Les réactions responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule

Mise en évidence

Introduction et mise en évidence des réactions responsables de la consommation de la matière organique et la libération de l'énergie Chaque cellule vivante a besoin de l’énergie, cette énergie est d’une forme chimique et d’origine organique représentée par les molécules d’ATP (Adénosine triphosphate), une forme d’énergie emmagasinée au sein de la matière organique, et qui de ce fait doit être libérée par les cellules consommatrice de la matière organique selon des procédés bien définis. L’Energie ainsi libérée aura maintes voies antérieures, elle serait soit employée lors des différentes activités cellulaire (telle que la contraction cellulaire) soit pour régénérer les cellules ou les composantes cellulaires, soit tout simplement dégagée sous forme d’Energie thermique (la chaleur).

• Quelles seront, donc, les réactions responsables de la libération de l’énergie ?
• Comment cette énergie libérée sera utilisée lors des activités cellulaires ?
• Comment la cellule régénère-t-elle les molécules énergétiques consommées ?

La glycolyse : une phase commune aux voies de la dégradation des métabolites

La matière organique consommée par les êtres animaux est exposée à de nombreuses réactions qui ont comme objectif l’extraction de son énergie ; or ces réactions respectent les conditions de vie des cellules (nature du milieu, nature du substrat organique consommé, les organites cellulaires…). Ces réactions diffèrent surtout suivant la présence ou l’absence de l’oxygène dans le milieu externe.

• Quels sont les types de réactions responsables de la libération de l’énergie à partir de la matière organique ?
• Comment peut-on distinguer chaque type de réactions ?

La glycolyse ou l’initiation de la dégradation des substrats On considère la glycolyse comme étant une phase initiale de la dégradation de la matière organique quel que soit la nature du milieu (présence ou absence de l’oxygène) et on l’appelle ainsi, une phase commune. La glycolyse se fait toujours dans le Cytosol (cytoplasme dépourvu de tout organite) appelé aussi Hyaloplasme. Cette première étape se fait selon une suite de réactions Qu’on peut diviser en trois grandes parties (figure 1) :

Du glucose au fructose diphosphate

De point de vue énergétique, cette première partie est consommatrice de l’énergie puisqu’elle dégrade 2 ATP au lieu d’en fournir.

• Du fructose diphosphate aux 2 phosphoglycérides

Débute par la division de la molécule du fructose diphosphate en formant deux types de molécules énergétiques :

• 2 ATP: (adenosine triphosphate) 2ADP + 2Pi -------> 2 ATP
• 2 NADH, H+: (forme réduite du nicotinamide adénine dinucléotide)

2NAD+ + 4H+ + 4e- -------> 2NADH,H+ ( NADH2)

La molécule du NADH2 est riche en énergie et vaut 3TP mais la synthèse de ces derniers ne sera effective qu’après l’oxydation du NADH2. On doit noter aussi que dans d’autres cas on aura la formation de molécules similaires à la NADH2 mais en teneur énergétique un peu moins faible, on parle du FADH2 qui vaut juste 2ATP après oxydation ; On appelle les deux molécules NADH2 et FADH2 des navettes et jouent un rôle bien important au cours de l’oxydation (dégradation) du glucose puisqu’elles seront des transporteurs des électrons et protons prélevés du substrat initial (le glucose).

• Du phosphoglycerate au pyruvate:

Chaque molécule de phosphoglycérate subit des transformations et perte d’un Pi qui se combine à 1 ADP pour donner une molécule d’ATP et le produit final de la glycolyse : l’acide pyruvique appelé aussi pyruvate. Durant cette partie on assiste à la synthèse de 2 ATP On peut, ainsi, résumer la glycolyse en une réaction bilan (globale) comme suite :

• Le bilan énergétique de la glycolyse: 2ATP + 2NADH, H+ (ou 2 FADH2) C’est-à-dire de 8 ATP à 6 ATP.   (pour le programme marocain on considère ce bilan équivalent à 8ATP)

Cette série de réactions d’oxydation du glucose dans le Cytosol (glycolyse) ne peut avoir lieu qu’en présence d’autres réactions qui se font en même temps (la phosphorylation de l’ADP et la réduction des NAD+ ou FAD) et c’est pour cette raison qu’on les a appelé des réactions couplées. Après la glycolyse, le produit final (2 pyruvates) prend deux destinées différentes selon la présence ou l’absence du dioxygène.

• En absence du O2: La dégradation des pyruvates continue dans le Cytosol.
• En présence du O2: la dégradation des pyruvates se fera dans la mitochondrie.

La dégradation des pyruvates au sein de la mitochondrie