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2016-2017
Voie des pentoses phosphate
Biochimie
– UE VII : Sciences biologiques –
Voie des pentoses phopshate
Annexe sur Moodle
Semaine : n°4 (du 26/09/16 au
30/09/09)
Date : 30/09/2016
Heure : de 9h00 à
10h00
Binôme : n°65
Professeur : Pr. Tailleux
Correcteur : 70
Remarques du professeur
•
•
•
Il faut connaître les voies métaboliques réaction par réaction
Il faut être capable de reconnaître une voie métabolique dans son ensemble
Il faut connaître les caractéristiques de certains enzymes importante : la glucokinase , l'Hexokinase , la
PFK1 , la G6PDH … dans quelle type cellulaire ils agissent où ils agissent ...
PLAN DU COURS
I)
Géneralités
II)
Voie des pentoses phosphate : 2 Phases distinctes
A)
Phase oxydative : Synthèse de NADPH
B)
Phase non oxydative : Interconversion d'oses
III) Régulation de la voie des pentoses phosphate
A)
Disponibilité en substrat
B)
Besoin de la Cellule
IV) Importance du NADPH
A)
Le glutathion
B)
Role de la G6PDH ds la protection contre les ROS
C)
Role dans les Globules Rouge
V)
Deficit en G6PDH
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I)
Voie des pentoses phosphate
Généralités
On s’intéresse a la production de NADPH qui est diffèrent du NADH
Il y a une différence de structure entre le NADH et le NADP , dans le NADP le groupement hydrogène (OH) est
remplacé par un groupement phosphate
Le NADPH est ce que l’on appelle l’unité de pouvoir réducteur, c’est une molécule comme le NAD et le NADH
Le NADP va fonctionner avec le NADPH + H2 , molécule qui existe a l’état oxydé et réduit , cette
oxydoréduction est couplé a des réactions de biosynthèse
Le NADPH sert comme donneur de pouvoir réducteur dans les biosynthèses réductrices (voie réductrice qui
ont besoin de pouvoir réducteur)
Exemple : synthèse d’AG , du cholestérol , des hormones sexuelle , surrénale stéroïde …
Il va servir aussi au phénomène de détoxification , ils sont impliqués dans le foie dans le système de
détoxification du cytochrome P450 (élimination des molécules exogènes : polluants , toxiques , médicaments … )
Le NADPH va être important pour la réduction du glutathion
Du fait de l’importance du NADPH dans ces biosynthèses réductrice et de leur localisation tissulaire , la voie de
production du NADPH (qui est ubiquitaire) va être particulièrement active où on a besoin de NADPH : dans le
foie, les glandes surrénales, les glandes sexuelles, dans la glande mammaire, les tissus adipeux et très
importante dans le globule rouge.
Dans les cellules qui ont des mitochondries , il y a une synthèse de NADPH autre que par la voie des pentoses
phosphate, notamment dans le métabolisme des acides gras
Dans le globule rouge, la voie des pentoses est l’unique voie de production de NADPH
La voie des pentoses produit aussi des riboses qui rentrent dans la constitution des acides nucléique, il rentre aussi
dans la production de cofacteurs (comme le NAD , le NADP , le CoA …)
La Voie des pentoses se fait exclusivement dans le cytosol
II)
Voie des pentoses phosphate : 2 phases distinctes
Les 2 phases n’ont pas forcement lieu en même temps, on peut avoir l’une ou l’autre
A)
Phase oxydative : Synthèse de NADPH
Dans la phase oxydative, on a la synthèse de NADPH
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Voie des pentoses phosphate
Le substrat de départ c’est le G6P et celui-ci est transformé en 6 PhosphoGluconolactone par la G6PDH :
Glucose6P-Deshydrogenase
Dans cette réaction on a une perte de 2 Hydrogènes pris en charge par le NAD+ pour donner du NADPH + H+ ; il
y a donc production de la 1ère molécule de NADPH
Ensuite on a une ouverture du cycle par une Lactonase avec intervention d’une molécule d’eau pour former du 6P-Gluconate et ensuite il va y avoir décarboxylation : on passe d’une molécule a 6C a une molécule a 5 C grâce
à la 6-P-Gluconate-Deshydrogenase
Là il y a production de la 2ème molécule de NADPH et production du ribulose 5 phosphate (possède un
groupement CH2OH-CO caractéristique des cétoses) qui est l’équivalent en cétose de la molécule du ribose (avec
le OH qui se trouve a droite naturellement )
Bilan : GLC-6P + 2NADP+ + H2O → RU5P + 2 NADPH + 2H+ + CO2
Cette réaction est une réaction irréversible (donc 1ere phase irréversible)
Ensuite ce ribulose 5 Phosphate va subir l’action d’une isomérase et épimèrase
Le ribulose 5 P va pouvoir être d’abord isomérisé pour donner du ribose 5 P et le ribulose-5P peut aussi subir
l’action d’une épimèrase. Une épimérisation (changement d’orientation d’un OH porté par un carbone
asymétrique , le carbone 3 ici) qui donne du xylulose-5-P
La régulation de cette phase oxydative se fait essentiellement sur le G6PDH de manière allostérique par le
NADP+ ( Donc régulation classique par son substrat)
B)
Phase non oxydative : Interconversion d'oses
Elle est pas systématique : c’est la phase d’inter-conversion des oses.
2 enzymes essentielles vont agir dans cette phase : une transcétolase et une transaldolase
La transcétolase transfère une unité a 2C (un groupe a 2C) et elle a la particularité de travailler avec un
cofacteur TPP (ThiaminePyroPhosphate qui sert dans la pyruvate déshydrogénase)
La transaldolase transfère 3C
On aura toujours transfère de 2C ou 3C dans cette inter-conversion entre un cétose et un aldose
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Voie des pentoses phosphate
Le Cétose est toujours donneur (Cétose cède) et l’Aldose est toujours l’accepteur (Aldose accepte)
•
Sous l’action conjointe des 2 enzymes (Transcétolase et Transaldolase) on a un ose en C5 qui va réagir
avec un autre ose en C5 (un aldose réagi toujours avec une cétose) , on a transfert de 2 unités Carbones
qui conduit à la formation d’un Ose en C3 et C7 (l’un sera cétose et l’autre sera aldose)
•
Ensuite ces 2 même C3 et C7 vont subir l’action de la transaldolase ( Transfère d’unité de 3C) qui
conduit a la formation d’un autre aldose et cétose en C4 et C6
•
Enfin l'ose C4 formé par l’étape précédente va réagir avec un ose C5 et cela conduit à la formation d’un
ose en C3 et en C6
Au final on a 3 molécules d’oses en C5 qui vont donner 2 molécules en C6 et 1 molécule en C3
Ce sont 3 Ribulose5P qui vont conduire a la formation de C6 , fructose-6-P et du glycéraldéhyde 3P
Comment ce font ces échanges ?
On part du xylulose-5-P qui va réagir avec un ribose 5 phosphate.
•
1er réaction catalysée par la transcetolase transfère une unité à 2 carbone (le donneur est le xylulose) sur
l’aldose.
Cela conduit a la formation REVERSIBLE d’un ose a 3C qui est le Glycéraldéhyde 3 P puis va se
former un ose qui aura 7 atomes de C = Sedoheptulose
•
Dans la 2ème étape : Le glycéraldéhyde 3 P en C3 va réagir avec le sedoheptulose en C7 et ils vont
subir l’action de la trans-amidolase (transfère un groupement a 3 C) et c’est le cétose qui donne.
Il va y avoir transfère de ce bloc de 3 C depuis le cétose vers l’aldose
Il va rester un ose a 4C qui est l’érythrose-4-P et un ose a 6C qui va être un cétose et qui est le fructose-6P
•
3ème étape : L’Eryhrose-4-P (C4) qui est un aldose qui va réagir avec un ose en C5 (un aldocetose) le
xylulose-5-P, ici c’est une Transcetolase qui agit (transfère d’une unité a 2C du cétose vers l’aldose)
Il reste une molécule a 3C ( le Glycéraldéhyde 3P ) et il y a formation d’une molécule a 6C qui est un
cétose = un fructose 6P
On voit qu’il y a des intermédiaires de la glycolyse qui apparaissent donc les 2 voies se rejoignent et
inversement des intermédiaires de la glycolyse peuvent venir alimenter la voie des pentoses
TOUTES LES REACTIONS REVERSIBLES++++
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III)
A)
Voie des pentoses phosphate
Régulation de la voie des Pentoses Phosphate
Disponibilité en substrat
La Régulation dépend de la disponibilité en substrat ( Régulation classique ) : ici le Glucose-6P , il vient de la
phosphorylation du glucose par l’hexokinase et la glucokinase
B)
Besoin de la Cellule
Cette voie dépend aussi essentiellement des besoins de la cellule en NADPH et en ribose
La cellule n’a pas forcément besoin des 2 a la fois : besoin de NADPH quand elle doit faire des synthèses
réductrice (cholestérol , hormones …) et besoin de ribose quand elle est en division (besoin d’acide nucléique)
Si elle a besoin des 2 en même temps : la phase 1 va avoir lieu mais pas la phase 2
Si la cellule a besoin de NADPH mais pas de ribose , dans ce cas la phase 1 va avoir lieu et la phase 2 aussi et
cette transformation du ribose va donner des molécules qui vont rejoindre la voie de la glycolyse
Si la cellule a besoin de ribose mais pas ou peu de NADPH , on aura essentiellement la phase 2 a partir de
fructose-6-P , de Glycéraldéhyde-3-P il va y avoir des inter-conversion d’oses pour remonter la phase 2
A partir de ces intermédiaires commun avec la glycolyse il va y avoir production de ribose par des réactions de la
phase 2 et pas de NADPH car les réactions sont réversibles
IV) Importance du NADPH
A)
Le glutathion
Le NADPH dans la Cellule sert aussi au glutathion
Le Glutathion : c’est un tripeptide ( peptide de 3 AA ) il présente une particularité, il est pas synthétisé par le
système classique (gène , ADN, ARNm et protéine ), il est directement produit ds le cytosol par assemblage des
AA par des transpeptidases
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Voie des pentoses phosphate
Le glutathion a pour formule : GammaGluCysGly
L'acide glutamique lorsqu’il est impliqué dans une liaison peptidique il va le faire en établissant une liaison COOH
porte par le C alpha
Ici ça va être le COOH qui est en position gamma
Structure du glutathion :
On a une Liaison peptidique avec le résidu de cystéine puis on a une 2eme liaison peptidique et pour finir la
glycine
Sous cette forme on dit que le glutathion est réduit , on l’appelle glutathion SH parce que le groupement thiol de
la cystéine est libre
Mais la cystéine peut faire une pont disulfure donc le Glutathion sous forme SH peut s’associer a une autre
molécule de Glutathion et forme le glutathion sous forme oxydé qu’on nomme : G-S-S-G ( = glutathion oxydé )
B)
Rôle de la G6PDH ds la protection contre les ROS
Le Glutathion passe d’un état réduit a un état oxydé grâce a la glutathion réductase et le NADPH qui permet
cette réaction , il est donc indispensable au maintien du glutathion sous forme réduite
Le glutathion prend donc en charge les espèces réactives de l’oxygène ; les ROS ( transforme les molécules
toxique en Non toxique )
Le NADPH est donc fondamental dans le maintien du glutathion sous forme réduite qui permet d’éliminer des
espèces réactive de l’oxygène
C)
Rôle dans les Globules Rouges
Glutathion est surtout important dans des les globule rouge, dans les cellules qui ont des mitochondries quand
la réduction de l’oxygène n’est pas total pour lutter contre les espèces réactive de l’oxygène on a des catalases
mais dans le globule rouge pas de mitochondries donc le globule rouge est totalement dépendant du glutathion
pour éliminer les espèces réactives de l’oxygène et donc de la voie des pentoses pour produire du NADPH ( qui
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Voie des pentoses phosphate
est la seul voie a en produire ds le Globules rouges )
Dans le globule rouge, ce glutathion ne sert pas que à lutter contre les espèces réactives de l’oxygène , il sert aussi
à réduire des pont disulfure présent dans l’hémoglobine (car elle est riche en cystéine), le glutathion réduit
permet de réduire les ponts disulfure qui se produisent dans la chaîne de l’hémoglobine
Donc il aide au maintien d’une structure fonctionnelle de l’hémoglobine
Dans le globule rouge il va aussi maintenir le fer associé a l’hémoglobine, permet donc de conserver un fer sous
forme Fe2+ qui permet la fixation de l’oxygène moléculaire sur l’hémoglobine
V)
Deficit en G6PDH
Cas d’un déficit en G6PDH = Enzymopathie congénital (anomalie de l’enzyme qui se transmet)
On l’appelle le favisme : car cela est majoré par le consommation de fer et de substance très oxydante qui
contribue a l’hémolyse des globules rouges
Il est très fréquent dans la population africaine, indienne, dans la population du bassin méditerranée et la
population afro américaine
Ces mutations sont liées au Chromosome X nombreux variant exprimé : certains asymptomatique, certains
vont jusqu’à l’hémolyse dû a une anémie hémolytique (qui est du a une diminution de la concentration en
hémoglobine ) car il n’y a pas de G6P fonctionnel donc pas de NADPH produit dans le globule rouge donc
sensibilité aux espèces de l’Oxygène donc stress oxydant dans le globule rouge, cela donne difficulté de
transporter l’Oxygène parce que le fer est maintenu dans un état ferrique donc sans affinité pour l’oxygène
Il y aura également un précipité des protéines dans le globule rouge ce qui va déformer l’hématie (C’est
différent de la drépanocytose )
Certaine forme du déficit en G6PDH ont un avantage : cela protège du paludisme, il a besoin de NADPH pour
se développer
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