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2020_SS1_Bis2A_Facciotti_Reading_13 - Biologie

2020_SS1_Bis2A_Facciotti_Reading_13 - Biologie


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Objectifs d'apprentissage associés à 2020_SS1_Bis2A_Facciotti_Reading_13

  • Créez une « histoire d'énergie » pour la glycolyse. L'histoire doit énumérer l'ensemble des réactifs et des produits, les sources d'énergie, les transferts d'énergie, lestypes deréactions impliquées dans le transfert d'énergie, et les médiateurs des transformations de la matière et des transferts d'énergie.
  • Décrivez la différence entre ∆G et ∆Go, pourquoi le premier est nécessaire et utile pour décrire les processus dans la cellule, et la signification du premier surle règlement deflux de métabolites dans les voies.
  • Expliquez le processus de phosphorylation au niveau du substrat (SLP) et identifiez les réactions SLP lorsqu'on leur donne un ensemble de réactions, comme dans une voie.
  • Être capable d'interpréter des figures décrivant le mécanisme de la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase et d'identifier les étapes clés de la réaction, notamment le rôle d'une histidine catalytique et la formation d'une liaison thioester covalente (y compris son rôle dans le transfert d'énergie).
  • Expliquer l'importance de la réactioncatalysépar la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase dans la récupération d'énergie dans la glycolyse. Utilisez ce mécanisme et ces figures pour fédérer les enseignements du cours : enzymes et catalyseurs, couplage énergétique, redox, chimie des groupes fonctionnels, etc.
  • Créer une histoire d'énergie pour la réactioncatalysépar la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase,qui discutePlus précisémentle couplage d'une réaction redox à un transfert de phosphate.
  • Créer un argument thermodynamique sur la façon dont l'hydrolyse de l'ATP peutêtre couplépour entraîner des réactions endergoniques.
  • Expliquer la contribution importante de l'eau dans la détermination du négatif G0 de l'hydrolyse d'une liaison phosphoanhydride dans l'ATP.

ATP

Un composé chimique important est l'adénosine triphospate (ATP). Les réactions d'hydrolyse qui libèrent un ou plusieurs phosphates de l'ATP sont exergoniques et de très nombreuses protéines cellulaires ont évolué pour interagir avec l'ATP de manière à faciliter le transfert d'énergie de l'hydrolyse vers une myriade d'autres fonctions cellulaires. De cette façon, l'ATP est souvent appelée la « monnaie énergétique » de la cellule : elle a des valeurs d'énergie raisonnablement fixes à transférer vers ou depuis elle-même et peut échanger cette énergie entre de nombreux donneurs et accepteurs potentiels. Nous verrons de nombreux exemples d'ATP « au travail » dans la cellule, alors cherchez-les. Comme vous les voyez, essayez de les considérer comme des exemples fonctionnels des utilisations de la nature pour l'ATP quivous pourriezattendrevoir dans une autre réaction ou contexte.

Structure et fonction de l'ATP

Àle cœur de l'ATP est le nucléotide appelé adénosine monophosphate (AMP). Comme les autres nucléotides,L'AMP est composéd'une base azotée (une molécule d'adénine) liée à une molécule de ribose et à un seul groupe phosphate. L'ajout d'un second groupe phosphate à cette molécule centrale entraîne la formation d'adénosine diphosphate (ADP) ; l'ajout d'un troisième groupe phosphate forme l'adénosine triphosphate (ATP).


Figure 1. L'ATP (adénosine triphosphate) possède trois groupes phosphate qui peuventêtre retirépar hydrolyse pour former de l'ADP (adénosine diphosphate) ou de l'AMP (adénosine monophosphate).

Les phosphorylation (ou condensation de groupes phosphate sur l'AMP) est un processus endergonique.En revanche, lehydrolyse d'un ou deux groupes phosphate de l'ATP, un processus appelé déphosphorylation, est exergonique. Pourquoi? Rappelons que les termes endergonique et exergonique font référence au signe sur la différence d'énergie libre d'une réaction entre les produits et les réactifs, ΔG. Ici, nous attribuons explicitement une direction à la réaction, soit vers la phosphorylation, soit vers la déphosphorylation du nucléotide. Dans la réaction de phosphorylation, les réactifs sont le nucléotide et un phosphate inorganique tandis que les produits sont un nucléotide phosphorylé et de l'EAU. Dans la réaction de déphosphorylation/hydrolyse, les réactifs sont le nucléotide phosphorylé et l'EAU tandis que les produits sont le phosphate inorganique et le nucléotide moins un phosphate.

Puisque l'énergie libre de Gibbs est une fonction d'état, peu importe comment la réaction se produit ; vous ne considérez que les états de début et de fin. A titre d'exemple, examinons l'hydrolyse de l'ATP. Les réactifs ATP et eau sont caractérisés par leur composition atomique et les types de liaisons entre les atomes constitutifs. On peut associer de l'énergie libre à chacune des liaisons et à leurs configurations possibles, de même pour les produits. Si nous examinons la réaction du point de vue des produits et des réactifs et demandons « comment pouvons-nous recombiner des atomes et des liaisons dans les réactifs pour obtenir les produits ? », nous constatons qu'une liaison phosphoanhydride entre un oxygène et un phosphore doit être rompue dans le L'ATP, une liaison entre un oxygène et l'hydrogène doit être rompue dans l'eau, une liaison doit être établie entre l'OH (qui provient de la séparation de l'eau) et le phosphore (issu du PO3-2 libéré), et une liaison doit être formé entre le H (dérivé de la division de l'eau) et l'oxygène terminal sur le nucléotide phosphorylé. C'est la somme des énergies associées à tous ces réarrangements de liaison (y compris ceux directement associés à l'eau) qui rend cette réaction exergonique. On pourrait faire une analyse similaire avec la réaction inverse.

Y a-t-il quelque chose de spécial dans les liaisons spécifiques impliquées dans ces molécules ? Beaucoup est fait dans divers textes sur les types de liaisons entre les phosphates de l'ATP. Certes, les propriétés des liaisons de l'ATP aident à définir l'énergie libre et la réactivité de la molécule. Cependant, bien qu'il soit approprié d'appliquer des concepts tels que la densité de charge et la disponibilité des structures de résonance à cette discussion, trotter ces termes comme une « explication » sans une compréhension approfondie de la façon dont ces facteurs influencent l'énergie libre des réactifs est un type particulier de des gestes de la main auxquels nous ne devrions pas nous engager. La plupart des étudiants de BIS2A n'ont eu aucune chimie universitaire et ceux qui en ont n'ont probablement pas discuté de ces termes de manière significative. Ainsi, expliquer le processus en utilisant les idées ci-dessus ne donne qu'une fausse impression de compréhension, attribue une certaine qualité mystique à l'ATP et à ses liaisons "spéciales" qui n'existent pas, et détourne l'attention du point réel : la réaction d'hydrolyse est exergonique à cause de la propriétés de l'ATP et AUSSI en raison des propriétés chimiques de l'eau et de celles des produits de réaction. Pour cette classe, il suffit de savoir que des physiciens-chimistes dédiés étudient toujours le processus d'hydrolyse de l'ATP en solution et dans le contexte des protéines et qu'ils essaient toujours de rendre compte des composants enthalpiques et entropiques clés des énergies libres des composants. Nous devrons simplement accepter un certain degré d'ignorance chimique mécaniste et nous contenter d'une description des propriétés thermodynamiques grossières. Ce dernier est parfaitement suffisant pour avoir des discussions approfondies sur la biologie pertinente.

Obligations "Haute Energie"

Qu'en est-il du terme « liaison à haute énergie » que nous entendons si souvent associé à l'ATP ? S'il n'y a rien de « spécial » dans les liaisons de l'ATP, pourquoi entendons-nous toujours le terme « liaisons à haute énergie » associé à la molécule ? La réponse est d'une simplicité trompeuse. En biologie, le terme « liaison à haute énergie » est utilisé pour décrire une réaction exergonique impliquant l'hydrolyse de la liaison en question qui entraîne un « grand » changement négatif de l'énergie libre. N'oubliez pas que ce changement d'énergie libre n'a pas seulement à voir avec la liaison en question, mais plutôt la somme de tous les réarrangements de liaison dans la réaction. Qu'est-ce qui constitue un grand changement? C'est une affectation plutôt arbitraire généralement associée à une quantité d'énergie associée aux types de réactions anaboliques que nous observons généralement en biologie. S'il y a quelque chose de spécial dans les liaisons de l'ATP, ce n'est pas uniquement lié à l'énergie libre de l'hydrolyse, car il existe de nombreuses autres liaisons dont l'hydrolyse entraîne des différences négatives plus importantes dans l'énergie libre.


Figure 2. L'énergie libre d'hydrolyse de différents types de liaisons peut être comparée à celle de l'hydrolyse de l'ATP. La source: http://bio.libretexts.org/Core/Biochemistry/Oxidation_and_Phosphorylation/ATP_and_Oxidative_Phosphorylation/Properties_of_ATP


Tableau 1. Tableau des molécules phosphorylées cellulaires communes et de leurs énergies libres respectives d'hydrolyse.

Lien externe discutant de l'énergétique du couplage de l'hydrolyse de l'ATP à d'autres réactions


Discussion possible au N.-B. Point

Vous venez de lire sur deux molécules importantes : le NADH/NAD+ et l'ATP. Dans quels contextes/processus biologiques vous attendez-vous à voir NADH/NAD+ ? Et l'ATP ? Pouvez-vous dire ce que vous savez jusqu'à présent sur la relation entre le NADH/NAD+ et l'ATP ? Prenez un moment pour identifier les lacunes de compréhension que vous pourriez avoir : quelles questions vous reste-t-il après avoir lu le texte ? Aidez vos pairs avec leurs questions/discussions pour renforcer vos propres connaissances !


Le cyclisme des piscines ATP

Les estimations du nombre de molécules d'ATP dans une cellule humaine typique vont de ~ 3x107 (~5x10-17 moles d'ATP/cellule) dans un globule blanc à 5x109 (~9x10-15 moles d'ATP/cellule) dans une cellule cancéreuse active. Bien que ces chiffres puissent sembler importants et déjà étonnants, considérez qu'il est estimé que ce pool d'ATP se transforme (devient ADP puis redevient ATP) 1,5 fois par minute. L'extension de cette analyse donne l'estimation que ce chiffre d'affaires quotidien équivaut à peu près à l'équivalent d'un poids corporel d'ATP transformé par jour. Autrement dit, si aucun renouvellement/recyclage de l'ATP ne se produisait, il faudrait un poids corporel d'ATP pour que le corps humain fonctionne, d'où notre caractérisation précédente de l'ATP en tant que dispositif de transfert d'énergie « à court terme » pour la cellule.

Alors que le pool d'ATP/ADP peut être recyclé, une partie de l'énergie qui est transférée dans les nombreuses conversions entre l'ATP, l'ADP et d'autres biomolécules est également transférée dans l'environnement. Afin de maintenir les pools d'énergie cellulaire, l'énergie doit également être transférée de l'environnement. D'où vient cette énergie ? La réponse dépend beaucoup de l'endroit où l'énergie est disponible et des mécanismes que la nature a mis au point pour transférer l'énergie de l'environnement aux vecteurs moléculaires comme l'ATP. Dans presque tous les cas, cependant, le mécanisme de transfert a évolué pour inclure une certaine forme de chimie redox.

Dans cette section et dans les sections qui suivent, nous nous intéressons à l'apprentissage de quelques exemples critiques de transfert d'énergie à partir de l'environnement, des principaux types de réactions chimiques et biologiques impliquées dans ce processus, et des réactions biologiques clés et des composants cellulaires associés au flux d'énergie entre les différentes parties du système vivant. Nous nous intéressons d'abord aux réactions impliquées dans la (re)génération d'ATP dans la cellule (pas celles impliquées dans la création du nucléotide en soi mais plutôt celles associées au transfert des phosphates sur l'AMP et l'ADP).

Lien vidéo

Pour une autre perspective - y compris les endroits où vous verrez l'ATP dans Bis2a, jetez un œil à cette vidéo (10 minutes) en cliquant ici.

Comment les cellules génèrent-elles de l'ATP ?

Une variété de mécanismes ont émergé au cours des 3,25 milliards d'années d'évolution pour créer l'ATP à partir de l'ADP et de l'AMP. La plupart de ces mécanismes sont des modifications sur deux thèmes : la synthèse directe d'ATP ou la synthèse indirecte d'ATP avec deux mécanismes de base appelés respectivement sphosphorylation au niveau du substrat (SLP) et la phosphorylation oxydative. Les deux mécanismes reposent sur des réactions biochimiques qui transfèrent l'énergie d'une source d'énergie à l'ADP ou à l'AMP pour synthétiser l'ATP. Ces sujets sont importants, ils seront donc discutés en détail dans les prochains modules.

Glycolyse : un aperçu

Les organismes, qu'ils soient unicellulaires ou multicellulaires, doivent trouver des moyens d'obtenir au moins deux éléments clés de leur environnement : (1) de la matière ou des matières premières pour maintenir une cellule et construire de nouvelles cellules et (2) de l'énergie pour aider à rester en vie. et se reproduire. L'énergie et les matières premières peuvent provenir de différents endroits. Par exemple, les organismes qui récupèrent principalement l'énergie de la lumière du soleil obtiendront des matières premières pour construire des biomolécules à partir de sources comme le CO2.

En revanche, certains

les organismes s'appuient sur des réactions red/ox avec de petites molécules et/ou des métaux réduits pour l'énergie et obtiennent leurs matières premières pour construire des biomolécules à partir de composés non connectés à la source d'énergie. Pendant ce temps, certains organismes (y compris nous-mêmes) ont évolué pour obtenir de l'énergie ET des matières premières pour la construction et l'entretien cellulaire à partir de sources parfois associées.

La glycolyse est la première voie métabolique discuté dans BIS2A;

une

La voie métabolique est une série de réactions biochimiques liées. En raison de son ubiquité en biologie, nous émettons l'hypothèse que la glycolyse était probablement l'une des premières voies métaboliques à évoluer (nous en parlerons plus tard). La glycolyse est une voie métabolique en dix étapes qui

est centré

sur le traitement du glucose à la fois pour l'extraction d'énergie à partir d'un combustible chimique et pour le traitement des carbones du glucose en diverses autres biomolécules (dont certaines sont des précurseurs clés de nombreuses biomolécules beaucoup plus complexes). Nous examinerons donc notre étude de la glycolyse en utilisant les préceptes exposés dans la rubrique défi énergétique qui nous demandent

d'envisager formellement

ce qui arrive à la fois à la matière et à l'énergie dans ce processus en plusieurs étapes.

L'histoire de l'énergie et le défi de conception de la glycolyse

Notre enquête sur la glycolyse est une bonne occasion d'examiner un processus biologique en utilisant à la fois l'histoire de l'énergie et les rubriques et perspectives du défi de conception.

La rubrique du défi de conception essaiera de vous amener à réfléchir activement, de manière générale et spécifique, aux raisons pour lesquelles nous étudions cette voie – qu'est-ce qui est si important à ce sujet ? Quels « problèmes » l'évolution d'une voie glycolytique permet-elle à la vie de résoudre ou de surmonter ? Nous voudrons également réfléchir à d'autres moyens de résoudre les mêmes problèmes et pourquoi ils peuvent ou non avoir évolué. Plus tard, nous examinerons une hypothèse sur la façon dont cette voie - et d'autres voies liées - ont pu évoluer, et réfléchir à des stratégies alternatives pour satisfaire diverses contraintes sera alors utile.

Nous vous demandons de réfléchir à la glycolyse à travers le prisme d'une histoire énergétique dans laquelle vous examinez le processus en 10 étapes comme un ensemble d'entrées et de sorties de matière et d'énergie, un processus avec un début et une fin. En prenant ce

approcher

vous apprendrez non seulement sur

glycolyse,

mais aussi certaines compétences requises pour lire et interpréter d'autres voies biochimiques.


Donc qu'est-ceglycolyse? Découvrons-le.

Figure 1. Les dix réactions biochimiques deglycolysesont indiqués.Les enzymes sont étiquetéesdansbleu. La structure de chaque composé dérivé du sucreest illustrécomme modèle moléculaire ;d'autres réactifs et produits peuvent être abrégés(par exemple, ATP, NAD+, etc.). La boîte entourant la réactioncatalysépar la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénaseindiqueque cette réaction est d'un intérêt particulier dans le cours. Attribution:Marc T. Facciotti (œuvre originale)

Table1. Ce tableau montre glycolytique enzymes et mesures de l'énergie à l'état standard (ΔG°'/(kJ/mole)) par rapport à des mesures effectuées sur une cellule vivante (ΔG/(kJ/mole)). Dans des conditions de température et de pression constantes, (ΔG°'/(kJ/mole)), des réactions se produiront dans le sens qui conduit à une diminution de la valeur de l'énergie libre de Gibbs. Les mesures cellulaires de ΔG peuvent être très différentes des mesures de ΔG°' en raison des conditions cellulaires, telles que les concentrations de métabolites pertinents,etc. Il y a trois grosses gouttes de ΔG négatives dans la cellule en cours de glycolyse. Nous considérons que ces réactions sont irréversibles et font souvent l'objet d'une réglementation.

EnzymeÉtapeG/(kJ/mol)G°'/(kJ/mol)
Hexokinase1-34-16.7
Phosphoglucose isomérase2-2.91.67
Phosphofructokinase3-19-14.2
Fructose-bisphosphatealdolase4-0.2323.9
Triose phosphate isomérase52.47.56
Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase6-1.296.30
Phosphoglycérate kinase70.09-18.9
Phosphoglycérate mutase80.834.4
Enolase91.11.8
Pyruvate kinase10-23.0-31.7

Globalement, la voie glycolytique comprend 10 étapes catalysées par des enzymes. L'entrée principale dans cette voie est une seule molécule de glucose, bien que nous découvrions que d'autres molécules peuvent entrer dans cette voie à différentes étapes. Nous concentrerons notre attention sur (1) les conséquences du processus global, (2) plusieurs réactions clés qui mettent en évidence d'importants types de principes biochimiques et biochimiques que nous voudrons appliquer à d'autres contextes, et (3) les destins alternatifs des intermédiaires et produits de cette voie.

Notez pour référence que la glycolyse est un anaérobie traiter. Il n'y a aucune exigence d'oxygène moléculaire dans la glycolyse - l'oxygène gazeux n'est un réactif dans aucune des réactions chimiques de la glycolyse. La glycolyse se produit dans le cytosol ou cytoplasme de cellules. Pour une courte vidéo YouTube de présentation de la glycolyse (trois minutes), cliquez ici.

Première moitié de la glycolyse : phase d'investissement énergétique

Nous appelons généralement les premières étapes de la glycolyse une "phase d'investissement énergétique" de la voie. Ceci, cependant, n'a pas beaucoup de sens intuitif (dans le cadre d'un défi de conception ; il n'est pas clairproblèmecet investissement énergétique résout) si l'on considère seulement la glycolyse comme une voie « productrice d'énergie » et jusqu'à ces étapes de glycolysesont misdans un contexte métabolique plus large. Nous essaierons de construire cette histoire au fur et à mesure, alorspour l'instant rappelons simplement que nous avons mentionné que certaines premières étapes sont souvent associéesavec des investissements énergétiques et des idées comme « piégeage » et « engagement » quisont notésdans la figure ci-dessous.

Étape 1 de la glycolyse :

La première étape de la glycolyse, illustrée ci-dessous dans la figure 2, est le glucose étantcatalysépar l'hexokinase, une enzyme avecvastespécificité quicatalysela phosphorylation des sucres à six carbones. Hexokinasecatalysela phosphorylation du glucose, où le glucose et l'ATP sont des substrats pour la réaction, produisant une molécule appelée glucose 6-phosphate et ADP en tant que produits.

Figure 2. La première moitié de la glycolyseest appeléla phase d'investissement énergétique. Dans cette phase, la cellule dépense deux ATP dans les réactions. Attribution:Marc T. Facciotti (œuvre originale)

Noter:
Le paragraphe ci-dessus indique que l'enzyme hexokinase a une "large spécificité". Cela signifie qu'il peutcatalyserréactions avec différents sucres, pas seulement le glucose. D'un point de vue moléculaire, pouvez-vous expliquer pourquoi cela pourrait être le cas ? Cela remet-il en cause votre conception de la spécificité enzymatique ? Si vous recherchez le terme « promiscuité enzymatique » sur Google (ne vous inquiétez pas, c'est sans danger pour le travail), vous obtiendrez, espérons-le, une appréciation plus large de la sélectivité et de l'activité des enzymes.

La conversion du glucose en glucose 6-phosphate chargé négativement réduit considérablement la probabilité que le glucose phosphorylé quitte la cellule par diffusion à travers l'intérieur hydrophobe de la membrane plasmique. Il "marque" également le glucose d'une manière qui le marque pendant plusieurspossibledestins (voir la figure 3).

Figure 3. A noter que cette figure montre que le glucose 6-phosphate peut, selon les conditions cellulaires,être dirigéà des destins multiples. Bien qu'il soit un composant de la voie glycolytique, iln'est pas seulement impliquédans la glycolyse mais aussi dans le stockage d'énergie sous forme de glycogène (coloré en cyan) et dans la construction de diverses autres molécules comme les nucléotides (colorés en rouge). La source:Marc T. Facciotti (œuvre originale)

Comme le montre la figure 3, la glycolyse n'est qu'un des destins du glucose 6-phosphate (G6P). Selon les conditions cellulaires, le G6P peutêtre détournéà la biosynthèse du glycogène (pour le stockage de l'énergie), ouil peut être détournédans la voie des pentoses phosphates pour la biosynthèse de diverses biomolécules, y compris les nucléotides. Cela signifie que le G6P, tout en étant impliqué dans la voie glycolytique,n'est pas uniquement étiquetépour l'oxydation à cette phase. Peut-être montrant le contexte plus large que cette moléculeest impliquédans (en plus dele raisonnement selon lequel le marquage du glucose avec un phosphate diminue la probabilité qu'il quitte la cellule) aide à expliquer leapparemmentraison contradictoire (si vous ne considérez que la glycolyse comme un processus "producteur d'énergie") de transférer de l'énergie de l'ATP sur le glucose si ce n'est que pourêtre oxydéplus tard, c'est-à-dire le glucosen'est pas seulement utilisépar la cellule pour récolter de l'énergie et plusieurs autres voies métaboliques dépendent dele transfert dele groupe phosphate.

Étape 2 de la glycolyse :

Dans la deuxième étape de la glycolyse, un isomérasecatalysela conversion du glucose 6-phosphate en l'un de ses isomères, le fructose 6-phosphate. Un isomérase est une enzyme quicatalysela conversion d'une molécule en l'un de ses isomères.

Étape 3 de la glycolyse :

La troisième étape de la glycolyse est la phosphorylation du fructose 6-phosphate,catalysépar l'enzyme phosphofructokinase. Une deuxième molécule d'ATP donne un phosphate au fructose 6-phosphate, produisant du fructose1,6-bisphosphateet ADP en tant que produits. Dans cette voie, la phosphofructokinase est une enzyme limitante, et son activitéest strictement réglementé. Ceestallostériquementactivépar l'AMP lorsque la concentration d'AMP est élevée et lorsqu'elleest modérémentallostériquementinhibépar ATP sur le même site. Le citrate, un composé dont nous parlerons bientôt, agit également comme un allostérique régulateur de cette enzyme. De cette façon, la phosphofructokinase surveille ou détecte les indicateurs moléculaires de l'état énergétique des cellules et peut en réponse agir comme un interrupteur qui active ou désactive le flux du substrat à travers le reste de la voie métabolique selon qu'il y a « suffisamment » ATP dans le système. La conversion du fructose 6-phosphate en fructose1,6-bisphosphateest parfois référécomme étape d'engagement de la cellule à l'oxydation de la molécule dans le reste de la voie glycolytique en créant un substrat pour et en aidantconduire énergiquementla prochaine étape hautement endergonique (dans des conditions standard) de la voie.

Étape 4 de glycolyse :

Dans la quatrième étape de la glycolyse, une enzyme, le fructose-bisphosphatealdolase, clive1,6-bisphosphateen deux isomères à trois carbones : le phosphate de dihydroxyacétone et le glycéraldéhyde3-phosphate.

Deuxième moitié : phase de retour énergétique

Considérée en l'absence d'autres voies métaboliques, la glycolyse a jusqu'à présent coûté à la cellule deux molécules d'ATP et produit deux petites molécules de sucre à trois carbones : le dihydroxyacétone phosphate (DAP) et le glycéraldéhyde 3-phosphate (G3P). Considéré dans un contexte plus large, cet investissement d'énergie pour produire une variété de molécules qui peuvent

être utilisé

dans une variété d'autres voies ne semble pas être un si mauvais investissement.

Le DAP et le G3P peuvent passer par la seconde moitié de la glycolyse. Examinons maintenant ces réactions.

Figure 4. La seconde moitié de la glycolyseest appeléla phase de retour énergétique. Dans cette phase, la cellule gagne deux composés ATP et deux composés NADH. A la fin de cette phase, le glucose s'est partiellement oxydé pour former du pyruvate. Attribution:Marc T. Facciotti (œuvre originale).

Étape 5 de la glycolyse :

Dans la cinquième étape de la glycolyse, une isomérase transforme le phosphate de dihydroxyacétone en son isomère, le glycéraldéhyde 3-phosphate. Le glucose à six carbones a donc maintenantété convertien deux molécules phosphorylées à trois carbones de G3P.

Étape 6 de la glycolyse :

La sixième étape est la clé et celle à partir de laquelle nous pouvons maintenant tirer parti de notre compréhension des différentes réactions chimiques que nous avons étudiées jusqu'à présent. Situ escentrée sur l'énergie, c'est enfin une étape de glycolyse où une partie du sucre réduit s'oxyde. La réactionest catalysépar l'enzyme glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase. Cette enzyme catalyse une réaction en plusieurs étapes entre trois substrats : le glycéraldéhyde 3-phosphate, le cofacteur NAD+, et le phosphate inorganique (Pje)—et produit trois produits : 1,3-bisphosphoglycérate, NADH et H+. On peut considérer cette réaction comme deux réactions : (1) une réaction d'oxydation/réduction et (2) une réaction de condensation dans laquelleun phosphate inorganique est transférésur une molécule. Ici, la réaction red/ox, un transfert d'électrons de G3P vers NAD+, est exergonique et le transfert de phosphate est endergonique. Le net la norme le changement d'énergie libre oscille autour de zéro, nous en reparlerons plus tard. L'enzyme agit ici comme un couplage agent pour coupler l'énergétique de la réaction exergonique à celle de la réaction endergonique, faisant ainsi avancer les deux. Ce processus se produit par un mécanisme en plusieurs étapes dans le site actif de l'enzyme et implique l'activité chimique d'une variété de groupes fonctionnels.

Il est important de noter que cette réaction dépend de la disponibilité de la forme oxydée du porteur d'électrons, NAD+. Si l'on considère qu'il existe un pool limitant de NAD+, nous pouvons alors conclure que la forme réduite du support (NADH) doit s'oxyder en continu en NAD+ pour continuer cette étape. Si NAD+ n'est pas disponible, la seconde moitié de la glycolyse ralentit ou s'arrête.


Discussion possible au N.-B. Point

Pouvez-vous écrire une histoire d'énergie pour l'étape 6 de la glycolyse (la réactioncatalysépar la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase) ? Lorsque vous parlez d'énergie, décrivez simplement si les étapes sont exergoniques ou endergoniques. En groupe, essayez de construire une version de plus en plus « experte » qui soit complète, brève et utilise desvocabulaire. Modifiez les textes des autres de manière polie et constructive.


Étape 7 de la glycolyse :

Dans la septième étape de la glycolyse, catalysée par la phosphoglycérate kinase (une enzyme nommée pour la réaction inverse), 1,3-bisphosphoglycératetransfère un phosphate à l'ADP, formant une molécule d'ATP et une molécule de 3-phosphoglycérate. Cette réaction est exergonique et est également un exemple de phosphorylation au niveau du substrat.

Étape 8 de la glycolyse :

Dans la huitième étape, le groupe phosphate restant dans le 3-phosphoglycérate passe du troisième carbone au deuxième carbone, produisant du 2-phosphoglycérate (un isomère du 3-phosphoglycérate). L'enzymecatalysercette étape est une mutase (isomérase).

Étape 9 de la glycolyse :

Enolasecatalysela neuvième étape. Cette enzyme provoque2-phosphoglycérate pour perdre de l'eau de sa structure ;cetteest une réaction de déshydratation, entraînant la formation d'une double liaison qui augmente l'énergie potentielle dans la liaison phosphate restante et produit du phosphoénolpyruvate (PEP).

Étape 10 de la glycolyse :

La dernière étape de la glycolyseest catalysépar l'enzyme pyruvate kinase (l'enzyme dans ce casest appelépour la réaction inverse de conversion du pyruvate en PEP) et aboutit à la production d'une deuxième molécule d'ATP par phosphorylation au niveau du substrat et du composé acide pyruvique (ou sa forme de sel, le pyruvate). De nombreuses enzymes dans les voies enzymatiquessont nomméspour les réactions inverses, car l'enzyme peut catalyser à la fois des réactions directes et inverses (celles-ci peuvent avoirété décritd'abord par la réaction inverse qui a lieu in vitro, dans des conditions non physiologiques).

Résultats de la glycolyse

Voici quelques éléments à prendre en compte :

L'un des résultats clairs de la glycolyse est la biosynthèse de composés qui peuvent entrer

dans

une variété de voies métaboliques. De même, des composés provenant d'autres voies métaboliques peuvent alimenter la glycolyse à différents endroits. Ainsi, cette voie peut faire partie d'un échange central pour le flux de carbone au sein de la cellule.

Si la glycolyse dure assez longtemps, l'oxydation constante du glucose avec le NAD+ peut laisser la cellule avec un problème : comment régénérer le NAD+ à partir des deux molécules de NADH produites. Si la cellule ne régénère pas le NAD+, presque tous les NAD+ de la cellule se transformeront en NADH. Alors, comment les cellules régénèrent-elles le NAD+?

Pyruvate

n'est pas complètement oxydé

; Il reste encore de l'énergie à extraire. Comment cela peut-il arriver ? Aussi, que devrait faire la cellule avec tout ce NADH ? Y a-t-il de l'énergie à extraire ?


Discussion possible au N.-B. Point

Pour certains, le fait que la glycolyse soit une voie si complexe et en plusieurs étapes peut sembler contre-intuitif : « Pourquoi l'évolution ne conduirait-elle pas à une façon *simple* d'extraire l'énergie de la nourriture puisque l'énergie est une exigence importante pour la vie ? » Expliquez la nécessité/l'avantage de décomposer le glucose en plusieurs étapes.


Phosphorylation au niveau du substrat (SLP)

La voie la plus simple pour synthétiser l'ATP est la phosphorylation au niveau du substrat. Molécules d'ATPSont générés(c'est-à-dire régénéré à partir d'ADP) en raison d'une réaction chimique qui se produit dans les voies cataboliques. Un groupe phosphateest retiréà partir d'un réactif intermédiaire dans la voie, et l'énergie libre de la réaction est utilisée pour ajouter le troisième phosphate à une molécule d'ADP disponible, produisant de l'ATP. Cette méthode très directe de phosphorylationest appeléphosphorylation au niveau du substrat (SLP). Nous pouvons trouver la SLP dans une variété de réactions cataboliques, notamment dans deux réactions spécifiques de la glycolyse (dont nous parlerons spécifiquement plus tard). La réaction nécessite un composé intermédiaire à haute énergie dont l'énergie libre d'oxydation peut entraîner la synthèse d'ATP.

Figure 5. Voici un exemple de phosphorylation au niveau du substrat se produisant dans la glycolyse. Il y a un transfert direct d'un groupe phosphate du composé carboné sur l'ADP pour former l'ATP. Attribution:Marc T. Facciotti (propre travail)

Dans cette réaction, les réactifs sont un composé carboné phosphorylé appelé G3P (issu de l'étape 6 de la glycolyse) et une molécule d'ADP, et les produits sont le 1,3-BPG et l'ATP. Le transfert du phosphate de G3P à ADP pour former de l'ATP dans le site actif de l'enzyme est la phosphorylation au niveau du substrat. Cela se produit deux fois dans la glycolyse et une fois dans le cycle du TCA (pour une lecture ultérieure).



Commentaires:

  1. Kazrahn

    Bravo, quelle phrase ..., l'idée brillante

  2. Rashaad

    sans variantes ...

  3. Macmaureadhaigh

    Ceci est une convention

  4. Grojas

    Ouais, les gars sont sortis :o)



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