III. Les deux phases de la glycolyse
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Biochimie. GLYCOLYSE - C’est la voie métabolique permettant la dégradation du glucose en pyruvate par oxydation en vue de la production d’énergie. C’est la voie principale d’utilisation du glucose. C’est une voie métabolique cytosolique présente dans toutes les cellules. Elle permet la production d’énergie sous forme d’ATP : 1 glucose (C6) → 2 pyruvates (C3) + 2 ATP I. II. III. IV. V. VI. Origine du glucose Captation du glucose Deux phases de la glycolyse Deux types de glycolyse (aérobie et anaérobie) Régulation de la glycolyse Résumé I. Origine du glucose - Le glucose est une molécule hydrophile de petite taille. Il circule librement dans la circulation sanguine. Elle a deux origines possibles : o Exogène. o Endogène. 1. Origine exogène - - Hydrolyse des osides alimentaires : o Lactose = glucose + galactose. o Saccharose : glucose + fructose. o Amidon = n (glucose). Inter-conversion d’autres oses (fructose, galactose, mannose) en glucose. 2. origine endogène - Le glycogène hépatique et musculaire constitue une réserve de glucose immédiatement utilisable, suffisante pour 10 à 12h de jeûne. Le foie peut libérer du glucose libre pour els autres tissus (cerveau, hématies). Il permet de remonter la glycémie durant le jeûne. Les muscles utilisent le glucose provenant du glycogène pour la contraction musculaire. II. Captation du glucose - Produits dans l’entérocyte les monosaccharides doivent traverser la membrane pour rejoindre la circulation sanguine. La membrane cellulaire est composée d’une bicouche lipidique et est donc imperméable aux molécules hydrophiles. Il y a une nécessité de transporteurs spécifiques des oses par l’entérocyte. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. - Il existe deux familles de transporteurs : o Les SGLT (sodium glucose transporter) : entrée simultanée de Na+. Transport actif contre un gradient de concentration au niveau de l’entérocyte. o GLUT (glucose transporter) : transport facilité dans le sens du gradient de concentration. 1. Les tissus périphériques - L’insuline a un effet indirect sur la captation du glucose : o Induit la translocation de GLUT4 vers la membrane. o Augmente l’affinité de GLUT4 pour le glucose. 2. Le foie - L’insuline a un effet indirect sur la captation du glucose en augmentant le taux de glucokinase et favorisant ainsi l’entrée de glucose. - Dans le diabète il y a une absence d’insuline ou une absence d’effet d’insuline. Ce manque d’insuline est à l’origine d’une limite de l’entrée qui entraine une hyperglycémie. 3. Les tissus indépendants de l’insuline - Les cellules sécrétrices d’insuline. Les cellules β des ilots de Langerhans sécrètent l’insuline lors de l’hyperglycémie. Les cellules intestinales. L’absorption du glucose de l’alimentation est toujours totale. Les cellules utilisant uniquement le glucose comme source d’énergie : o Les hématies : elles n’ont pas de mitochondries et ne peuvent oxyder les acides gras pour la production d’énergie. GLUT1 a une forte affinité pour le glucose. o Les cellules nerveuses : les acides gras liés à l’albumine ne peuvent franchir la barrière hémato-encéphalique. GLUT3 a une forme affinité pour le glucose. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. III. Les deux phases de la glycolyse - - - - Dans tous les cas, la voie est irréversible. La glycolyse se passe en deux phases : o Une phase d’investissement. o Une phase La phase d’investissement (réaction 1 à 5) : o Activation du glucose. o Clivage en 2 trioses. o Débit : utilisation de 2 ATP pour 1 glucose. La phase de remboursement (réaction 6 à 10) : o Oxydoréduction. o Synthèse d’ATP. o Crédit : obtention de 4 ATP pour 1 glucose. Toutes les étapes sont réversibles sauf 3 sur lesquelles se font les régulations. 1. La phase d’investissement - - - - Réaction 1 à 5 : 1. Phosphorylation par l’hexokinase. 2. Conversion par la phosphogluco-isomérase 3. Phosphorylation en fructose-1-6-biphosphate 4. Clivage par l’aldolase 5. Inter-conversion des trioses-phosphate a. La réaction 1 : phosphorylation par l’hexokinase Le glucose donne un glucose-6-P. C’est une réaction irréversible. Elle est donc un point de contrôle de la glycolyse. Cette réaction se fait grâce à une enzyme : o La glucokinase dans le foie. Elle a une faible affinité et est augmenté par l’insuline. o L’hexokinase dans tous les autres tissus. Elle phosphoryle le glucose, le galactose et le fructose. La phosphorylation se fait grâce au transfert d’un phosphate de l’ATP sur le 6ème carbone du glucose. Ici l’ATP fournit à la fois le phosphate et l’énergie. Cette première réaction est essentiellement car le glucose-6-P ne peut plus passer la membrane plasmique et reste dans la cellule. Une fois phosphorylé, il ne peut plus ressortir. b. La réaction 2 : conversation par la phospho-gluco-isomérase C’est une réaction réversible. Elle permet le passage du glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. - - - - - - - Il y a deux réactions : o La fonction aldéhyde en C1 est convertie en alcool primaire. o L’alcool alcool secondaire en C2 est converti en cétone. Cette réaction permet le passage d’une forme pyranique d’un aldose (glucose) en forme furanique d’un cétose (fructose). Ainsi on a libéré le 1er carbone pour permet la phosphorylation dans la 3ème réaction. c. La réaction 3 : Phosphorylation en fructose-1-6-biphosphate. C’est une réaction irréversible. Elle est donc un point de régulation de la glycolyse. L’enzyme qui effectue cette réaction est la PFK (phospho-fructo-kinase). Cette enzyme permet de transférer un groupement phosphate de l’ATP sur le C1 du fructose-6phosphate. On obtient alors un fructose-1-6-biphosphate et de l’ADP. C’est une réaction irréversible. La PFK est une enzyme clef de la glycolyse. En effet elle décide de l’engagement de la glycolyse (car la réaction est irreversible). d. La réaction 4 : Clivage par l’aldolase Cette réaction clive le fructose-1-6-biphosphate (6C) en deux molécules : o Dihydroxyacétone-phosphate (3C). o Glycéraldéhyde-3-phosphate (3C). De ces deux molécules seul le glycéraldéhyde-3-phosphate continue la glycolyse. C’est une réaction réversible. e. Inter-conversion des trioses-phosphate Le dihydroxyacétone-phosphate donne le glycéraldéhyde 3-phosphate. C’est une oxydoréduction interne : o Cétone réduit en alcool (C2). o Alcool oxydé en aldéhyde (C1). Dans cette réaction il y a transformation d’un cétose (dihydroxyacétone-phosphate) en aldose (glycéraldéhyde 3-phosphate). Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. f. résumé de la phase d’investissement - - g. Bilan de la phase d’investissement Une molécule de glucose entraine : o La consommation de 2 ATP : o Une pour la phosphorylation du glucose en glucose-6-P. o Une pour la phosphorylation du fructose-6-P en fructose-1-6-P. o La formation de 2 glycéraldéhyde 3-phosphate et 2 ADP. Il y a deux réactions irréversibles (consommant de l’ATP) sur lesquels se fait la régulation de la glycolyse (réactions 1 et 3). Le cout énergétique est de -2ATP pour 1 glucose. La PFK est l’enzyme clé de la glycolyse (engagement du G6P dans la glycolyse). 2. La phase de remboursement - Réactions 6 à 10 : 6. Oxydation du glycéraldéhyde-3-phosphate. 7. Transfert de phosphate à l’ADP. 8. Transformation de 3 phosphoglycérate en 2 phosphoglycérate. 9. Déshydratation en phosphoénalopyruvate. 10. Transfert d’un groupement phosphate à l’ADP. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. - a. La réaction 6 : Oxydation du glycéraldéhyde 3-phosphate C’est une réaction réversible. Elle permet l’obtention du 1-3-biphosphoglycérate à partir du glycéraldéhyde 3-phosphate. Cette réaction est catalysée par la glycéraldéhyde-3-phosphate-déhydrogénase. Mécanisme réactionnel couplant : o Une oxydoréduction. o Un transfert de phosphate. On utilise une coenzyme : la NAD+. Une molécule de NADH + H+ est produite par triose. Création d’une liaison riche en énergie - b. La réaction 7 : Transfert de phosphate à l’ADP Elle permet l’obtention du 3-phosphoglycérate à partir du 1-3-biphosphoglycérate. Cette réaction est catalysée par la phospho-glycérate-kinase. C’est une oxydation phosphorylante. C’est une réaction réversible. - c. La réaction 8 : Transformation du 3-phospho-glycérate en 2-phosphoglycérate Elle permet l’obtention du 2-phospho-glycérate à partir du 3-phospho-glycérate. Elle est catalysée par la phospho-glycérate-mutase. C’est une réaction réversible. - d. La réaction 9 : Déshydratation en phospho-énol-pyruvate Elle permet l’obtention du phospho-énol-pyruvate à partir du 2-phospho-glycérate. Elle est catalysée par l’énolase. C’est une réaction réversible. Il y a élimination d’une molécule d’eau. - Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. - Création d’une liaison riche en énergie : énol-phosphate. La réaction est bloquée par le fluore (permet de stabiliser la glycémie en laboratoire). e. La réaction 10 : Transfert d’un groupement phosphate à l’ADP - Elle permet l’obtention du pyruvate à partir du phospho-énol-pyruvate. C’est une réaction irréversible, c’est donc un point de contrôle. L’ATP récupère de l’énergie du phospho-énol-pyruvate Phospho-énol-pyruvate + H+ + ADP → Pyruvate + ATP f. Résumé de la phase de remboursement - - g. Bilan de la phase de remboursement Dans la phase d’investissement une molécule de glucose entraine la formation : o De 2 glycéraldéhydes 3P. o Et de 2 ADP. Dans la phase de remboursement : o 2 glycéraldéhydes-3P entrainent la formation de 2 pyruvates. o Deux réactions (7 et 10) aboutissent à la formation d’ATP. o Energie : gain de 4-ATP/glucose. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. - - - 3. Bilan de la glycolyse Au final suite à la glycolyse on obtient : o 2 ATP. o 2 NADH. La molécule finale de la glycolyse est le pyruvate. On passe de 1 glucose (6C) à 2 pyruvates (3C). Jusqu’au stade pyruvate, toute la voie se déroule en anaérobie dans le cytoplasme. La réaction générale s’écrit : 1 glucose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2pyruvates + 2NADH,H+ + 2ATP + 2H2O Bilan énergétique en anaérobiose jusqu’au pyruvate : o Deux réactions consomment de l’énergie : -2ATP. o Deux réactions produisent de l’énergie : +4ATP. o Au total obtention de 2ATP. Bilan énergétique en aérobiose à ce stade : o 2 NADH,H+ vont entrer dans la chaine respiratoire 2 x 3 ATP = 6 ATP o Total en aérobiose : 6 + 2 = 8ATP. IV. Deux types de glycolyse (aérobie et anaérobie) - Présence de mitochondries. - Utilisation d’oxygène comme accepteur final d’électrons. Par les 10 réactions de la voie cytoplasmique : 1 glucose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2pyruvates + 2NADH,H+ + 2ATP + 2H2O Le pyruvate crée par rentré dans la mitochondrie. - Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. - Il y sera décarboxylé en Acétyl-CoA. L’acétyl-CoA est dégradé dans le cycle de Krebs. Oxydation complète du glucose en CO2. 1. Glycolyse anaérobie - Absence de mitochondries. Toutes les étapes se font dans le cytosol. Utilisation de molécules organiques comme accepteur final d’électrons. Les deux pyruvates donnent alors par fermentation lactique du lactate. Cette voie est utilisée : o Dans les globules rouges. o Dans le muscle non entrainé en contraction intense (crampes). o Dans les bactéries lactiques. Devenir du pyruvate après la glycolyse. - Formation de coenzymes réduits NADH → chaine respiratoire. - 2. Glycolyse aérobie - Décarboxylation oxydative du pyruvate. Le pyruvate entre dans la mitochondrie et se transforme en acétyl-CoA. L’acétyl-CoA formé entre dans le cycle de Krebs. L’enzyme qui catalyse la dégradation du pyruvate en acétyl-CoA est la pyruvate-déshydrogénase. La pyruvate-déshydrogénase est une enzyme importante dans le métabolisme : o C’est un complexe multienzymatique constitué de 3 enzymes : E1, E2 et E3. o 3 coenzymes liés à l’enzyme : o Thyamine-pyrophosphate lié à E1. o Acide lipoïque lié à E2. o FAD lié à E3. o 2 coenzymes libres : o NAD+. o CoA-SH. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. 3. Bilan de la décarboxylation oxydative du pyruvate - - Formation : o D’une liaison thioester riche en énergie avec l’acétyl-CoA. o D’un NADH,H+ qui donnera 3ATP dans la chaîne respiratoire. Réaction fortement exergonique irréversible. Equation : Pyruvate + CoA-SH + NAD+ → Acétyl-CoA + NADH,H+ + CO2 BILAN DE LA GLYCOLYSE AEROBIE - La glycolyse aérobie permet de fournir 36 ATP. V. régulation de la glycolyse - - 3 réactions irréversibles qui sont les étapes régulatrices Les enzyles catalysant ces réactiosn sont soumises à des régulations : o Hexokinase. o PFK. o Pyruvate-kinase. La PFK : enzyme régulateur spécifiue de la glycolyse car lde G6P peut entrer dans d’autres voies. La glucokinase : absence d’inhibition par son produit de réaction le G6P (foie, cellules Langerhans β). L’hexokinase : inhibition par son produit de réaction le G6P (autres cellules). Pyruvate-kinase : inhibition par les produits de la réaction. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. 1. L’hexokinase - Enzyme allostérique. Rétro-inhibition par le G6P. Le G6P est augmenter quand les étapes suivantes son inhibées. 2. PFK - C’est une enzyme allostérique. Sa régulation est liée au statut énergétique de la cellule (ratio ATP/ADP). Son activité est également régulée par la phosphorylation (inactive quand phosphorylée). - Elle est rétro-inhibée par le produit final de la glycolyse : l’ATP. Inhibée par le citrate (1er composé du cycle de Krebs). Elle est activée par l’AMP et fructose 2,6-biphosphate. 3. La pyruvate-kinase - C’est une enzyme allostérique. Elle est régulée par la phosphorylation (inactive quand phosphorylée). SA régulation est liée au statut énergétique de la cellule (inhibition par l’ATP). Activée par le fructose 1-6-biphosphate. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. 4. Résumé : points de contrôle de la glycolyse Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Biochimie. 5. Dérégulation de la glycolyse dans les cellules cancéreuses. - Captation du glucose et glycolyse plus élevées dans les cellules cancéreuses. Cellules tumorales ne sont pas connectées au sang et sont donc en hypoxie. Cellules tumorales ont moins de mitochondries donc dépendent de la glycolyse pour la production d’ATP. VI. Résumé - La glycolyse est une voie métabolique universelle de production d’énergie à partir de l’oxydation du glucose. La glycolyse anaérobie est peu efficace mais très rapide en cas de besoin d’ATP immédiat. La glycolyse aérobie est très efficace au plan de la production d’énergie. La régulation de la glycolyse est fortement dépendante de l’état énergétique de la cellule. La phospho-fructo-kinase (PFK-1) est l’enzyme clef de la glycolyse. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010.
