Glycolyse aérobie vs anaérobie : différence et comparaison

La glycolyse aérobie se produit en présence d'oxygène et implique la dégradation complète du glucose pour produire du dioxyde de carbone, de l'eau et une grande quantité d'ATP. Ce processus se déroule dans les mitochondries et est très efficace, produisant 36 à 38 molécules d'ATP par molécule de glucose.

D'autre part, la glycolyse anaérobie se produit en l'absence d'oxygène, conduisant à la dégradation partielle du glucose en acide lactique ou en éthanol, produisant seulement 2 molécules d'ATP par glucose. Ce processus se déroule dans le cytoplasme et est moins efficace mais permet une production rapide d'ATP lors d'activités intenses et de courte durée.

Faits marquants

1. La glycolyse aérobie décompose le glucose avec l'oxygène pour produire de l'énergie, tandis que la glycolyse anaérobie décompose le glucose sans oxygène.
2. La glycolyse aérobie produit plus d'ATP, la principale source d'énergie des cellules, que la glycolyse anaérobie.
3. La glycolyse aérobie se produit dans les mitochondries des cellules, tandis que la glycolyse anaérobie se produit dans le cytoplasme.

Glycolyse aérobie vs glycolyse anaérobie

La différence entre la glycolyse aérobie et la glycolyse anaérobie est que la glycolyse aérobie se déroule en présence d'oxygène et se produit dans les cellules eucaryotes. En revanche, la glycolyse anaérobie se déroule sans oxygène et se produit dans les cellules eucaryotes et procaryotes.

La glycolyse aérobie se poursuit dans les mitochondries par le cycle de Kreb ou TCA et ETS, formant les produits finaux, le CO2 et l'eau. En revanche, la glycolyse anaérobie se poursuit dans le cytoplasme, formant le produit final, l'éthanol ou l'acide lactique, selon le type de fermentation.

Tableau de comparaison

Fonctionnalité	Glycolyse aérobie	Glycolyse anaérobie
Besoin en oxygène	Nécessite de l'oxygène	Ne nécessite pas d'oxygène
Emplacement dans la cellule	Cytoplasme et mitochondries	Cytoplasme uniquement
Produit principal	Dioxyde de carbone et eau	Acide lactique (ou éthanol dans certains organismes)
Capacités	36 à 38 molécules d'ATP par molécule de glucose	2 molécules d'ATP par molécule de glucose
Efficacité	Très efficace	Moins efficace
Durabilité	Peut être maintenu pendant des périodes plus longues	Non durable pendant de longues périodes en raison de l’accumulation d’acide lactique
Exemples	La plupart des cellules, en particulier au repos et lors d'un exercice modéré	Cellules musculaires lors d'un exercice intense, globules rouges

Qu'est-ce que la glycolyse aérobie ?

La glycolyse aérobie, également connue sous le nom de voie Embden-Meyerhof, est une voie métabolique qui se déroule en présence d'oxygène et implique la dégradation du glucose pour produire de l'énergie. Ce processus se produit dans divers types de cellules, notamment les cellules musculaires, et constitue un élément crucial de la respiration cellulaire.

Étapes clés de la glycolyse aérobie

1. Initiation de la glycolyse :
   • Le glucose, un sucre à six carbones, est phosphorylé pour former du glucose-6-phosphate.
   • Cette étape consomme de l'ATP et prépare le glucose à une dégradation ultérieure.
2. Phase d’investissement énergétique :
   • Le glucose-6-phosphate est converti en fructose-1,6-bisphosphate par une série de réactions enzymatiques.
   • Cette phase consomme de l'ATP, investissant de l'énergie pour faciliter les étapes suivantes.
3. Clivage et réarrangement :
   • Le fructose-1,6-bisphosphate est clivé en deux molécules à trois carbones : le phosphate de dihydroxyacétone et le glycéraldéhyde-3-phosphate.
   • Une seule de ces molécules, le glycéraldéhyde-3-phosphate, poursuit la voie glycolytique.
4. Phase de production d’énergie :
   • Le glycéraldéhyde-3-phosphate subit d'autres réactions, produisant du NADH et de l'ATP.
   • Le phosphoénolpyruvate (PEP) se forme, conduisant à la production de davantage d'ATP.
5. Formation de pyruvate :
   • Les dernières étapes impliquent la conversion du PEP en pyruvate.
   • Cette phase aboutit à la production nette d'ATP et de NADH.
6. Respiration aérobie:
   • Le pyruvate généré lors de la glycolyse entre dans le cycle de l'acide citrique (cycle de Krebs) en présence d'oxygène.
   • Le cycle de l'acide citrique oxyde davantage le pyruvate, produisant du NADH, du FADH2 et de l'ATP.
7. Chaîne de transport d'électrons (ETC) :
   • Le NADH et le FADH2 générés lors de la glycolyse alimentent en électrons la chaîne de transport d'électrons située dans la membrane mitochondriale interne.
   • Cette chaîne facilite la production d'ATP par phosphorylation oxydative.

Importance de la glycolyse aérobie

• Production d'énergie: La glycolyse aérobie joue un rôle essentiel dans la génération d’ATP, la principale monnaie énergétique des cellules, grâce à la dégradation du glucose.
• Respiration cellulaire: Le pyruvate généré lors de la glycolyse sert de substrat pour le cycle de l'acide citrique et la chaîne de transport d'électrons qui en résulte, contribuant à la respiration cellulaire globale.
• Régulation métabolique : La glycolyse est étroitement régulée par diverses enzymes et mécanismes de rétroaction, garantissant que les cellules peuvent s'adapter à l'évolution de la demande énergétique.

Qu'est-ce que la glycolyse anaérobie ?

La glycolyse anaérobie est une voie métabolique qui se produit en l'absence d'oxygène, convertissant le glucose en énergie sans recourir à des processus dépendants de l'oxygène comme la phosphorylation oxydative. Cette voie est cruciale pour fournir des bouffées d’énergie rapides lors d’activités physiques intenses ou dans des conditions où la disponibilité en oxygène est limitée.

Aperçu de la glycolyse

1. Activation du glucose :
   • Le processus commence par l'activation du glucose par phosphorylation, formant du glucose-6-phosphate. Cette étape nécessite l’apport d’ATP et l’enzyme hexokinase catalyse cette réaction.
2. Isomérisation :
   • Le glucose-6-phosphate est converti en fructose-6-phosphate par isomérisation, facilitée par l'enzyme phosphoglucose isomérase.
3. Deuxième phosphorylation :
   • Le fructose-6-phosphate subit une seconde phosphorylation, aboutissant au fructose-1,6-bisphosphate. L'ATP est à nouveau utilisé dans cette étape et l'enzyme responsable est la phosphofructokinase.
4. Clivage:
   • Le fructose-1,6-bisphosphate est clivé en deux molécules à trois carbones : le phosphate de dihydroxyacétone et le glycéraldéhyde-3-phosphate.
5. Génération d'énergie :
   • Chaque glycéraldéhyde-3-phosphate est ensuite converti, produisant deux molécules de pyruvate, d'ATP et de NADH. Cette étape implique la phosphorylation au niveau du substrat et la réduction du NAD+ en NADH.

Glycolyse anaérobie

En conditions anaérobies, la glycolyse devient la principale source d’énergie et le devenir du pyruvate est modifié :

1. Conversion du pyruvate :
   • Au lieu de pénétrer dans les mitochondries pour la respiration aérobie, le pyruvate est converti en lactate pour régénérer le NAD+.
2. Production de lactates :
   • La lactate déshydrogénase catalyse la réduction du pyruvate en lactate, en utilisant le NADH dans le processus. Cette réaction permet de maintenir le flux glycolytique en assurant un approvisionnement continu en NAD+.
3. Production ATP :
   • Bien que la glycolyse anaérobie génère de l'ATP, elle est moins efficace que la respiration aérobie. Le gain net d’ATP grâce à la glycolyse est de deux molécules par molécule de glucose.

Importance

La glycolyse anaérobie joue un rôle essentiel dans la production d'énergie lors de courtes périodes d'activité intense, comme le sprint ou l'haltérophilie. Il permet aux cellules de générer rapidement de l’ATP, répondant ainsi à leurs besoins énergétiques en l’absence de suffisamment d’oxygène. Cependant, il est moins efficace en termes de production d’ATP que le métabolisme aérobie.

Différences principales entre la glycolyse aérobie et la glycolyse anaérobie

Glycolyse aérobie :

1. Présence d'oxygène :
   • Nécessite la présence d'oxygène pour la dégradation complète du glucose.
   • L'oxygène est le dernier accepteur d'électrons dans la chaîne de transport d'électrons.
2. Production d'énergie :
   • Produit une quantité plus élevée d’ATP (adénosine triphosphate) que la glycolyse anaérobie.
   • Entraîne la production de 38 molécules d’ATP par molécule de glucose.
3. Produits finaux:
   • Produit du dioxyde de carbone et de l’eau comme produits finaux en plus de l’ATP.
4. Rendement :
   • Plus efficace en termes de production d'ATP par molécule de glucose.
5. Durée:
   • Peut maintenir la production d’énergie pendant une durée plus longue, ce qui le rend adapté aux activités prolongées.
6. Lieu:
   • A lieu dans les mitochondries après la glycolyse dans le cytoplasme.

Glycolyse anaérobie :

1. Présence d'oxygène :
   • Se produit en l'absence d'oxygène ou lorsque la disponibilité de l'oxygène est limitée.
2. Production d'énergie :
   • Produit une quantité d’ATP inférieure à celle de la glycolyse aérobie.
   • Entraîne la production de 2 molécules d’ATP par molécule de glucose.
3. Produits finaux:
   • Produit de l'acide lactique ou de l'éthanol et de l'ATP comme produits finaux.
4. Rendement :
   • Moins efficace en termes de production d'ATP par molécule de glucose.
5. Durée:
   • Fournit une production d’énergie rapide mais à court terme, adaptée aux périodes d’activité intenses et courtes.
6. Lieu:
   • A lieu dans le cytoplasme de la cellule.
7. Accumulation d’acide lactique :
   • Peut entraîner une accumulation d’acide lactique, provoquant une fatigue et des douleurs musculaires.

Bibliographie

1. https://shapeamerica.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/02701367.1980.10609285
2. https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-cellbio-092910-154237
3. https://europepmc.org/article/nbk/nbk546695

Dernière mise à jour : 02 mars 2024