Gluconéogenèse (ou néoglucogenèse)

Gluconéogenèse (ou néoglucogenèse)
La gluconéogenèse est l’ensemble des réactions métaboliques qui portent à la synthèse du
glucose à partir de précurseurs non glucidiques.
Le glucose est essentiel pour plusieurs fonctions: donc si la source de carbone est
différente du glucose, il faut bien le synthétiser. Le cerveau, par exemple, n’utilise que du
glucose comme source d’énergie.
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La voie de la gluconéogenèse convertit le
pyruvate en glucose, mais ça n’est pas
l’inverse de la glycolyse. En effet,
seulement les réactions qui sont réversibles
chez la glycolyse sont maintenues chez la
gluconéogenèse, les autres sont substituées
par des cycles du substrat parfois très
complexes (en rouge)
Les principaux précurseurs non glucidiques
sont le lactate, les acides aminés et le glycérol.
Chez l’homme, la gluconéogenèse se produit
surtout dans le foie (et en petite quantité
dans les reins) et non pas dans les muscles et
le cerveau. En plus, l’acetyl-CoA, produit par
dégradation des acides gras, ne peut pas être
utilisé par la synthèse du glucose et donc les
acides gras ne peuvent pas être convertis en
glucose.
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Premier cycle du substrat: du pyruvate au phosphoénolpyruvate
La réaction de la pyruvate kinase est irréversible et ne peut donc pas servir comme
départ de la gluconéogenèse. Cette réaction est substituée par deux autres dans
lesquelles il y a utilisation d’ATP et GTP. Cette injection d’énergie rends possible
le début de la gluconéogenèse dans la direction opposée à celle de la glycolyse.
'G°’= -31.4 kJ x mole -1
Glycolyse
Gluconéogenèse
Phosphoénolpyruvate
Carboxykinase (PEPCK)
Pyruvate
carboxylase
Pyruvate
Oxaloacétate
Phospho
énolpyruvate
Pyruvate + ATP + GTP + H2O o Phosphoénolpyruvate + ADP + GDP + Pi + 2 H+
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La biotine (Vitamine B8 ou H) est un co-facteur de la réaction de
carboxylation
Biotine
Chaîne latérale de Valerate
Carboxybiotinyl-enzyme
Résidu de Lysine
Enzyme
Avidine
Biotine
DNA
Grâce à la forte affinité entre la protéine avidine et la biotine, cette
molécule est souvent utilisée pour expériences de marquage dans
la recherche
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L’oxaloacétate gagne un groupe phosphate et perd CO2 pour former
le phosphoénolpyruvate.
Phosphoénolpyruvate
carboxykinase
Phospho
énolpyruvate
oxaloacétate
L’oxaloacétate peut être considéré comme un pyruvate « activé » et sa
décarboxylation fournit l’énergie pour la formation du phosphoénolpyruvate.
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Les réaction des kinases au début de la glycolyse sont substitués par des
phosphatases dans la gluconéogenèse afin de les rendre exergoniques vers la
direction de synthèse du glucose.
glucose
Glucose 6phosphatase
Hexokinase
Glucose 6phosphatase
PFK
FBPase
Fructose bisphosphatase
(FBPase)
PEPCK
+
Pyruvate
carboxylase
Pyruvate kinase
pyruvate
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Les chiffres indiquent le 'G réels des réactions (pas le 'G°’)
La gluconéogenèse implique le passage de métabolites entre les mitochondries et le
cytosol
L’Oxaloacétate est synthétisé dans le
mitochondrie, mais converti in
Phosphoénolpyruvate dans le cytosol.
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Localisation des réactions de la gluconéogenèse
La Glucose 6-phosphatase est un enzyme
lié à la membrane du réticulum
endoplasmique des cellules du foie et reins
(pas présent dans cerveau et muscles)
En plus, chez les êtres humains le foie métabolise la majeure partie du lactate produit par les muscles en
conditions d’anaérobiose (cycle de Cori):
FOIE
glucose
gluconéogenèse
lattate
SANG
MUSCLE
glucose
glycolyse
lattate
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Stœchiométrie de la gluconéogenèse
2 Pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O o Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 H+
'G°’= - 37.7 kJ/mol
Inverse de la glycolyse
2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O o Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+
'G°’= + 74 kJ/mol
4 liaison supplémentaires riche en énergie du ATP (et GTP) sont nécessaires pour invertir la réaction
de la glycolyse
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Catabolisme ou anabolisme? Comment déterminer le verso de la voie de
dégradation/synthèse du glucose.
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Le rôle du Fructose 2,6 bisphosphate
Le flux à travers les réactions du cycle du substrat crée par PFK et FBPase est contrôlé par
la concentration de Fructose 2,6 bisphosphate.
bisphosphate Ce composé n’est pas un intermédiaire de
la glycolyse, mais plutôt un activateur allostérique de PFK et un inhibiteur de la FBPase.
F2,6BP est synthétise par le Phosphofructokinase2, enzyme bifonctionnel (kinase et phosphatase); ces fonctions
opposées sont contrôlées par phosphorylation glucose-dépendent et les activités sont contrôlées en façon allostérique
par le fructose 6P (par exemple: haut concentration glucose o enzyme déphosphorylé o activité kinasique o
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synthèse F2,6BP o activation Phosphofructokinase o activation glycolyse)
Contrôle de la glycémie: rôle des hormones glucagon et insuline
Le glucagon et l’insuline sont des hormones protéiques sécrétés par le pancréas
nécessaires au contrôle du taux de glucose dans le sang avec actions opposées.
Insuline:
•Sécrétée lorsque le taux de glucose dans le sang est haut
•Augmente l'entrée de glucose dans les tissus périphériques (muscles)
•Active la glycolyse et la synthèse du glycogène (sucres de réserve dans muscles e foie).
•Inhibe la gluconéogenèse
L’incapacité de produire insuline cause hauts niveaux de glucose dans le sang (diabète)
Glucagon:
•Sécrétée lorsque le taux de glucose dans le sang est bas
Augmente la libération de
•Active la dégradation du glycogène
glucose du foie dans le sang
•Active la gluconéogenèse dans le foie
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La chaîne de modifications physiologiques qui portent à l’activation de la gluconéogenèse (foie)
Basse [glucose] dans le sang
Le glucagon augmente (sang)
Le [c-AMP] augmente (Cytoplasme Foie)
Augmente l’activité des kinases
Activation du domaine FBPase-2 et inactivation du domaine PFK-2
[F2,6BP] diminue
Non activation de PFK et activation de FBPase
La gluconéogenèse dans le foie augmente
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Les connections de glycolyse et gluconéogenèse
Glycogène
Démolition du glycogène
Synthèse du glycogène
Voie des Pentoses Phosphates
Glucose
Glucose-6-phosphate
Glycolyse
Ribose 5-phosphate
Gluconéogenèse
Pyruvate
Lactate
Acides aminés
Acetyl-CoA
Cycle de l’acide citrique (ou de Krebs) o CO2
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