VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

Les grandes voies métaboliques
•Glycolyse
(1ère partie dégradation glucose)
•Cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique
(2ème partie dégradation glucose, acides gras, AA)
•Voie des pentoses phosphate
(pouvoir réducteur, pentoses pour acides nucléiques)
•Gluconéogenèse ou néoglucogenèse
(synthèse glucose)
•Glycogène (synthèse et dégradation)
•Biosynthèse & dégradation des
acides gras
•Biosynthèse & dégradation des
acides aminés
1
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introduction
¾ vue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
2
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introduction
¾ vue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
3
GLYCOLYSE
• Par l'intermédiaire de la voie glycolytique, les glucides sont à l'origine de la
formation d'ATP et de NADH.
Les électrons stockés sous forme de NADH constituent la majeure partie de l'énergie
métabolique. Elle est destinée à la fabrication de l'ATP dans la phosphorylation
oxydative (chaîne respiratoire dans la membrane interne mitochondriale, cf. cours
Bioénergétique BIO75, L3)
Glucose
2 NADH
3 ATP
2 ATP
2 Pyruvate
2 NADH
5 ATP
2 AcétylCoA
6 NADH
2 FADH2
15
ATP
3 ATP
2 GTP
2 ATP
Nb: Le NADH de la glycolyse donne moins
d’ATP que celui du cycle de Krebs parce que son
transport dans le mitochondrie demande de
l’énergie.
4
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
• Par l'intermédiaire de la voie des pentoses phosphates, les glucides sont à
l'origine de la formation de:
Glucose
Glucose 6P
• pouvoir réducteur (NADPH) pour les réactions anaboliques,
en oxydant le glucose‐6P
• pentoses, en particulier ribose‐5P, constituant essentiel des
coenzymes pyridiniques (NAD, NADP) et flaviniques (FMN, FAD),
du coenzyme A, de l'ATP et des acides nucléiques (ADN, ARN).
NADPH
+
Ribose 5-phosphate
5
NADH ET NADPH
réduction
Nicotinamide
NAD(P)+
Ribose
NAD(P)H
NADH et NADPH n’ont pas le
même rôle métabolique tout en
ayant les mêmes propriétés redox.
Adénosine
X=H
Æ NAD+ (Nicotinamide adénine dinucléotide)
X = PO32- Æ NADP+ (Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate)
Le groupement phosphate permet aux enzymes de discriminer entre les deux formes de
cofacteur redox. Les enzymes cataboliques utilisent le NAD+/NADH (pour la production
d’ATP), tandis que les enzymes anaboliques utilisent le NADPH/NADP+ (pour les biosynthèses
réductrices). De cette façon le rapport des concentrations des formes oxydée et réduite
ne
6
sont pas directement liés et peuvent être différents dans les deux cas.
POURQUOI DEUX COFACTEURS, NADH ET NADPH ?
Réaction catabolique:
pour que la réaction ait lieu, la concentration
de NAD+ doit être élevée et celle de NADH
faible. Dans le cas contraire la réaction
procédera en sens inverse.
Réaction anabolique:
réactif + NADPH ↔ produit + NADP+
GAP (un aldose)
Glycéraldéhyde 3P
déshydrogénase (GAPDH)
la concentration de NADPH doit être élevée
et celle de NADP+ doit être faible
NADH/NAD+≈0.01; NADPH/NADP+≈1000
S’il en était autrement, il ne pourrait y avoir
dans une même cellule de catabolisme ET
anabolisme concomitant .
La gestion redox de l’anabolisme et du
catabolisme est permise par l’utilisation de
co-facteurs diversifiés.
1,3-bisphosphoglycerate (1,3 BPG)
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
La voie des pentoses phosphates peut être divisée en deux branches et trois phases:
Branche non oxydative (phases 2-3)
Branche oxydative (phase 1)
Série de réactions qui mène à l’oxydation du Série de réactions réversibles d’isomérisation
glucose-6P, à la réduction du NADP+ en et transfert d’unités à 2 ou 3 carbones qui mène
NADPH et à la production de pentoses.
à la formation d’hexoses et trioses à partir de
pentoses
3 G6P + 6 NADP+ + 3 H2O Æ
Æ 3 Ribulose-5P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2
Isomérisation (phase 2)
3 Ribulose-5P ↔ Ribose-5P + 2 Xylulose-5P
Nomenclature:
Glucose-6P = G6P
Fructose-6P = F6P
Glycéraldéhyde-3P = GAP
Ribulose-5P = Ru5P
Ribose-5P = R5P
Xylulose5P = Xu5P
Transfert des unités (phase 3)
Ribose-5P + 2 Xylulose-5P ↔ 2 F6P + GAP
8
Glucose-6phosphate
déshydrogénase
6-Phospho
glucono
lattonase
6-Phospho
gluconolactone
Glucose 6-P
6-Phospho
gluconate
déshydrogénase
6-Phospho
gluconate
Transcétolase
Ribulose 5-P
Phosphopentose
isomérase
Phase 1: oxydations (1‐3)
Ribose 5-p
Glycéraldéhyde 3-P
Sédoheptulose 7-P
Phosphopentose
épimérase
Phase 2: réorganisation
par
isomérisation
et
épimérisation (4 et 5)
Transaldolase
Phase 3: réorganisation
par transfert de groupes
carbonés (6‐8)
Xylulose 5-p
Transcétolase
9
Fructose 6-P
Érythrose 4-P
Fructose 6-P
Glycéraldéhyde 3-P
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introduction
¾ vue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
10
PHASE 1 : OXYDATIONS (RÉACTIONS 1‐3)
Glucose-6phosphate
déshydrogénase
6-Phospho
glucono
lattonase
6-Phospho
gluconate
déshydrogénase
La phase 1 comprend la fonction principale de la voie: la synthèse de NADPH
- Les réactions 1 et 3 sont des oxydoréductions (la 3 avec décarboxylation
concomitante); la réaction 2 est une réaction d’hydrolyse de la liaison ester
intramoléculaire.
- La première réaction de la voie (oxydation du glucose) a un ΔG << 0 et donc la
réaction est irréversible.
11
PHASE 2 : RÉORGANISATION PAR ISOMÉRISATION OU ÉPIMÉRISATION (RÉACTIONS 4 & 5)
Réaction 4
Phosphopentose
isomérase
Phosphopentose
isomérase
Réactions similaires à celles de la glycolyse pour la
conversion du G6P Æ F6P et du DHAP Æ GAP
Synthèse
ADN+ ARN
Suite
Voie
Réaction 5
Phosphopentose
épimérase
12
Épimères:
Deux oses sont épimères s'ils diffèrent, sur un carbone asymétrique, par la position d' un seul groupe hydroxyle (-OH)
PHASE 3 : RÉORGANISATION PAR TRANSFERT DE GROUPES CARBONÉS (RÉACTIONS 6‐8)
Série de réactions qui transfèrent des groupes à 2 ou 3 atomes de carbone,
catalysées par deux enzymes: Transcétolase et Transaldolase
2
(Transcétolase)
3
(Transaldolase)
2
(Transcétolase)
final
Les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphates, catalysent l’interconversion
des glucides à 3, 4, 5, 6 et 7 atomes de carbones.
Transcétolase: 2 atomes de C
Transaldolase: 3 atomes de C
13
Réaction 6
Le cétose est toujours
le
donneur
des
carbones et l’aldose est
l’accepteur. Le cétose
après
la
réaction
devient un aldose et
vice-versa.
Réaction 7
Bilan total:
Ribose-5P + 2 Xylulose-5P ↔ 2 F6P + GAP
Réaction 8
14
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introduction
¾ vue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
15
La voie des pentoses phosphates peut devenir un cycle qui oxyde le
glucose en CO2
Glucose
Voie des pentoses
phosphate
Glycolyse
Gluconéogenèse
Pyruvate
Nucléotides
16
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introduction
¾ vue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
17
4. RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
• La première étape de la branche oxydative , catalysée par la Glucose‐6‐phosphate
déshydrogénase, est irréversible et contrôle donc le flux dans la voie:
‐ le facteur régulateur le plus important est la concentration du NADP+ (disponibilité du substrat)
‐ le NADPH est inhibiteur compétitif de la Glucose‐6‐phosphate déshydrogénase
(compétition avec le NADP+ pour la liaison à l’enzyme)
Glucose 6P
Glucose-6phosphate
déshydrogénase
(+) NADP+
(-) NADPH
6-Phosphogluconolactone
• Les étapes de la branche non oxydative sont toutes réversibles, donc la direction des réactions dans cette branche dépend de la disponibilité des substrats
Les connections de la glycolyse et de la néoglucogenèse
Glycogène
Dégradation du glycogène
Synthèse du glycogène
Voie des Pentoses Phosphates
Glucose
Glucose-6-phosphate
Glycolyse
Ribose 5-phosphate
Néoglucogenèse
Pyruvate
Lactate
Acides aminés
Acetyl-CoA
Cycle de l’acide citrique (ou de Krebs) → CO2
19
MODES DE RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES
PHOSPHATE
20
MODE 1: une quantité plus grande de ribose‐5P que de NADPH est nécessaire
Transcétolase
+
Transaldolase
Exemple: les cellules en
division rapide ont besoin de
beaucoup de ribose-5P pour
la synthèse d’ADN.
La phase 3 de la voie est utilisée:
‐ le glucose‐6P est converti en fructose‐6P et glycéraldéhyde‐3P par la glycolyse.
‐ transcétolase et transaldolase catalysent la formation du ribose‐5P à partir du F6P et GAP
par les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphate (en sens opposé).
La phosphopentose isomérase et la
BILAN:
21
5 Glucose-6P + ATP Æ 6 Ribose-5P + ADP + H+
Glucose-6phosphate
déshydrogénase
6-Phospho
glucono
lattonase
6-Phospho
gluconolactone
Glucose 6-P
phosphopentose épimérase catalysent la
conversion du xylulose-5P en Ribose-5P
6-Phospho
gluconate
déshydrogénase
6-Phospho
gluconate
Transcétolase
Ribulose 5-P
Phosphopentose
isomérase
Phase 1: oxydations (1‐3)
Ribose 5-p
Glycéraldéhyde 3-P
Sédoheptulose 7-P
Phosphopentose
épimérase
Phase 2: réorganisation
par
isomérisation
et
épimérisation (4 et 5)
Transaldolase
Phase 3: réorganisation
par transfert de groupes
carbonés (6‐8)
Xylulose 5-p
Transcétolase
22
Fructose 6-P
Érythrose 4-P
Fructose 6-P
Glycéraldéhyde 3-P
MODE 2: les besoins en ribose‐5‐phosphate et NADPH sont équilibrés
Phosphopentose
isomérase
La branche oxydative de la voie des pentoses phosphate est utilisée:
‐ Le glucose‐6P est converti en ribulose‐5P par la branche oxydative de la voie des pentoses
phosphate.
‐ Le ribulose‐5P est ensuite isomérisé en ribose‐5P par la phosphopentose isomérase
BILAN:
Glucose-6P + 2 NADP+ + H2O Æ Ribose-5P + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
MODE 3: une quantité plus grande de NADPH que de ribose‐5P est nécessaire
Gluconéogenèse
Exemple: les cellules du tissu
adipeux ont besoin de
beaucoup de NADPH pour la
synthèse des acides gras
Toute la voie est utilisée:
‐ le fructose‐6P et le glycéraldéhyde‐3P obtenus par la phase 3 sont reconvertis en glucose‐6P
par la voie de la gluconéogenèse (la voie fonctionne comme un cycle qui permet d’oxyder
complètement une molécule du G6P).
BILAN:
Glucose-6P + 12 NADP+ + 7 H2O Æ 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi
Réactions partielles:
(1)
6 Glucose-6P + 12 NADP+ + 6 H2O Æ 6 Ribose-5P + 12 NADPH + 12 H+ + 6 CO2
(2)
6 Ribose-5P Æ 4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P
(3)
4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P + H2O Æ 5 Glucose 6-phosphate + Pi
TOT
Glucose-6P + 12 NADP+ + 7 H2O Æ 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi
(1)
(1)
Gluconéogenèse
(2)
(3)
(2)
25
MODE 4: une quantité plus grande de NADPH que de ribose‐5P est nécessaire
Glycolyse
Glycolyse
‐Toute la voie est utilisée:
‐le fructose‐6P et le glycéraldéhyde‐3P obtenus par la phase 3 sont convertis en pyruvate par la
voie de la glycolyse. On obtient du NADH et de l’ATP .
BILAN:
26
3 G6P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP Æ 5 Pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8 H+
(1)
3 Glucose-6P + 6 NADP+ + 3 H2O Æ 3 Ribose-5P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2
(2)
3 Ribose-5P Æ 2 Fructose-6P + 1 Glycéraldéhyde-3P
(3)
2 Fructose-6P + 4 NAD+ + 6 ADP + 4 Pi Æ 4 Pyruvate + 4 NADH + 6 ATP + 4 H2O + 2 H+
(4)
1 Glycéraldéhyde-3P + NAD+ + 2 ADP + 1 Pi Æ 1 Pyruvate + 1 NADH + 2 ATP + 1 H2O
Pentoses phosphate
Glycolyse
3 G6P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP Æ 5 Pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8 H+
27
Le squelette de carbone pour la synthèse des AA provient des intermédiaires de la
glycolyse, de la voie de pentoses phosphate ou du cycle de Krebs
28