Mécanisme enzymatique de la fermentation du pyruvate en lactate

Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour réaliser leurs fonctions. Dans une première partie nous verrons comment se déroule la respiration cellulaire. Nous aborderons dans un premier temps la réaction de glycolyse, nous verrons ensuite le cycle de Krebs et l’étape membranaire de la respiration cellulaire. Les différents compartiments cellulaires sont séparés par centrifugation. L’acide pyruvique est une molécule biologique majeure impliquée dans de nombreux métabolismes cellulaires. Il n’y a aucun échange gazeux enregistré dans le noyau ou dans la fraction réticulum quel que soit le milieu. Dans la fraction cytosol, on enregistre un dégagement de dioxyde de carbone en présence de glucose uniquement. Dans la fraction mitochondries, on enregistre un dégagement de dioxyde de carbone et une consommation de dioxygène uniquement lorsque le milieu est enrichi en acide pyruvique. Dans la fraction cytosol, le glucose est consommé pour dégager du dioxyde de carbone et produire de l’acide pyruvique. Enfin, les mitochondries sont le siège de la respiration cellulaire. En effet, il y a dégagement de dioxyde de carbone et consommation de dioxygène. Réaction qui se déroule dans le cytoplasme de la cellule qui permet l’oxydation du glucose en pyruvate. Cette oxydation est couplée à la réduction du composé $R'$ en un composé réduit $R'H_2$. C’est une réaction d’oxydation du glycose qui ne nécessite pas de dioxygène. On dit que la glycolyse est une oxydation incomplète du glucose car les atomes du carbone du glucose se retrouvent dans une molécule organique qu’est le pyruvate. Cette molécule organique va permettre elle aussi une production d’énergie dans la cellule. La respiration cellulaire a lieu dans les mitochondries. Une mitochondrie est constituée de deux membranes, une membrane interne et une membrane externe. Ces deux membranes délimitent un espace appelé espace intermembranaire. Pendant ce cycle, le pyruvate est oxydé totalement. Une molécule de pyruvate donne trois molécules de dioxyde de carbone. Pour produire des molécules d’ATP supplémentaires, ce sont les composés réduits $R'H_2$ qui vont être réoxydés. La dernière étape de la respiration cellulaire se déroule dans les crêtes des mitochondries. Ainsi, les électrons s’échangent de part en part le long de chaîne respiratoire par des réactions d’oxydoréduction. Ces réactions permettent de réoxyder le composé réduit $R'H_2$ en un composé $R'$. Les différentes réactions d’oxydoréduction permettent le passage de manière active de protons H+ dans l’espace intermembranaire. Il se crée alors une différence de concentration en ions H+ entre l’espace intermembranaire et la matrice. La membrane étant imperméable, ce sont des protéines membranaires, appelées ATP synthétases, qui permettent le retour des protons H+ dans la matrice de la mitochondrie afin de rééquilibrer la concentration en ions H+. Pour une molécule de glucose, 2 composés $R'H_2$ sont produits au cours de la glycolyse et 10 composés $R'H_2$ sont produits au cours du cycle de Krebs. La respiration cellulaire est la voie métabolique complète de dégradation du glucose. Elle débute par la glycolyse du glucose qui permet la formation d’acide pyruvique dans le cytoplasme de la cellule. Les autres étapes se passent dans les mitochondries et nécessitent du dioxygène. La glycolyse nécessite une molécule de glucose pour former deux molécules de pyruvate, deux molécules d’ATP et deux composés réduits $R'H_2$. Enfin, la dernière étape mitochondriale qui correspond à l’oxydation de 6 molécules de dioxygène pour former 12 molécules d’eau entraine la formation de 32 molécules d’ATP. Certaines cellules peuvent vivre en anaérobie c’est-à-dire privée d’oxygène. Quel que soit le type de fermentation, la première étape est toujours, comme pour la respiration, la glycolyse qui a lieu dans le cytoplasme de la cellule. Lors de la fermentation lactique, le pyruvate est réduit en acide lactique. Cette étape, comme la glycolyse, se déroule dans le cytoplasme de la cellule. Lors de cette réaction, les composés $R'H_2$ produits lors de la glycolyse sont réoxydés en composés $R'$. Lors de la fermentation alcoolique, le pyruvate est réduit en éthanol. Comme pour la fermentation lactique, ici toutes les étapes se déroulent dans le cytoplasme de la cellule. Là encore, les composés $R'H_2$ produits lors de la glycolyse sont réoxydés en composés $R'$. C’est la voie métabolique cytoplasmique de dégradation incomplète du glucose. Tous les organismes vivants nécessitent de l’énergie pour fonctionner. Cette énergie peut être obtenue par des voies bien distinctes : la respiration cellulaire et la fermentation. Quelle que soit la voie empruntée, la première étape se déroule dans le cytoplasme de la cellule, c’est la glycolyse. La glycolyse permet d’oxyder le glucose en pyruvate. La fermentation se déroule toujours dans le cytoplasme de la cellule et en anaérobie. Lors de la fermentation, l’énergie est synthétisée uniquement à l’étape de glycolyse. Contrairement à la fermentation, la respiration nécessite du dioxygène. Après l’étape cytoplasmique de la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire se déroulent dans les mitochondries. Le rendement énergétique de la respiration est de 40 % contre un rendement de seulement 2 % pour les fermentations. L'acide pyruvique, (CH3COCOOH), est un acide organique qui se produit probablement dans toutes les cellules vivantes. En refroidissant, il forme des cristaux qui fondent à 13,6 °C. L'acide pyruvique n'est pas un nutriment essentiel puisqu'il peut être synthétisé dans les cellules du corps. L'acide pyruvique est un composé intermédiaire dans le métabolisme des glucides, des protéines et des graisses. L'acide pyruvique n'est pas un nutriment essentiel puisqu'il peut être synthétisé dans les cellules du corps. Par exemple, une pomme rouge de taille moyenne contient environ 450 milligrammes. L'acide pyruvique est formé en tant que produit final de la glycolyse, un processus qui décompose le glucose (une molécule à six carbones) en deux molécules de pyruvate (une molécule à trois carbones) et produit simultanément un petit gain net de la molécule universelle de stockage d'énergie, l'adénosine. 1. L'oxydation du glucose, ainsi que d'autres molécules organiques, permet de fournir aux cellules eucaryotes l'énergie dont elles ont besoin. En l'absence d'oxygène (anaérobiose), certaines cellules pratiquent la fermentation ou oxydation incomplète du glucose. 2. La glycolyse produit le pyruvate, molécule apte à franchir l'enveloppe de la mitochondrie où elle va subir une oxydation complète lors du cycle de Krebs. 3. L'absence de dioxygène déclenche une dégradation incomplète, dite anaérobie, de la matière organique. La fermentation éthylique ou alcoolique des cellules végétales et des champignons (levures). Le pyruvate est dégradé en éthanol et en dioxyde de carbone. La fermentation lactique observée chez les bactéries lactiques et les cellules animales. La fermentation lactique observée chez les bactéries lactiques et les cellules animales. 4. En anaérobiose, la même molécule produit 2 ATP avec un rendement de 2 %. Les produits de la fermentation renferment donc une énergie potentiellement utilisable en cas de retour à des conditions aérobies. La croissance des organismes qui pratiquent la fermentation est plus lente avec une demande plus élevée de matière organique. 1. L'oxydation du glucose, ainsi que d'autres molécules organiques, permet de fournir aux cellules eucaryotes l'énergie dont elles ont besoin. En l'absence d'oxygène (anaérobiose), certaines cellules pratiquent la fermentation ou oxydation incomplète du glucose. 2. La glycolyse produit le pyruvate, molécule apte à franchir l'enveloppe de la mitochondrie où elle va subir une oxydation complète lors du cycle de Krebs. 3. L'absence de dioxygène déclenche une dégradation incomplète, dite anaérobie, de la matière organique. La fermentation éthylique ou alcoolique des cellules végétales et des champignons (levures). Le pyruvate est dégradé en éthanol et en dioxyde de carbone. La fermentation lactique observée chez les bactéries lactiques et les cellules animales. La fermentation lactique observée chez les bactéries lactiques et les cellules animales. 4. En anaérobiose, la même molécule produit 2 ATP avec un rendement de 2 %. Les produits de la fermentation renferment donc une énergie potentiellement utilisable en cas de retour à des conditions aérobies. La croissance des organismes qui pratiquent la fermentation est plus lente avec une demande plus élevée de matière organique.

La fermentation lactique réduit le pyruvate en acide lactique et se déroule dans le cytoplasme de la cellule. Lors de cette réaction, les composés $R'H_2$ produits lors de la glycolyse sont réoxydés en composés $R'$. La fermentation lactique observée chez les bactéries lactiques et les cellules animales est une voie cytoplasmique de dégradation incomplète du glucose. Pour la fermentation, toutes les étapes se déroulent dans le cytoplasme et en anaérobie. Après la glycolyse, le pyruvate peut être réduit en lactate selon les enzymes spécifiques et les conditions cellulaires. Cette étape permet la régénération des formes réduites nécessaires à la glycolyse pour continuer à produire de l’ATP en l’absence d’oxygène. La vitesse et l’efficacité de la fermentation dépendent des besoins énergétiques et de la disponibilité des substrats.

Points clés du mécanisme enzymatique

• Glycolyse permet d’oxyder le glucose en pyruvate et produit des molécules réduites $R'H_2$.
• La réduction du pyruvate en lactate est une étape clé de la fermentation lactique qui réoxydose les cofacteurs réducteurs.
• La fermentation lactique se déroule dans le cytoplasme et s’effectue en conditions anaérobies.
• La régénération des cofacteurs oxydés est nécessaire pour que la glycolyse puisse se poursuivre sans oxygène.

Tableau synthèse des étapes et des rendements

La fermentation lactique, comme la glycolyse, se déroule dans le cytoplasme de la cellule. Lors de cette réaction, les composés $R'H_2$ produits lors de la glycolyse sont réoxydés en composés $R'$. Le pyruvate est dégradé en lactate lorsque les conditions anaérobies prévalent et que l’oxygène est limité. Cette voie métabolique cytoplasmique de dégradation incomplète du glucose est une stratégie adaptative pour continuer à produire de l’ATP dans l’absence d’oxygène.

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