(Microsoft PowerPoint - Metabolisme \351nerg\351tique du Glucose

IV -
Gluconéogenèse
La gluconéogenèse c’est la synthèse de glucose à partir de
pyruvate.
La gluconéogenèses est essentiellement réalisée dans les
cellules du foie (90 %).
Mais elle peut également survenir, de façon beaucoup plus limité dans le rein.
La plupart des enzymes impliquées dans la néoglucogenèse
sont impliquées dans la glycolyse.
Mis à part en ce qui concerne les enzymes impliquées dans les
trois étapes de la glycolyse considérées comme irréversibles.
Hexokinase (ou Glucokinase)
Phosphofructokinase
Pyruvate Kinase.
Ces étape doivent donc être contournées dans la
gluconéogenèse.
Deux de ces étapes de contournement sont de simple réaction d’hydrolyse.
1
a) -
Contournement de l’étape catalysée
par la pyruvate kinase (PK) dans la
glycolyse
Pyruvate Kinase (PK) la dernière étape de la Glycolyse
-
C
=
C - OPO32- + ADP + H+
-O
Pyruvate
Kinase
C
C=O
+ ATP
CH3
-
H-C
O
-
O
-
-O
H
Phosphoénolpyruvate
(PEP)
Pyruvate
Afin de contourner l’étape catalysée par la Pyruvate Kinase
réaction, le clivage de 2 liaisons phospho-ester est nécessaire.
Cette étape est assurée par deux enzymes
1- Pyruvate Carboxylase (Mitochondriale)
2- PEP Carboxykinase (Cytoplasmique)
2
Activité Pyruvate Carboxylase
Pyruvate
Carboxylase
-O
O
-O
O
C=O
C=O
-
-
-
C
-
C
ATP ADP + Pi
CH2
HCO3-
-
CH3
C
Pyruvate
-O
O
Oxaloacétate
Cette étape est la seule étape de la gluconéogenèse à avoir
lieu dans la mitochondrie.
L’activité Pyruvate Carboxylase nécessite l’utilisation d’un cofacteur vitaminique : La Biotine (Vit B8 ou H).
Azote
permettant
N
subject
to
la fixation du CO2 O
carboxylation
(Carboxylation)
C
HN
NH
lysine
residue
CH CH
H2C
lysine
H
H3N+
C
COO−
CH
S
biotin
Biotine
(CH2)4
O
O
C
NH
C
(CH2)4 CH
NH
CH2
CH2
CH2
CH2
+
NH3
La Biotine possède une chaîne latérale à 5-C dont la
fonction carboxy-terminale est impliquée dans une
liaison amide avec une lysine de la pyruvate carboxylase.
Ce bras Lysine-Biotine sert de transporteur intermédiaire
au CO2
3
1) E-biotine + ATP + HCO3-
E-carboxybiotin + ADP + Pi
O
-O
C
C
N
O
NH
lysine
residue
CH CH
H2C
S
O
O
CH
(CH2)4
C
NH
C
(CH2)4 CH
carboxybiotin
NH
La carboxylation de la biotine est catalysée au niveau d’un site actif
de la Biotin Pyruvate Carboxylase.
2) E-carboxybiotine + Pyruvate
O
O−
O
-O
C
C
O
CH3
pyruvate
C
C
O
N
H2C
O
CH
S
(CH2)4
C
NH
R
C
C
O
HN
NH
CH CH
CH2
O
carboxybiotin
O
C
C
NH
CH CH
O−
O
E-biotin + OA
H2C
−
O
oxaloacetate
biotin
CH
S
(CH2)4
O
C
NH R
4
La liaison Avidine-Biotine
L’Avidine est une protéine isolée du
blanc d’oeuf.
L’avidine a une très forte affinité pour la
Biotine. Cette affinité est utilisée par les
biochimistes comme “colle” afin
d’assembler deux structures protéiques
l’une a l’autre.
Une consommation excessive de blanc
peut causer une insuffisance
nutritionnelle en Biotine.
avidin
with bound biotin
!
5
D’où provient l’oxaloacétate
cytosolique qui sera utilisé au
cours de la gluconéogenèse ?
1- L’oxaloacétate utilisé dans le
cytosol pour la gluconéogenèse est
formé au sein des mitochondries par
carboxylation du pyruvate.
2- L’oxaloacétate quitte les
mitochondries sous la forme de
Malate, qui est ré-oxydé en OA au
sein du cytosol des cellules.
Rôle de la Malate Déshydrogénase (MDH)
6
Conversion de l’OA en PEP
via la PEPcarboxykinase (PEPCK)
-O
O
O
GDP
C
C=O
C - OPO32-
-
=
-
GTP
-
C
-O
-
CO2
H
C
-O
H-C
-
CH2
Phosphoénolpyruvate
(PEP)
O
Oxaloacétate
Au sein du cytosol, L’oxaloacetate est converti à la suite d’une
réaction de décarboxylation et d’une phosphorylation en PEP.
C’est une réaction qui nécessite beaucoup d’energie qui est
prise à une molécule de GTP pour être transféré au PEP, l’une
des molécules les plus énergétiques du vivant.
BILAN
Pyruvate
Carboxylase
-O
O
-O
O
GDP
O
C
C=O
C=O
C - OPO32-
CH2
-
HCO3-O
H-C
H
C
Pyruvate
CO2
-
-
CH3
=
-
GTP
-
C
-O
-
C
ATP ADP + Pi
PEP
Carboxykinase
O
Phosphoénolpyruvate
(PEP)
Oxaloacétate
Pyruvate Carboxylase catalyse:
pyruvate + HCO3− + ATP
oxaloacetate + ADP + Pi
PEP Carboxykinase catalyse:
oxaloacetate + GTP
PEP + GDP + CO2
7
Conversion de PEP en Fructose-1,6-bisphosphate
- Ces étapes de la gluconéogenèse se déroulent dans le
cytosol
-La formation du glyceraldehyde-3-phosphate à partir du
PEP se fait grâce aux enzymes qui permettent la réaction
inverse au cours de la glycolyse.
- A chaque fois que deux molécules de glyceraldehyde-3phosphate sont formées, l’une d’elle est convertie en
DHAP
- Ces deux triose phosphates se condensent ensuite pour
former du fructose 1,6-bisphosphate, à l’inverse de la
réaction catalysée par l’aldolase au cours de la glycolyse.
b) - Contournement de l’étape catalysée
par la Phosphofructokinase (PFK) dans la
glycolyse
8
Rôle de la Fructose-1,6-bisphosphatase
CH2OPO32O
CH2OPO32-
OH
+
OH
2Fructose-1,6- CH2OPO3
O
bisphosphatase
H20
OH
Fructose – 1,6 - bisphosphate (FBP)
CH2OH
+
OH
Pi
OH
OH
Fructose - 6 - phosphate (F6P)
La réaction est une hydrolyse.
Comme la phosphofructokinase l’est dans la glycolyse, la Fructose1,6-bisphosphatase joue un rôle très important dans la régulation de la
gluconéogenèse.
c) - Contournement de l’étape catalysée
par l’hexokinase (HK) dans la glycolyse
9
Rôle de la Glucose-6-phosphatase (G6P)
CH2OH
CH2OPO32O
OH
OH
O
G6P
+
OH
H20
+
OH
OH
OH
OH
Glucose - 6 - phosphate (G6P)
Pi
OH
Glucose
La réaction est également une hydrolyse.
Cette réaction s’établie au sein du réticulum endoplasmique et fait
intervenir 5 protéines différentes
Cette réaction n’est pas présente dans le muscle
Cinq protéines du RE participent à la transformation
du Glucose-6-phosphate (G6P) en Glucose
- T1 transporte le glucose-6-phosphate du cytosol vers la
lumière du RE.
- T2 et T3 transportent respectivement le Pi et le glucose de
la lumière du RE vers le cytosol.
- La Glucose-6-phosphatase est stabilisée par une Ca2+
binding protein (SP)
10
Energie nécessaire à la synthèse du glucose
par la voie de la gluconéogenèse.
- 2 molécules de pyruvate sont nécessaire à la synthèse
d’une molécule de glucose
- En tout 6 molécules de haute énergie sont nécessaire
2 ATP utilisés par la pyruvate décarboxylase
2 GTP utilisés par la PEPCK
2 ATP utilisés pour passer du 3-phosphoglycérate au
1,3 bisphosphoglycérate
BILAN
La gluconéogenèse
2 pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2NADH + 2 H+ + 6H2O
glucose + 2NAD+ + 4ADP + 2 GDP + 6 Pi + 6H+
La glycolyse (pour mémoire)
glucose + 2NAD+ + 2Pi + 2ADP
2 pyruvate + 2NADH + 4H+ + 2ATP + 2H2O
11
Glycolyse vs Gluconéogenèse
Glycolysis vs.
Gluconeogenesis
in the liver
1- gluconéogenèse est l’inverse
de la glycolyse sauf en ce qui
concerne trois étapes clefs, qui
sont catalysées par des
enzymes différents
2- Les besoins en énergie sont
également différents
3- Une voie est activée alors que
l’autre est inhibée.
Glycolyse vs Gluconéogenèse
au niveau enzymatique
Glycolyse
Gluconéoenèse
Hexokinase
Glucose 6-phosphatase
Phosphofructokinase
Fructose 1,6-bisphosphatase
Pyruvate Kinase
Pyruvate carboxylase
Phosphoénolpyruvate carboxykinase
12
d) -
régulation de la gluconéogenèse
"
!
# $
#
$ %
$$
$
&'
#
13
1) -
régulation par disponibilité du
substrat
Substrats de la Gluconéogenèse
Les principaux substrats de
la gluconéogenèse :
-Alanine (60 %)
-Lactate (30 %)
- Glycérol (10 %)
14
La gluconéogenèse est régulée au travers des échanges de
substrats qui se produisent au travers de la circulation sanguine
de tissu comme le muscle vers le foie.
– Le Glycerol: est relargué du tissu adipeux lorsque le taux
d’insuline est bas et lorsque la quantité de glucagon circulante
est élevée dans le sang.
– Le Lactate: est produit par le muscle au cours d’un effort
physique important (Cycle de Cori). Il est également produit par
les érythrocytes qui, ne possédant pas de mitochondrie, sont
incapables d’utiliser le pyruvate par voie oxydative.
– Les Acides Aminés: Il sont relargués par le muscle lorsque
la concentration en Insuline circulante est base, ou en cas de
régime riche en protéine et pauvre en sucre (cycle de l’alanine)
(
)
15
Intermédiaires substrats de la Gluconéogenèse :
Lactate, Acides Aminés
Du pyruvate est généré dans le foie à partir du Lactate ou de
l’Alanine :
– La lactate dehydrogenase (LDH)
Oxyde le Lactate en Pyruvate
tout en produisant du NADH
– L’alanine aminotransferase
converti l’alanine en pyruvate
Les autres AA peuvent quant à eux
servir d’intermédiaire au cycle de Krebs
Les Acides Aminés classés par leur site d’entrée
dans le métabolisme glucidique
16
Le cycle de l’alanine
Intermédiaires substrats de la
Gluconéogenèse :
Le Glycérol
Le glycérol (produit de la
dégradation des acides gras) est
converti par la glycerol kinase en
glycerol-3-phosphate puis en
dihydroxyacétone phosphate
(DHAP) par une triose phosphate
isomérase.
Rem) La glycerol kinase est absente de
adipocytes. Le glycérol est donc formé
au niveau du foie au sein des
hépatocytes et intégre ensuite la voie
de la Gluconéogenèse
17
2) -
régulation locale
18
3) -
régulation systémique
rôle des hormones glucagon et insuline
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
•Active la dégradation du glycogène
•Active la gluconéogenèse dans le foie
•Augmente la libération de glucose du foie dans le sang
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Connexion avec d’autres voies métaboliques
Glycogénolyse
Glycogénogenèse
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