Biochimie générale BCHM1110
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Chapitre 17: La glycolyse • • • • • La voie glycolytique Réactions de la glycolyse La fermentation Régulation métabolique Métabolisme d’hexoses autre que le glucose La glycolyse: réaction globale • Glucose arrive dans le sang suite à l’hydrolyse de di- et polysaccharides (saccharose, amidon), • Ou après sa synthèse (dans la gluconéogenèse). • Glucose entre dans la cellule à l’aide d’un transporteur • Addition de groupements phosphoryle au glucose • Conversion des intermédiaires phosphorylés en composées de haute énergie. • Hydrolyse de ces composées avec synthèse d’ATP et formation de pyruvate. • Réaction globale: • Glucose + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi --> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O La glycolyse est une voie métabolique commune à toutes les cellules (1) QuickTime™ and a decompressor are needed to see this picture. Réactions enzymatiques de la glycolyse 1. Hexokinase • • • • Catalyse la phosphorylation de glucose en glucose 6-phosphate aux dépens d ’une molécule d ’ATP Glucose + ATP --> Glucose 6-phosphate + ADP + H+ La réaction est quasi irréversible Dans le fois une glucokinase remplace la hexokinase Hexokinase est inhibé par ATP et glucose 6-phosphate 1. Hexokinase glucose Modèle compact d’une sousunité glucose 2. Phosphoglucose isomérase • • Catalyse la conversion de glucose 6-phosphate en fructose 6-phosphate Glucose 6-phosphate <---> Fructose 6-phosphate La réaction est en équilibre Phosphoglucose isomérase (2) QuickTime™ and a decompressor are needed to see this picture. 3. Phosphofructokinase-1 (PFK-1) • • • • • • Catalyse une étape-clé du contrôle de la glycolyse Fructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 1,6-bisphosphate + ADP + H+ Elle utilise à nouveau une molécule d ’ATP La réaction est quasi irréversible Le produit de la réaction est le fructose 1,6bisphosphate Enzyme allostérique L ’activité enzymatique est modulée par des métabolites: fructose 2,6-bisphosphate, ADP et AMP stimulent, ATP et citrate inhibent 4. Aldolase • Catalyse la scission du fructose 1,6bisphosphate en deux triose phosphates fructose 1,6-bisphosphate <--> dihydroxyacétone phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate • La réaction est quasi réversible • L’Aldolase hépatique utilise fructose 1-phosphate ainsi que fructose 1,6bis-phosphate comme substrats 5. Triosephosphate isomérase (1) • Catalyse l ’interconversion des glycéraldéhyde 3-phosphate et dihydroxyacétone phosphate: dihydroxyacétone phosphate <--> glycéraldéhyde 3-phosphate • La réaction est réversible Triosephosphate isomérase 6. Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase • Catalyse la seule réaction d ’oxydation de la glycolyse • glycéraldéhyde 3-phosphate + NAD+ + Pi <--> 1,3-bisphosphoglycérate + NADH + H La réaction est quasi réversible + L ’arsenic est toxique • • L ’Arséniate est une analogue du phosphate inorganique. L ’enzyme ne fait pas la distinction. L ’analogue instable formé est vite hydrolysé. 7. Formation d ’ATP • ATP est formé par l ’action de la phosphoglycérate kinase: 1,3-bisphosphoglycérate + ADP <--> 3-phosphoglycerate + ATP • La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre • Le groupe phosphoryle riche en énergie est transferé à l ’ADP pour former de l ’ATP • Le transfert d ’un group phosphoryle riche en énergie est une phosphorylation au niveau du substrat Formation d ’ATP (2) H2O R-CH2 - O-PO32- R-CH2-O-H DG ≤ 12.6 KJ/mol O R-CO-PO32- H 2O + HOPO32- O R-C-O-H O-H R-C=O DG > 30 KJ/mol + HOPO32- 8. Phosphoglycérate mutase • • Catalyse la conversion de 3-phosphoglycérate en 2-phosphoglycérate La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre 9. Enolase • Catalyse le passage du 2-phosphoglycérate au phosphoénolpyruvate (PEP) 2-phosphoglycérate <--> PEP + H2O • La réaction est réversible • Phosphoénolpyruvate est porteuse d ’un groupe phosporyle riche en énergie. Phospoester de haute énergie 10. Pyruvate kinase (1) • Catalyse le transfert du groupe phosphoryle du phosphoénolpyruvate à l ’ADP pour former de l ’ATP: PEP + ADP + H+ --> pyruvate + ATP • La réaction est métaboliquement irréversible • Le transfert du groupe phosphoryle riche en énergie permet la formation de l ’ATP. La fermentation Fermentation lactice • En absence d ’oxygène la plupart des cellules transforment le pyruvate en lactate pour assurer la réoxydation de NADH en NAD+ Fermentation alcoolique • La levure et certaines autres microorganismes comme des protistes et des bactéries peuvent transformer le pyruvate en éthanol • Le NADH formé dans la réaction de la GAPDH peut être réoxydé en NAD+ par l ’action de l ’alcool déshydrogénase qui catalyse la réduction d ’acétaldéhyde en éthanol • Cette régénération de NAD+ permet à la fermentation de se maintenir en l ’absence d ’oxygène. Regulation: variations d ’énergie libre (1) 1kcal=4,2 kJ Variations d ’énergie libre (2) 1kcal=4,2 kJ • Variations d ’énergie libre standard comparées aux variations d ’énergie libre réelle dans les érythrocytes pour les réactions enzymatiques de la glycolyse 1,3-bis phosphoglycérate • Les globules rouges peuvent transformer le 1,3-bisphosphoglycérate en 2,3-bisphosphoglycerate, la molécule dont dépend un transport efficace d ’O2. Courbe d’oxygénation de la hémoglobine pour des érythrocytes différentes Régulation allostérique de la PFK-1 Activateurs ADP, AMP, AMPc FBP, F2,6P2, F6P, NH4+,Pi Inhibiteurs ATP, citrate, PEP Phosphofructokinase-2 (PFK-2) • la fructose 2,6-bisphosphate est synthétisée par la PFK-2 Fructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 2,6-bisphosphate + ADP + H+ • La PFK-2 est régulée par phosphorylation du façon indirect par AMP-cyclique et la glucagon Fructose 2,6-bisphosphate L’hormone glucagon contrôle l’activité de la PFK-1 • • • • • • Glucagon AMP cyclique Protéine kinase PFK-2 Fructose 2,6-bisphosphate PFK-1 AMPcyclique (1) • Différentes étapes dans une régulation hormonale • Premier messager: glucagon, protéine de 29 acides aminées produit par les cellules a du pancréas • Le récepteur de glucagon est une AMP cyclase • Second messager: cAMP • Enzyme effectrice: protéine kinase • Phosphorylation de l ’enzyme cible: PFK-2 • Fru-6-P + ATP --> Fru-2,6-P2 + ADP (Fru-2,6-P2 est une activateur allosterique de la PFK1) AMPcyclique (2) • Conversion de l ’ATP en AMP cyclique (AMPc) catalysée par l ’adénylate cyclase Régulation de la pyruvate kinase • • • Pyruvate kinase est une enzyme allostérique Beaucoup de métabolites peuvent moduler son activité (voir fructose 1,6bisphosphate) L ’activité enzymatique peut être modulé par phosphorylation (voir glucagon) Pyruvate kinase de Leishmania mexicana Métabolisme d’ hexoses autres que la glucose • Fructose – Saccharose (sucre, sucrose), disaccharide de glucose et fructose – Jus de fruits • Galactose – Lactose (produits laitières): disaccharide de glucose et galactose • Mannose – Glycoprotéines Saccharose • • • • Le saccharose (un disaccharide de glucose et fructose) est catabolisé via la glycolyse. L ’enzyme saccharase (invertase) l ’hydrolyse du saccharose des aliments en glucose et fructose. Le fructose est métabolisé par le fois. Le fois possède une glucokinase, une fructokinase, une aldolase à double spécificité et une triose kinase La catabolisme du fructose évite la PFK-1 et le point de contrôle qui y est associé Lactose • • • Le lactose, un disaccharide de glucose et galactose présent dans le lait, est aussi catabolisé via la glycolyse grâce à une enzyme intestinale: la lactase. Galactosémie: déficience en galactose-1-phosphate uridyltransférase Intolérence au lactose : déficience en lactase Mannose F6P
