L’oxydation du glucose est un processus chimique qui fournit de l’énergie à un organisme pour mener à bien toutes ses activités requises. Au cours de ce processus, le glucose, une simple molécule de sucre obtenue à partir des aliments, est décomposé en dioxyde de carbone et en eau. Cette réaction libère de l’énergie et la stocke sous une forme chimique que la cellule peut utiliser. Il existe trois étapes distinctes de l’oxydation du glucose : la glycolyse, le cycle de l’acide citrique et le système de transport d’électrons.
Glucose
Les molécules de glucose sont utilisées pour fabriquer des glucides plus complexes, comme l’amidon et la cellulose. La formule chimique de cette molécule est C6H12O6, ce qui signifie qu’elle est composée de six atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène et six atomes d’oxygène. Présent dans les plantes et dans de nombreux types d’aliments, le glucose est absorbé dans la circulation sanguine pendant la digestion.
Oxydation
L’oxydation du glucose est un processus aérobie, une réaction chimique qui nécessite de l’oxygène. Le terme oxydation désigne en effet toute réaction où l’oxygène se combine avec une autre molécule, que l’on dit alors oxydée. Au cours du processus, une molécule de glucose se combine avec six molécules d’oxygène pour produire six molécules de dioxyde de carbone, six molécules d’eau et l’adénosine triphosphate (ATP), une molécule que les cellules utilisent pour stocker ou transférer de l’énergie.
Glycolyse
La première étape du processus d’oxydation est la glycolyse, qui a lieu dans le cytoplasme d’une cellule, la substance semblable à un gel qui remplit la cellule et entoure les autres organes cellulaires. Au cours de cette étape, la molécule de glucose est décomposée en deux molécules de pyruvate, un acide organique qui peut fournir de l’énergie aux cellules. Cette décomposition libère également de l’énergie, qui est utilisée pour ajouter un ion phosphate à l’adénosine diphosphate (ADP) pour créer de l’ATP. L’ADP, à son tour, est formé avec l’ATP qui est décomposé pour libérer son énergie.
La glycolyse d’une seule molécule de glucose consomme deux molécules d’ATP et en produit quatre au total, conduisant à un gain énergétique net de deux ATP. L’énergie du processus est également utilisée pour produire deux NADH, une forme d’enzyme utilisée pour transférer des électrons pour alimenter les réactions chimiques cellulaires.
Le cycle de l’acide citrique
Pour commencer le cycle de l’acide citrique, également appelé cycle de Krebs, les molécules de pyruvate produites par la glycolyse sont déplacées vers les mitochondries, un organe cellulaire impliqué dans les processus métaboliques. Une fois là-bas, les molécules sont converties en acétyl CoA, la molécule qui alimente le cycle de l’acide citrique. L’acétyl CoA est composé de carbone du pyruvate et de coenzyme A, une molécule qui aide aux processus biologiques. Le processus de conversion produit un NADH.
L’acétyl CoA libère la partie carbonée de la molécule dans le cycle de l’acide citrique, qui se déroule en permanence, produisant de l’ATP, des électrons à haute énergie et du dioxyde de carbone. La plupart de l’énergie produite est stockée sous forme d’électrons de haute énergie, et un tour du cycle se traduira par trois NADH et un FADH2. Comme NADH, FADH2 stocke les électrons capturés. Le cycle produit également deux ATP et dégage le reste de l’énergie sous forme de chaleur.
Le système de transport d’électrons
La dernière étape de l’oxydation du glucose a également lieu dans les mitochondries, où un groupe de protéines, appelé système de transport d’électrons, aide à transformer l’énergie des électrons capturés par NADH et FADH2 en ATP. Ce processus est modélisé par la théorie chimiosmotique, qui décrit la façon dont ces électrons passent le long du système de transport, libérant de l’énergie lorsqu’ils se déplacent.
L’énergie libérée est utilisée pour déplacer des ions d’hydrogène chargés positivement d’avant en arrière à travers la membrane séparant deux parties des mitochondries. L’énergie de ce mouvement est stockée dans l’ATP. Ce processus est appelé phosphorylation oxydative, car l’oxygène est nécessaire pour l’étape finale, acceptant les électrons et les atomes d’hydrogène pour devenir H2O, ou eau. Le rendement énergétique de cette étape est de 26 à 28 ATP.
Énergie gagnée
Lorsqu’une seule molécule de glucose est oxydée, la cellule gagne environ 30 à 32 ATP. Ce nombre peut varier, car souvent une mitochondrie ne fonctionne pas à pleine capacité. Une partie de l’énergie peut être perdue lorsque les molécules de NADH formées lors de la glycolyse transfèrent leurs électrons à travers la membrane séparant les mitochondries et le cytoplasme.
ATP
L’ATP est présent dans tous les organismes vivants et joue un rôle essentiel dans le métabolisme cellulaire, car c’est le principal moyen par lequel les cellules stockent et transfèrent l’énergie. Les plantes le produisent par photophosphorylation, un processus qui convertit la lumière du soleil en énergie. L’ATP peut également être produit dans un processus anaérobie, une réaction qui ne nécessite pas d’oxygène. La fermentation, par exemple, peut avoir lieu en l’absence d’oxygène, mais ce processus et d’autres processus métaboliques anaérobies ont tendance à être des moyens beaucoup moins efficaces de fabriquer cette molécule.
Un grand nombre de fonctions cellulaires nécessitent de l’ATP. La cellule décompose ces molécules en ions ADP et phosphate, libérant l’énergie stockée. Cette énergie est ensuite utilisée pour faire des choses comme déplacer de grosses molécules dans et hors de la cellule ou pour aider à créer des protéines, de l’ADN et de l’ARN. L’ATP est également impliqué dans le mouvement musculaire et est essentiel pour maintenir le cytosquelette de la cellule, la structure au sein du cytoplasme qui soutient la cellule et la maintient ensemble.