobies et anaérobies. Il traite la glycolyse comme un sujet métabolique en biochimie, et non comme une orientation clinique.

Core questions

• Comment le glucose est-il converti en pyruvate, et quelles étapes consomment et produisent de l'ATP ?
• Comment la glycolyse produit-elle de l'ATP sans oxygène ?
• Qu'est-ce qui contrôle le taux de flux glycolytique ?
• Que deviennent le pyruvate et le NADH dans des conditions aérobies par rapport aux conditions anaérobies ?

Key concepts

• Phases d'investissement énergétique et de rendement énergétique
• Phosphorylation au niveau du substrat
• Rendement net de deux ATP et deux NADH par glucose
• Le pyruvate comme produit final
• Régulation au niveau de l'hexokinase, de la phosphofructokinase et de la pyruvate kinase
• La phosphofructokinase comme étape engagée et limitante
• Régénération du NAD+ et lien avec la fermentation

Mechanisms

La glycolyse se déroule en deux étapes. Dans la phase d'investissement énergétique, le glucose est phosphorylé et réarrangé, consommant deux ATP, et l'intermédiaire à six carbones est clivé en deux sucres à trois carbones interconvertibles. Dans la phase de rendement énergétique, chaque unité à trois carbones est oxydée, réduisant le NAD+ en NADH, et subit une phosphorylation au niveau du substrat qui produit de l'ATP, donnant un gain net de deux ATP par glucose. La voie est principalement contrôlée au niveau de trois réactions irréversibles catalysées par l'hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase, la phosphofructokinase servant d'étape régulatrice principale et d'étape engagée. Étant donné que la glycolyse elle-même ne nécessite pas d'oxygène, le NADH qu'elle produit doit être réoxydé — par transfert d'électrons vers les mitochondries dans des conditions aérobies, ou par réduction du pyruvate pendant la fermentation lorsque l'oxygène est rare.

Clinical relevance

De nombreuses tumeurs à prolifération rapide dépendent fortement de la glycolyse même en présence d'oxygène, un phénomène connu sous le nom d'effet Warburg, ce qui a fait du métabolisme glycolytique un axe majeur de la biologie du cancer. Des déficiences héréditaires des enzymes glycolytiques peuvent également altérer les cellules, telles que les globules rouges, qui dépendent de la glycolyse pour leur ATP. Cet article décrit la biochimie et ne constitue pas une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

History

La voie glycolytique a été reconstituée dans la première moitié du XXe siècle grâce aux travaux de plusieurs chercheurs, et elle est communément appelée voie d'Embden-Meyerhof-Parnas en l'honneur de ses principaux contributeurs. Les études d'Otto Warburg sur le métabolisme du glucose dans les cellules tumorales ont attiré une attention durable sur la glycolyse en tant que voie cliniquement pertinente, un intérêt ravivé par la recherche moderne sur le métabolisme du cancer.

Debates

Pourquoi les cellules en prolifération privilégient-elles la glycolyse même en présence d'oxygène ?

L'effet Warburg — la glycolyse aérobie dans les tumeurs — a longtemps été une énigme car il semble énergétiquement inefficace ; les explications actuelles soulignent qu'un flux glycolytique élevé fournit des précurseurs biosynthétiques et des intermédiaires redox nécessaires à une prolifération rapide plutôt que de maximiser le rendement en ATP.

Key figures

• Otto Warburg
• Gustav Embden
• Otto Meyerhof
• Jakub Parnas

Seminal works

• warburg-1956
• vander-heiden-2009

Frequently asked questions

Combien d'ATP la glycolyse produit-elle par molécule de glucose ?

La glycolyse produit quatre ATP mais en consomme deux dans sa phase d'investissement, pour un gain net de deux ATP par molécule de glucose, ainsi que deux molécules de NADH et deux de pyruvate.

La glycolyse nécessite-t-elle de l'oxygène ?

Non. La glycolyse elle-même n'utilise pas d'oxygène ; cependant, le NADH qu'elle génère doit être réoxydé, soit par la respiration mitochondriale en présence d'oxygène, soit par la fermentation en son absence.