Deuxième phase de glycolyse

« Premiers pas de la glycolyse

La première enzyme utilisée dans la deuxième phase de la glycolyse est la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase; les déshydrogénases sont des enzymes qui catalysent le transfert de pouvoir réducteur d'une molécule réductrice qui s'oxyde vers une autre molécule qui est réduite (réaction redox).Les substrats de cette enzyme sont le NAD (nicotidamide adénine dinucléotide) et le FAD (flavine adénine dinucléotide).
Dans cette étape, la déshydrogénase catalyse la conversion du glycéraldéhyde 3-phosphate en 1,3-bisphosphoglycérate : sur le même site catalytique, le groupe aldéhyde est oxydé en carboxyle avec une réduction conséquente du NAD + en NADH et, par la suite, le groupe carboxyle est capable former une liaison anhydride avec un orthophosphate. Le premier processus est très exergonique (il libère de l'énergie) tandis que le second est très exergonique (il nécessite de l'énergie) ; s'il n'y avait pas de site catalytique, la réaction globale n'aurait pas lieu : la première réaction se produirait avec dégagement d'énergie qui se disperserait sous forme de chaleur et qui, par conséquent, ne serait pas utilisable pour former la liaison anhydride.

Après la formation du 1,3-bisphosphoglycérate, l'enzyme reprend sa structure de départ et est prête à agir sur un nouveau substrat.

Vient ensuite le phosphoglycérate kinase qui permet le transfert d'un phosphoryle du 1,3-bisphosphoglycérate à une molécule d'ADP ; nous avons obtenu de l'ATP (un ATP pour chaque molécule de glycéraldéhyde 3-phosphate, donc deux ATP pour chaque molécule de glucose initiale) qui compense la dépense énergétique de la première phase de la glycolyse.
L'anion arséniate (AsO43-) affecte la voie glycolytique car il peut remplacer le phosphate dans la première réaction de la deuxième phase de la glycolyse, donnant le 1-arsenio 3-phosphoglycérate qui est très instable et, dès qu'il est exempt du catalyseur site, s'hydrolyse en libérant "l'arséniate revenant à la circulation. Par conséquent, l'arséniate mime l'action du phosphate et pénètre dans le site catalytique : en présence de l'arséniate, la réaction qui produit l'ATP (du 1,3-bisphosphoglycérate au 3-phosphoglycérate) n'a pas lieu car le 3-phosphate glycéraldéhyde est converti directement en 3-phosphoglycérate; sans ATP disponible, les cellules meurent (empoisonnement à l'acide arsenic).

Dans la troisième réaction de la phase oxydante, le 3-phosphoglycérate est transformé en 2-phosphoglycérate par l'action de phosphoglycérate mutase; la réaction implique un intermédiaire 2,3-bisphosphoglycérate.

Dans l'étape suivante, une enzyme intervient énolase qui est capable de catalyser l'élimination d'une molécule d'eau du squelette carboné du 2-phosphoglycérate, obtenant le phosphoénol pyrisé (PEP) ;

Le PEP a un fort potentiel de transfert d'un phosphoryle : il transfère, par l'action d'une enzyme pyruvate kinase, un phosphoryle à un ADP pour donner de l'ATP, dans la cinquième étape de la deuxième phase, l'obtention de pyruvate.

Le 2-phosphoglycérate et le 3-phosphoglycérate ont un faible pouvoir de transfert d'un phosphoryle donc, pour obtenir de l'ATP à partir de ces molécules, le 3-phosphoglycérate est transformé en 2-phosphoglycérate, lors de la glycolyse, car il est obtenu à partir de ce dernier le PEP qui est un espèces à fort potentiel de transfert.

Avant de continuer, ouvrons une parenthèse sur le 2,3-bisphosphoglycérate ; ce dernier est présent dans toutes les cellules dans lesquelles la glycolyse se produit à une concentration très faible (c'est l'intermédiaire de la troisième réaction de la deuxième phase de la glycolyse). Dans les érythrocytes, en revanche, le 2,3-bisphosphoglycérate a une concentration stationnaire de 4-5 mM (concentration maximale) car ils possèdent un patrimoine enzymatique qui a pour tâche de le produire ; dans les érythrocytes il y a une déviation de la glycolyse pour produire du 2,3-bisphosphoglycérate : le 1,3-bisphosphoglycérate est transformé en 2,3-bisphosphoglycérate par l'action de bisphosphoglycérate mutase (érythrocyte) et le 2,3-bisphosphoglycérate, par l'action de bisphosphoglycérate phosphatase (érythrocyte) devient 3-phosphoglycérate. Ensuite, dans les érythrocytes, une partie du 1,3-bisphosphoglycérate issu de la glycolyse est transformée en 2,3-bisphosphoglycérate qui retourne ensuite dans la voie glycolytique sous forme de 3-phosphoglycérate ; ce faisant, la troisième étape de la phase oxydative de la glycolyse à partir de laquelle l'ATP est obtenu. La quantité d'ATP perdue est le prix qu'un érythrocytes est prêt à payer pour maintenir la concentration de 2,3-bisphosphoglycérate dont ces cellules ont besoin car cela affecte la capacité de "l'hémoglobine à lier" l'oxygène.
Nous avons vu que dans la première réaction de la deuxième phase de glycolyse le NAD+ est réduit en NADH mais il faut qu'après obtention du pyruvate, le NADH soit reconverti en NAD+ : cela se produit avec la fermentation lactique (le lactate est obtenu) soit par fermentation alcoolique (entrent en jeu la pyruvate décarboxylase qui décarboxyle le pyruvate et une déshydrogénase qui forme de l'éthanol) ; les fermentations ne font pas intervenir d'oxygène (anaérobies).
En raison de la fermentation lactique, l'acide lactique, s'il n'est pas correctement éliminé, s'accumule dans les muscles et, en libérant du H+, provoque une contraction musculaire involontaire et, par conséquent, des crampes ; un muscle en fort stress peut également atteindre un pH minimum de 6,8.
Grâce au cycle de Cori, une partie de la fatigue d'un muscle est transférée au foie lorsque le muscle est surchargé. Supposons que le muscle fonctionne sans apport d'oxygène (hypothèse erronée) : si le muscle travaille modérément, l'ATP nécessaire à la contraction est fourni exclusivement par la glycolyse. lactate, qui est ainsi éliminé, en glucose. En réalité, le muscle exploite le métabolisme aérobie : s'il y a disponibilité d'oxygène, le muscle exploite surtout l'ATP fourni par le métabolisme aérobie et, lorsqu'il n'y a plus d'oxygène disponible, le métabolisme anaérobie est accéléré par le cycle de Cori. Ce cycle suppose que le lactate est transféré du muscle au foie, où, en dépensant de l'énergie, plus de glucose est produit qui retourne au muscle. Grâce à ce cycle, une partie de l'ATP consommée dans le muscle est fournie par le foie qui, par le processus de néoglucogenèse, est capable de produire du glucose qui peut être utilisé par le muscle pour obtenir de l'ATP.
Le métabolisme du glucose décrit jusqu'à présent n'inclut pas l'oxygène mais le métabolisme aérobie du glucose permet d'obtenir des quantités d'ATP 17 à 18 fois supérieures à celle obtenue avec la voie glycolytique, donc, lorsque la cellule a la possibilité de choisir entre aérobie et ed anaérobie, favorise le premier.
Dans le métabolisme aérobie, le pyruvate pénètre dans les mitochondries où il subit des transformations et finalement du dioxyde de carbone et de l'eau sont obtenus; on obtient ainsi 34 molécules d'ATP pour chaque molécule de glucose dégradé.