Par Kevin Beck – Mis à jour le 24 mars 2022

Le glucose, un sucre à six carbones, est le carburant universel qui alimente chaque cellule vivante. Qu'il s'agisse au départ d'un steak, d'une proie animale ou d'une matière végétale, le métabolisme cellulaire transforme finalement le glucose en la monnaie énergétique de la vie :l'adénosine triphosphate (ATP).
Le glucose est un hexose monosaccharide (C6 H12 O6 , 180 g/mole). Il contient une seule unité de sucre et ses atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène sont dans un rapport de 1:2:1, un modèle partagé par tous les glucides (CnH2n Activé). D'autres monosaccharides comprennent le fructose, tandis que les disaccharides tels que le saccharose, le lactose et le maltose combinent deux monosaccharides.
L'ATP est un nucléotide composé d'adénosine (adénine + ribose) liée à trois groupes phosphate. Il est produit par phosphorylation de l'adénosine diphosphate (ADP). Lorsque la liaison phosphate terminale de l’ATP est hydrolysée, l’ADP et le phosphate inorganique (Pi) sont libérés. Cette liaison à haute énergie fait de l'ATP le principal vecteur d'énergie pour presque tous les processus cellulaires.
La respiration cellulaire est la série de voies qui convertissent le glucose en ATP, dioxyde de carbone et eau en présence d'oxygène. La stœchiométrie globale est :
C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2 O
Trois étapes séquentielles sous-tendent ce processus :
La glycolyse est obligatoire pour toutes les cellules; le cycle de Krebs et l'ETC nécessitent de l'oxygène et font donc partie de la respiration aérobie.
Le glucose est d'abord phosphorylé en glucose‑6‑phosphate (G6P), le liant ainsi au métabolisme. Des réarrangements ultérieurs et une seconde phosphorylation produisent du fructose‑1,6‑bisphosphate. Ces étapes initiales consomment deux molécules d'ATP, qui sont ensuite récupérées.
Le fructose‑1,6‑bisphosphate se divise en deux unités à trois carbones, formant finalement deux molécules de glycéraldéhyde‑3‑phosphate (G3P). Chaque G3P subit une oxydation pour produire du NADH puis est converti en pyruvate, générant deux ATP par G3P. Étant donné que deux G3P proviennent de chaque glucose, la phase ultérieure produit quatre ATP et deux NADH, ce qui donne un gain net de deux ATP et deux NADH pour l'ensemble de la voie glycolytique.
Le pyruvate pénètre dans la mitochondrie et est converti en acétyl‑CoA, libérant un CO2 et générer un NADH. Deux molécules d'acétyl‑CoA par glucose alimentent le cycle de Krebs en huit étapes, qui produit un ATP, trois NADH et un FADH2 par tour. Ainsi, par glucose, le cycle apporte deux ATP, six NADH et deux FADH2 .
Les porteurs d'électrons produits aux stades antérieurs transportent les électrons vers l'ETC, établissant un gradient de protons à travers la membrane mitochondriale interne. La phosphorylation oxydative utilise ce gradient pour phosphoryler l'ADP, produisant ainsi de l'ATP. Chaque NADH produit environ trois ATP, et chaque FADH2 donne environ deux ATP. Avec dix NADH et deux FADH2 par glucose, l'ETC génère 34 ATP, qui, combinés aux 4 ATP produits plus tôt, totalisent jusqu'à 38 ATP par molécule de glucose dans les cellules eucaryotes.
Comprendre ces voies met en évidence la façon dont chaque cellule vivante exploite le glucose pour alimenter la myriade de fonctions de la vie.