Bilan métabolique de la Glycolyse PDF

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Summary

Contient des schémas des voies métaboliques, ainsi que les bilans chimiques...

Description

Glycolyse 1 Glucose (6C) + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD -> 2 Pyruvates (3C) + 2 ATP + 2 NADH, H+ + 2 H2O

1. Introduction La glycolyse est la phase anaérobie (= qui ne nécessite pas la présence d’oxygène) d’oxydation/de dégradation partiale du glucose vers le pyruvate, qui permet le cycle de Krebs ou la fermentation et donc l’assimilation. Tous les organismes sont capables de réaliser. Elle a lieu dans le cytosol (= le milieu aqueux du cytoplasme, sans les organites).

Le glucose de l’alimentation peut provenir :

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Du lactose :

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Du saccharose :

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De l’amidon :

Cette dégradation de l’amidon en glucose se fait au fur et à mesure, grâce à plusieurs enzymes, d’abord dans la salive, ensuite dans le pancréas, ensuite dans les intestins. Les cellules présentent un ou plusieurs transporteurs de manière à capter le glucose. Ces transporteurs sont non-spécifiques, pour capter le maximum d’énergie : ils passent aussi les sucres similaires au glucose, comme le galactose ou le fructose : GLUT-1, dans les érythrocytes et cellules endothéliales GLUT-2, dans les entérocytes. GLUT-3, dans les neurones. GLUT-4, contrôlée par l’insuline, dans les adipocytes et muscles striés. GLUT-5, dans les entérocytes.

La glycolyse se fait en 10 réactions, en plusieurs phases : Les 5 premières réactions sont la phase de préparation, avec dépense d’énergie (2 ATP). Les 5 dernières réactions sont la phase de restitution, avec production d’énergie (2 ATP reformés, 2 ATP nouvellement produits ). 3 de ces réactions sont irréversibles : la première, la troisième (qui sert de point de régulation de la vitesse métabolique via la quantité d’enzymes) et la dernière.

2. Glycolyse A. La phase préparato ire de la glyco lyse • 1 : Glucose → Glucose 6-P :

Phosphorylation. Réaction non-spécifique de la glycolyse, irréversible, exergonique, permettant l’entrée du glucose dans le cytosol, nécessitant l’hydrolyse d’1 ATP. Cette hydrolyse rend la réaction possible : très spontanée, produit beaucoup d’énergie. Est catalysée soit dans les muscles par une hexokinase non-spécifique du glucose de forte affinité (Km = 0,1 mM) (hexokinase I, II), soit dans le foie et le pancréas par une glucokinase spécifique du glucose de faible affinité ( Km = 10 mM) (hexokinase IV) très adaptée au stockage dans le foie, permettant avec ce glucose de « nourrir » le cerveau (qui utilise 120 g/jour de glucose). Toutes ces enzymes sont Mg2+ dépendantes, avec fixation du complexe ATP-Mg2+ sur l’enzyme. Elles sont aussi très régulées : leur expression génique est induite par l’insuline, le rétrocontrôle négatif est assuré par le Glucose 6-P (= rétrocontrôle négatif par produit). Cible de thérapies anti-cancer. • 2 : Glucose 6-P → Fructose 6-P :

Isomérisation (changement de structure). Réaction réversible, permet la transformation d’un aldose (glucose pyranique) en cétose (fructose furanique). Catalysée par la phosphoexoisomérase / 6-G-PI isomérase / phosphoglucoseisomérase.

• 3 : Fructose 6-P → Fructose 1, 6bis-P :

Phosphorylation. Réaction irréversible, nécessitant l’hydrolyse d’1 ATP. Catalysée par la phosphofructokinase-I (PFK-I) qui est Mg2+ dépendante. Cette étape est la cible de la régulation de la vitesse de la glycolyse. Elle peut être inhibée par l’ATP, par l’AMP, et par le citrate. • 4 : Fructose 1, 6bis-P → Dihydroxyacétone Phosphate (DHAP) + Glycéraldéhyde 3-Phosphate (G3P) :

Coupure. Réaction réversible, endergonique. Formation de 2 trioses phosphates à partir d’un hexose biphosphate. Le glycéraldéhyde 3-phosphate est impliqué dans la suite de la glycolyse, ce qui permet la réaction. Catalysée par l’aldolase. • 5 : DHAP → G3P :

Isomérisation. Réaction réversible, mais nettement en faveur de DHAP quand la réaction est isolée. Dans le contexte du cycle, le glycéraldéhyde 3-phosphate impliqué dans la suite de la glycolyse permet la réaction. Catalysée par la triose phosphate isomérase. B. Phase de restitutio n de l’énergie Les réactions sont individuelles, mais 2 molécules réagissent chaque fois.

• 6 : 2 G3P → 2 1,3bis-Biphosphoglycérate :

Oxydation : transformation du groupement aldéhyde en groupement acide carboxylique ensuite phosphorylé en position 1. Réaction faiblement endergonique. Se fait en présence de phosphate inorganique. Catalysée par la glycéraldéhyde-3-P-déshydrogénase. La liaison acyl-phosphate formée est très riche en énergie. • 7 : 2 1, 3bis-Biphosphoglycérate → 2 3-Phosphoglycérate :

Rupture de liaison. L’énergie libérée par la réaction est transférée dans une molécule d’ATP : très exergonique, mais devient réversible couplée à la réaction précédente. Catalysée par la 3-phosphoglycérate kinase, qui est Mg2+ dépendante. • 8 : 2 3-Phosphoglycérate → 2 2-Phosphoglycérate :

Isomérisation. Réaction faiblement réversible, faiblement endergonique. Ne consiste pas à un simple transfert de phosphate, mais à un échange de phosphate avec celui déjà présent sur l’enzyme. Catalysée par la phosphoglycérase mutase, qui est Mg2+ dépendante.

• 9 : 2 2-Phosphoglycérate → 2 Phosphoénolpyruvate (PEP) :

Déshydratation avec élimination de 2 H2O. Réaction faiblement endergonique. Formation d’une liaison énol, très réactive donc riche en énergie. Catalysée par l’énolase. • 10 : 2 Phosphoénolpyruvate → 2 Pyruvate :

Réaction irréversible, très exergonique. Catalysée par le pyruvate kinase (PK), qui est elle inhibée par l’ATP, activée par le Fructose 1,6bis-phosphate et contrôlée hormonalement par phosphorylation/déphosphorylation.

3. Bilan énergétique • En anaérobie : Bilan moléculaire : +2 ATP, +2 NADH, H+ ce dernier ne pouvant pas être oxydé par l’oxygène Bilan ATP : +2 ATP. • En aérobie : Bilan moléculaire : +2 ATP, +2 NADH, H+ ce dernier pouvant être oxydé par l’oxygène dans la chaîne respiratoire mitochondriale -> 3 ATP x 2 = +6 ATP. Bilan ATP : +8 ATP Même si plus productive, la glycolyse aérobie n’est pas forcément toujours utilisée : cellules sans mitochondries, cellules cancéreuses ne se servant pas de la mitochondrie pour éviter l’apoptose...

4. Régulation de la glycolyse • Hexokinase : Régulation allostérique par le Glucose 6-phosphate.

• Phosphofructokinase-I : Réaction clé, très limitante. Sa régulation est allostérique via des effecteurs :

PFK-I est activée par le Fructose 2,6bis-phosphate. Le Fructose 2, 6bis-phosphate est formé par la PFK-II, qui est sous contrôle hormonal : en présence d’insuline, PFK-II est déphosphorylée, ce qui l’active, en présence de glucagon, PFK-II est phosphorylée, ce qui la désactive. D’une manière générale, l’insuline induit l’expression des 3 enzymes des réactions irréversibles. Activateurs : AMP, ADP, Fructose 6-phosphate, Fructose 2, 6bis-phosphate. Inhibiteurs : ATP, citrate. • Pyruvate kinase : Régulation allostérique d’inhibition par l’ATP.

5. L’entrée de d’autres sucres dans la glycolyse • Fructose : Issu du saccharose, le fructose fait son métabolisme dans le foie : Fructose + 2 ATP -> 2 Glycéraldéhyde 3-Phosphate + 2 ADP Fructose + ATP → Fructose 1-phosphate + ADP, catalysé par la fructokinase. Fructose 1-phosphate → Glycéraldéhyde + 3-phosphate Dihydroxyacétone, catalysé par l’aldolase II. Glycéraldéhyde + ATP → 3-phosphate Glycéraldéhyde + ADP, catalysé par le glycéraldéhyde kinase. 3-phosphate Dihydroxyacétone → Glycéraldéhyde 3-phosphate, catalysé par la phosphotriose isomérase. Aussi productif que le glucose. • Galactose : Issu du lactose, le galactose fait son métabolisme dans le foie : Galactose + ATP → Galactose 1-phosphate + ADP, catalysé par la galactokinase hépatique. Galactose 1-phosphate + UPD-Glucose → Glucose 1-phosphate + UDP-Galactose, catalysé par l’uridyl transférase. UDP-Galactose → UDP-Glucose, catalysé par l’UDP hexose épimerase. Glucose 1-phosphate → Glucose 6-phosphate, catalysé par le phosphoglucomutase. Aussi productif que le glucose....