CHAPITRE 2 : MÉTABOLISME DES GLUCIDES

CHAPITRE 2 : MÉTABOLISME DES GLUCIDES
I) Introduction
1.1. La digestion des glucides
On absorbe de l’amidon, du glycogène (dans la viande), du lactose, du saccharose. Le
glucose libre est très rare dans l’alimentation.
=> L’amidon va être hydrolysé par les amylases pour donner des résidus de glucose, on
trouve 2 types d’amylases :
- l’-amylase dans la salive et le suc pancréatique, c’est une  14 glucosidase
- l’amylo 16 glucosidase au niveau de la muqueuse intestinale, elle va intervenir
au niveau des branchements
=> Le glycogène va également donner du glucose.
=> Le lactose va donner du glucose et du galactose.
=> Le saccharose du fructose et du glucose.
On absorbe également de la cellulose, mais, dans la cellulose les glucoses sont reliés en 
14 et nous n’avons pas d’enzyme capable de couper ces liaisons. Les celluloses ne sont
donc pas utilisés pour nous fournir de l’énergie.
La cellulose constitue la principale alimentation des ruminants, en effet dans la panse des
ruminants, il existe des bactéries qui sécrètent une -glycosidase qui digère la cellulose et
permet au ruminant de l’utiliser.
1.2. Absorption
L’absorption des hexoses est permise par la perméabilité des membranes, elle est sous
contrôle de l’insuline. L’insuline favorise l’absorption du glucose mais n’a aucun effet sur
celle du fructose. Les glucoses absorbés vont emprunter le système circulatoire et vont être
dirigés vers le foie au niveau duquel ils vont subir la glycolyse.
II) La glycolyse
C’est une séquence de réactions enzymatiques qui va convertir le glucose en pyruvate.
Cette séquence est ubiquitaire, c’est-à-dire quasi universelle dans tous les systèmes
biologiques connus.
D’autre part, dans les organismes aérobies, c’est le prélude à un système qui va extraire la
plus grande partie de l’énergie contenue dans le glucose.
2.1. Séquences enzymatiques
2.1.1. La phosphorylation du glucose
La molécule G6P étant chargée (deux charges négatives avec deux des oxygènes du
phosphate), elle sera piégée à l’intérieur de la cellule et sera obligée de suivre la séquence
glycolytique. Cette réaction est pilotée par l’hexokinase et la glucokinase. Les enzymes
catalysant une phosphorylation portent le suffixe -kinase. L’hexokinase est présente dans
toutes les cellules du vivant connues. À l’inverse, la glucokinase qui est très spécifique du
glucose ne se trouve que dans le foie. Dans les conditions standard : G0’ =  16,8 kJ/mol,
dans les conditions biologiques : G’ =  33 kJ/mol, c’est une réaction exergonique et
irréversible.
Une fois phosphorylé, le G6P va constituer un carrefour métabolique, ce glucose va
pouvoir donner du pyruvate.
G6P
Glycogène
Pyruvate
Lactate
AcétylcoA
Voie des pentoses P Acides aminés
Ribose
Acide gras
énergie
Protéines
Acides nucléiques
2.1.2. Isomérisation du G6P
On passe d’un aldose à un cétose. Dans les conditions standard : G0’ = + 2 kJ/mol, dans
les conditions biologiques : G’ =  2,5 kJ/mol, la réaction est réversible. Elle est catalysée
par la phospho-glucose isomérase.
2.1.3. Phosphorylation du F6P
La phosphorylation va intervenir sur le carbone 1. Le F6P donne le F 1,6 bis-P, la réaction
est catalysée par l’enzyme phosphofructokinase allostérique qui répond donc à de nombreux
effecteurs, c’est la tour de contrôle de la glycolyse. Cette enzyme est en effet inhibée par
l’ATP (si on a déjà de l’énergie, on n’a pas besoin d’utiliser d’autres glucoses donc on arrête
la glycolyse), en revanche elle sera stimulé par de fortes concentrations en ADP.
G0’ =  15 kJ/mol
G’ =  22 kJ/mol
Cette étape est complètement irréversible.
2.1.4. Formation des trioses-P
Elle est catalysée par l’aldolase qui va provoquer un clivage aldol sur le F 1,6 bis-P et
donner du DAP et du GAP
G0’ = + 23 kJ/mol, réaction endergonique, de droite à gauche, réversible
G’ =  6 kJ/mol, réaction réversible
2.1.5. Interconvection des trioses phosphate
DAP va pouvoir donner du GAP, la réaction est catalysée par la triose phospho-isomérase.
À l’équilibre on a 96% de DAP et 4% de GAP, mais l’équilibre va être constamment déplacé
vers le GAP car seul le GAP peut poursuivre la séquence glycolytique.
2.1.6. Oxydation du GAP
C’est une réaction réversible d’oxydoréduction phosphorylant avec intervention de NAD.
GAP + NAD+ + Pi  1,3 bis-P glycérate + NADH + H+
Cette réaction est catalysée par la GAPDH (glycéraldéhyde 3-P déshydrogénase). Cette
réaction se déroule en deux temps.
1) RCHO + E-SH + NAD+  E-S-COR

NADH + H+
2) E-S-COR + Pi  E-SH + 1,3 bis-P glycérate (molécule très riche en énergie)

NADH + H+
Le 1,3 bis-P glycérate a un G0’ =  43 kJ/mol.
2.1.7. Formation d’un ATP
1,3 bis-P glycérate + ADP  ATP + 3P-gly
Réaction réversible catalysée par phosphoglycératekinase, G0’ =  19 kJ/mol, G’ = + 1,2
kJ/mol
2.1.8. Isomérisation du 3P-gly
Le P passe en position 2, on a donc du 2P-gly, réaction réversible catalysée par
phosphoglycératemutase.
2.1.9. Formation du PEP
Elle est catalysée par l’enolase qui effectue un réarrangement moléculaire, la
déshydratation du 2P-gly va former une liaison riche en énergie. On obtient du PEP avec un
G0’ =  62 kJ/mol, c’est la molécule la plus énergétique du vivant.
Pour la réaction de formation du PEP, G0’ = + 1,2 kJ/mol et G’ =  3 kJ/mol, cette
réaction est donc réversible.
Dans une prise de sang, si on veut doser le glucose il faut bloquer la séquence enzymatique.
C’est le fluorure qui bloque cette séquence.
2.1.10. Formation d’un ATP
PEP + ADP  ATP + Pyruvate
Cette réaction se fait en présence de magnésium et est catalysé par la pyruvate kinase (PK).
G0’ =  31,5 kJ/mol
G’ =  16,7 kJ/mol
La réaction est complètement irréversible, elle est contrôlée par les taux d’ATP et les
modifications covalentes, la PK pouvant être phosphorylée ou déphosphorylée, ce système
étant lui-même sous contrôle hormonal.
Les réactions de la fin de la séquence sont donc pratiquement toutes irréversibles.
2.2. Devenir du pyruvate
Il va dépendre de la présence ou non d’oxygène.
En présence d’oxygène (conditions d’aérobie), on va obtenir de l’acétyl CoA qui va partir
vers le cycle de Krebs fournisseur d’énergie.
En absence d’oxygène (anaérobie), le pyruvate donne de l’éthanol (fermentation alcoolique
chez les levures) ou du lactate (fermentation lactique, dans nos muscles et dans les
érythrocytes).
Dans notre organisme, le taux de coenzyme NAD+ est limité, le NADH doit donc être
régénéré en permanence. En présence d’oxygène, le NADH sera facilement régénéré grâce à
la phosphorylation oxydative. En absence d’oxygène, ce sont les deux séquences de
fermentations (alcoolique et lactique) qui vont servir à régénérer le NADH.
2.2.1. Fermentation alcoolique
Elle a lieu chez les levures et dans certains tissus.
2.2.2. Fermentation lactique
Elle se déroule chez animaux et procaryotes, elle est très active dans nos muscles, notre
rétine, nos érythrocytes, notre peau. Lors d’un effet physique, l’oxygène dans le sang va
commencer à manquer, il faut donc régénérer le NADH. La fermentation lactique va générer
une grande quantité de lactate qui est un déchet provoquant des crampes.
2.3. Bilan énergétique
Quand le NADH va être retransformé en NAD+, on va obtenir 3 ATP.
Dans la séquence glycolytique, on consomme deux ATP : - 2 ATP.
On produit ensuite 4 ATP : + 4 ATP.
Avec la formation la phosphorylation oxydative, on produit 6 ATP (2 NADH), mais ils ne
comptent pas dans ce bilan.
On a au final une production de 2 ATP.
III) Métabolisme du glycogène
3.1. Glycogénogenèse
G6P  G1P (réversible, catalysée par la phospho-glucomutase)
G1P + UTP  UDP-Glc + PPi
Amorce glycogène à n résidus glc + UDP-Glc  glycogène à n+1 glc
(catalysée par la glycogène synthase).
3.2. Glycogénolyse
Il s’agit du catabolisme du glycogène. Le glucose libre va retourner dans le sang et
alimenter différents tissus. Le métabolisme du glycogène va donc assurer une source
d’énergie.
Glycogène à n glc + Pi  G1P + glycogène à n – 1 glc
(catalysée par glycogène phosphorylase)
G1P  G6P  Glc + Pi
IV) Gluconéogenèse
C’est la synthèse de glucose à partir de molécules non-glucidiques, elle a essentiellement
lieu dans notre foie. C’est une séquence qui fonctionne à très bas régime dans certains tissus,
mais elle prend une très grande importance dans certaines conditions physiologiques, par
exemple quand un individu se trouve en état de jeûne glucidique : il va d’abord utiliser sa
réserve de glycogène qui s’épuise en 48 heures. Chez les sujets diabétiques (surtout type 1),
c’est la gluconéogenèse qui va approvisionner les tissus.
4.1. Séquences enzymatiques
4.1.1. Pyruvate
Les séquences irréversibles sont la pyruvate kinase, la phosphofructokinase et l’hexokinase.
Nos cellules vont devoir contourner ces irréversibilités.
a- Pyr  PEP
C’est une réaction complexe qui va se dérouler en deux temps, elle est endergonique et le
système va fonctionner grâce aux interventions d’ATP et de GTP, il y a formation d’un
intermédiaire : l’OAA (acide oxalo-acétique). Elle se fait en deux temps :
1) Pyr + CO2 + ATP  OAA + ADP + Pi
(catalysée par la pyruvate carboxylase et la biotine)
2) OAA + GTP  PEP + CO2 + GDP
(catalysée par PEPCK : PEP carboxykinase, ATP  ADP + Pi recycle GDP en GTP)
b- F 1,6 bis-P  F 6-P + Pi
Cette réaction est catalysée par la F 1,6 bis-Pase.
c- G 6-P  Glc + Pi
Cette réaction est catalysée par la G6Pase.
4.1.2. Autres précurseurs
a- Acides aminés glucoformateurs
Ils peuvent se transformer en OAA et rejoindre le reste de la séquence.
b- Lactate
c- Glycérol
TAG  AG + glycérol  glycérol-P  DAP  GAP  F 1,6 bis-P.
4.2. Bilan énergétique
Pyr  PEP : - 2 ATP
x2
3P-Gly  1,3 bis-P Gly : - 1 ATP
2 Pyr  1 Glc : - 6 ATP
Cette séquence utilise donc beaucoup d’énergie.
V) Voie des pentoses phosphates
Elle ne va générer aucune énergie mais va générer du pouvoir réducteur matérialisé par une
production de NADPH qui va servir à presque toutes les biosynthèses. Elle va également
fabriquer des pentoses comme le ribose, indispensable à la fabrication d’acides nucléiques.
C’est une voie essentiellement aérobique, il n’y aura jamais intervention d’ATP, elle
fournit d’énormes quantités de NADPH et de ribose, chez les organismes photosynthétiques
cette voie va permettre la fabrication de glucides à partir du CO2, enfin elle va fabriquer de
l’érythrose 4-P très importante car c’est le précurseur des acides aminés aromatiques et de
l’histidine.
5.1. Séquences enzymatiques
5.1.1 Voie oxydative
On part du G6P, l’enzyme G6PDH (glucose 6 phosphate déshydrogénase) va catalyser une
oxydation avec NADP+ (formation de NADPH), ce qui donne du 6-P-gluconolactone. Cette
molécule donne du 6-P-gluconate avec l’action de 6-P-Gluconolactonase. Le 6-P-gluconate
donne du Ru5P sous l’action de la P-gluconate déshydrogénase et du NADP+ (rejet de
NADPH + CO2). Cette voie est complètement irréversible.
5.1.2. Voie non-oxydative
a- Isomérisation du Ru5P
Le Ru5P va devenir du Xu5P avec la ribulose 5-P épimérase ou du R5P avec la ribulose 5P isomérase. Le système est réversible.
b- Interconvection des oses : transcétolisation
C’est une réaction catalysant le transfert d’un groupe à deux carbones d’un donneur cétose
vers un receveur aldose. Elle est catalysée par la transcétolase qui fonctionne avec un
coenzyme TPP et est réversible. Exemple :
Xu5P + R5P  GAP + S7P
Xu5P + erythrose 4-P  GAP + F6P
c- Transaldolisation
Il s’agit du transfert d’un groupe à trois carbone d’un cétose donneur vers un aldose
receveur. Le système est catalysé par une transaldolase mais en absence de coenzyme.
Exemple :
S7P + GAP  E4P + F6P
d- Conversion F6P  G6P
3 G6P + 6 NADP+  3 CO2 + 6 (NADPH + H+) + GAP + 2 G6P
6 G6P + 12 NADP+  6 CO2 + 12 (NADPH + H+) + 2 GAP + 4 G6P
G6P + 12 NADP+  6 CO2 + 12 (NADPH + H+)
GAP + DAP
F 1,6 bis-P  G6P
Il y a fabrication de grandes quantités de NADPH qui serviront à la biosynthèse.
Schéma bilan de la voie des pentoses phosphate :
NADPH + H+
G6P
G6P
G6P
6P-glu
6P-glu
6P-gluconate
NADPH
CO2
GAP
F6P
Xu 5P
Ru5P
Ru5P
Ru5P
Xu5P
R5P
Transaldolisation
E-4P
S7P
F6P
Transaldolisation
GAP
http://fr.wikipedia.org/wiki/Glycolyse
Transcétolisation