Note des auteurs: Bien qu'il y ait déjà de bonnes réponses, je souhaite vous aider à comprendre en expliquant d'une manière différente. Je suis d'accord avec les autres articles qu'il n'y a pas de loi physique ou chimique pour empêcher un processus différent et plus simple.
Raison du processus de glycolyse
La raison pour laquelle ce processus est comme il est, est l'efficacité pour atteindre l'objectif. Et le but n'est pas de décomposer le glucose en molécules plus petites. L'objectif est de stocker de l'énergie dans un support qui peut se déplacer dans le corps et est compatible avec d'autres processus biologiques.
Les trois mots en gras sont essentiels ici. Le corps a besoin d'énergie pour effectuer diverses tâches telles que les contractions musculaires (respiration, rythme cardiaque), la croissance cellulaire, la lutte contre les bactéries et bien d'autres. Il n’est pas pratique de toujours générer l’énergie nécessaire à l’endroit où elle est nécessaire. Au lieu de cela, nous avons des transporteurs d'énergie (surtout l'ATP) qui sont produits dans certaines parties de notre corps puis distribués via le sang.
L'énergie dans le corps
Avant de continuer, vous devez comprendre un peu l'énergie libre de Gibbs. Comme vous l'avez mentionné, cela détermine le moyen le plus économe en énergie pour un processus de l'état de départ à l'état final. Cependant, si vous fournissez de l'énergie, le processus peut très bien aller dans le sens inverse. Donc, regarder l'énergie libre de Gibbs ne montre que le processus qui est le plus susceptible de se produire spontanément dans des circonstances normales, mais pas dans toutes les circonstances.
La deuxième information de fond intermédiaire est que l'énergie dans le corps est transportée en utilisant adénosine tri phosphate (ATP) et adénosine di phosphate (ADP). L'ajout d'un groupe phosphate à l'ADP (qui devient alors ATP) coûte de l'énergie qui peut ensuite être extraite par le processus inverse.
Troisièmement, la disponibilité énergétique du corps est limitée. Nous avons deux grandes sources d'énergie: l'ATP et la chaleur corporelle. Une molécule d'ATP fournira toujours une quantité spécifique d'énergie, tandis que la chaleur corporelle peut fournir de 0 jusqu'à une certaine limite, en fonction de la température corporelle (ce maximum est inférieur à l'énergie de l'ATP). Tout processus qui nécessite plus d'énergie que l'ATP ne peut fournir devra être décomposé en étapes plus petites séparées.
Retour à la glycolyse
Avec ces informations générales à l'esprit, nous pouvons expliquer la raison derrière le processus de glucolyse (complexe) mieux. Du point de vue de l'énergie libre de Gibbs, nous n'avons pas besoin de passer du glucose à haute énergie au pyruvate à basse énergie aussi vite que possible . Au lieu de cela, nous devons le faire d'une manière qui comporte le plus grand nombre d'étapes qui fournissent la quantité exacte d'énergie nécessaire pour transformer ADP en ATP.
Comme vous pouvez le voir sur l'image légende sur la page de glucolyse que vous avez liée, nous avons besoin de 1 glucose + 2 ATP, pour générer 4 ATP. Pourquoi l'ATP initial est-il nécessaire? Il s'agit d'obtenir la chaîne de décomposition spécifique qui permet 2 * 2 étapes d'extraction d'énergie tout au long du processus. Nous avons besoin de l'investissement énergétique initial pour permettre la réalisation d'étapes intermédiaires, chimiquement parlant. Sans cet investissement, vous ne pourrez pas former les molécules intermédiaires nécessaires pour donner suffisamment d'énergie pour la stocker dans $ \ ce {ADP \ bond {->} ATP} $.
Comparaison avec le nucléaire fusion / fission
Normalement, je n'aime pas faire des comparaisons avec des sujets non liés, mais je pense que celui-ci convient assez bien pour être mentionné et j'espère que vous le comprendrez mieux avec votre expérience de physicien. Dans la fission et la fusion nucléaires, vous déterminez les éventuelles désintégrations et fusions nucléaires en examinant l'énergie disponible et les niveaux d'énergie d'un atome. Et si nous posons votre question initiale ici, nous obtenons les mêmes réponses qu'en chimie.
- Y a-t-il quelque chose qui empêche 6 atomes d'hydrogènes de fusionner en un atome de carbone?
- Y a-t-il quelque chose qui empêche l'U-235 de se diviser en 20 atomes différents en une seule étape?
Pour le premier: non, mais il est très peu probable que 6 atomes se rencontrent exactement de la même manière temps et avec la bonne quantité d'énergie. Et même s'ils le faisaient, le carbone n'est pas un atome stable sans neutrons, alors d'où viennent-ils? Vous avez besoin de plusieurs étapes pour passer de l'hydrogène au carbone…
À la seconde: Non, rien ne l'empêche. Mais la division des atomes passe par un ensemble de règles strictes concernant la stabilité et l'énergie des atomes et de leurs produits de rayonnement. Les points de début et de fin peuvent être clairs, mais il y a presque toujours plusieurs étapes intermédiaires (exemple: chaîne de désintégration du thorium. De la même manière, la chimie a de nombreuses règles. pour les réactions et les réarrangements atome / électron au sein d'une molécule, ce qui limite la façon dont les molécules peuvent se séparer ou se combiner.
La partie où cette comparaison ne va pas est que la biologie ne penche pas toujours vers les solutions les plus écoénergétiques. Parfois la nature emprunte une voie complexe et inefficace pour un but différent, comme la glycolyse.
