28 09 15 9h00 10h00 tailleux

2015-2016
Métabolisme des glucides
Biochimie
UE 7 : Sciences biologiques
Voie des pentoses phosphate
Semaine : n°4 (du 28/09/15 au
02/10/15)
Date : 28/09/2015
Heure : de 9h00 à
10h00
Binôme : n° 61
Professeur : Pr. TAILLEUX
Correcteur : 63
Remarques du professeur
•
Diapos disponibles sur Moodle .
•
Bien connaître les voies métaboliques réaction par réaction .
•
Connaître également dans son ensemble le métabolisme et les interconnexion dans les différents voies
métabolique et enfin les interconnections des voies métaboliques dans les différents organes.
•
Prochain cour intégration du métabolisme dans le contexte physiopathologie .
PLAN DU COURS
I)
Voie des pentoses phosphate
A)
Structure du NADPH
B)
Rôle de la voie des pentoses et localisation
C)
Déroulement en 2 phases
1)
Oxydative , synthèse de NADPH
BILAN DE CETTE PREMIÈRE PHASE
LE RIBULOSE 5P
RÉGULATION
2)
Phase non oxydative , d'interconversion des oses
DEUX ENZYMES CLÉS
INTERCONVERSION
D)
Régulation de la voie des pentoses phosphate
E)
Globules rouges et glutathion
1)
Rappel sur le glutathion et sa structure
2)
Formes du glutathion
F)
Déficit en G6PDH
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I)
Métabolisme des glucides
Voie des pentoses phosphate
Il s'agit de la dernière grande voie métabolique qui est la voie des pentoses phosphate .
Elle est en marge du métabolisme énergétique à proprement parler, c'est une voie qui est destinée à fournir de
l'énergie à la cellule et à l'organisme, elle n'est pas destinée à directement fournir de l'énergie mais il y a des
interconnexions importantes avec la voie de la glycolyse donc indirectement elle contribue à fournir de l'énergie .
A)
•
Structure du NADPH
La voie des pentoses à pour but de produire du NADPH
A titre indicatif voici la structure du NADPH :
Quand on parle du NADH ( nicotinamide adénine dinucléotide ) nous avons donc une molécule d'acide nicotinique
qui peut donc porter un groupement amide = nicotinamide .
Ici dans le NAD , NADH on a deux molécules de riboses et de l'adénine et un groupement OH sur le ribose alors
que dans le NADP l'hydrogène est remplacé par un groupement phosphate . Il y a donc une petite différence
dans la structure mais qui a un impacte très important sur la fonction de NADP.
B)
•
Rôle de la voie des pentoses et localisation
Production de NADPH = unité de pouvoir réducteur
Ils vont servir dans un certain nombre de biosynthèse qu'on appelle : les biosynthèses réductrices ( AG,
cholestérol, hormones en particulier des hormones stéroïdes , sexuelles ) .
Ce NADPH va avoir un rôle dans la détoxification par le foie notamment sur l'activité du CYT P450 .
Rôle fondamentale dans la réduction glutathion.
Voie des pentoses phosphate particulièrement active dans :
– le foie ( détoxification : P450 , la synthèse des AG , du cholestérol )
– elle va être particulièrement active dans les glandes surrénales et sexuelles ( importance du NADPH dans
la synthèse des hormones surrénaliennes et sexuelles ) ,
– elle va être très importante dans le tissu adipeux,
– et dans les globules rouges , la voie des pentoses est fondamentale notamment via le glutathion.
•
Production de pentoses ( en particulier des riboses ), le ribose qui est un constituant fondamental des
nucléotides ,et donc indirectement de l'ADN et ARN .
La voie des pentoses est ubiquitaire mais se déroule de manière plus importante dans certains organes ,
Elle se situe exclusivement dans le cytosol, il n'y a pas de réactions dans les mitochondries !!! ( comme
elle est active dans le GR c'est évident qu'elle ne se produit pas dans la mitochondrie ) .
•
C)
1)
Déroulement en 2 phases
Oxydative , synthèse de NADPH
C'est une voie qui est irréversible .
Cette première phase se déroule en 3 réactions :
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Métabolisme des glucides
–
Elle commence par du G6P (qui provient du glucose catalysé par l'hexokinase et la glucokinase encore
une fois la transformation du glucose en G6P est commune à plusieurs voies : glycolyse , glycogénèse et la
voie des pentoses ) . Ce G6P représenté sous forme cyclique et oxydé en 6-Phosphoglucono-δ-lactone et
cette oxydation s'accompagne de la réduction du NADP+ en NADPH + H+ ( première molécule de
NADPH formée ) . Cette réaction est catalysée par G6PDH .
–
Ensuite deuxième étapes : ouverture du cycle par une lactonase qui conduit a la formation de 6phosphogluconate .
–
Troisième étape : c'est la transformation de ce 6-phosphogluconate en ribulose 5-P par l'action de la
6PgluonateDHase donc on a une décarboxylation (départ d'un CO2 ) on passe d'une molécule à 6 atomes
de carbones à une molécule à 5 atomes de carbones. Cette déshydrogénation est couplé à la formation de
la deuxième molécule de NADPH .
Dans cette phase oxydative, on a une synthèse de deux molécules de NADPH et une décarboxylation . Important
cette phase est IRRÉVERSIBLE
BILAN DE CETTE PREMIÈRE PHASE
:
Glc6P + 2 NADP+ + H2O => Ru5P + 2 NADPH + 2H+ + CO2
LE RIBULOSE
5P
Le ribulose 5P, ose à 5 carbones, fait parti de la famille des cétoses :
–
isomérisation en ribose 5P ( équivalent aldose du ribulose 5P ) grâce à une isomérase
–
épimérisation en Xylulose 5P grâce à une épimèrase , c'est un cétose et qui va donc être épimère du
ribulose 5P , se différencie seulement par la configuration d'un OH, donc le xylulose 5P est épimère en C3
du ribulose 5P
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Métabolisme des glucides
RÉGULATION
•
•
:
La régulation de la phase oxydative se fait essentiellement sur le glucose 6P déshydrogénase , la encore
c'est la première réaction de la voie , c'est le point de contrôle de la régulation .
C'est une régulation allostérique par NADP+ qui active la G6PDH .
On a beaucoup de NADP+ quand la cellule n'a pas beaucoup de NADPH et elle va activé la phase irréversible .
2)
Phase non oxydative, interconversion des oses
Le ribulose va pouvoir entré dans une phase d'interconversion des oses
DEUX ENZYMES CLÉS
:
- La transcétolase transfert une unité a deux carbones, elle travaille avec un co-facteur, la TPP ( thiamine
pyrophosphate ) .
- La transaldose transfert des unités à 3 carbones .
C'est toujours un cétose qui est donneur d'unités de carbones à 2 ou 3 carbones.
C'est toujours un aldose qui est accepteur de ces groupements .
INTERCONVERSIONS
:
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Métabolisme des glucides
Quels sont ces oses ?
Les 3 oses en C5 sont des ribulose 5P qui vont être interconvertis en 2 fructose 6P et 1 glycéraldéhyde 3P . Ces
oses sont des intermédiaires de la glycolyse et c'est là que se fait la connexion entre la deuxième phase de la voie
des pentoses et la glycolyse, c'est à dire que ces intermédiaires générés pourront éventuellement rejoindre la voie
de la glycolyse .
On va voir sur un plan moléculaire à quoi correspondent chacune de ces étapes :
On a le xylulose 5P c'est un cétose il réagit avec un autre ose en C5 qui va être le ribose 5P , la première
étape est catalysé par la transcétolase on va donc avoir un transfert d'unités à deux carbones et c'est le
cétose qui est le donneur , transfert une unité à 2 carbones sur l'aldose qui est l'accepteur et comme c'est
une transcétolase c'est un groupe à 2 carbones
•
•
On arrive a la formation d'un ose en C3 c'est le glycéraldhéyde 3P plus un ose qui à 7 carbones et qui va
être un sédoheptulose 7P ( assez rare ) .
Deuxième étape : le C3 réagit avec le C7 qui vont subir l'action d'une transaldolase , transfert unité à 3
carbones du cétose à aldose . Cela va conduire a la formation d'un ose en C4 qui va être un cétose c'est
l'érythrose 4P et le cétose, qui va se libérer, aura 6 atomes de carbones, c'est le fructose 6P .
Dernière étape : le C4 erythrose 4P va réagir avec un ose en C5 qui va être un cétose c'est le xylulose
5P, la encore c'est la transcétolase qui catalyse , elle va transférer une unité à 2 carbones du cétose sur
l'aldose et il va rester une molécule en C3 qui est le glyceraldéhyde 3P et une deuxième molécule de
fructose 6P à 6 C.
On voit que le ribose qui est généré par la première phase, la phase oxydative peut être complètement transformé
en ose et en particulier en un intermédiaire de la glycolyse.
Attention toutes les flèches sont réversibles ( à double sens ) , on peut à partir du fructose 6P, du glycéraldhéyde
3P remonter à la formation du ribulose , xylulose , ribose , etc …
D)
Régulation de la voie des pentoses phosphate
Régulation dépend de :
• La disponibilité en substrat G6P .
• Les besoins de la cellule en NADPH d'une part et en ribose d'autre part, la cellule n'a pas nécessairement
besoin de ces deux molécules simultanément ( elle peut avoir besoin de NADPH et pas de ribose , de
ribose et pas de NADPH ou de NADPH et de ribose ) .
Une phase va être favorisée par rapport à une autre , si :
–
Besoin à la fois de NADPH et de ribose , une cellule se divise de manière active , elle aura besoin de
dupliquer son ADN et donc elle aura besoin de nucléotides et donc de riboses et cette cellule fait des
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Métabolisme des glucides
synthèses réductrices importantes (par exemple : hépatocyte synthétise beaucoup de cholestérol) dans ce
cas la phase 1 est active et produit de la NADPH et du ribulose 5P. La phase 2 va être totalement inactive.
–
Besoin de NADPH >> ribose , dans ce cas là, la phase 1 qui produit de la NADPH et du ribulose se met
en place tout comme la phase 2 produisant un ribose qui va être interconverti en intermédiaire de la
glycolyse .
–
Besoin de ribose >> NADPH ne va pas utiliser la voie 1 mais va exclusivement utiliser la phase 2 en
partant d'intermédiaire de la glycolyse , fructose , glyceraldéhyde 3P elle va pouvoir en remontant la voie
d'interconnexion produire du ribose .
Chacune des phases peut être active sans que l'autre soit active aussi .
E)
Globules et glutathion
Dans le GR, il y a un besoin impératif de NADPH , le globule rouge n'ayant pas de mitochondries la voie des
pentose est la seule voie qui permet la production de NADPH . Dans les cellules qui ont des mitochondries il y a
d'autres voies de production de NADPH mais pas pour les GR.
Le GR a besoin de la voie des pentoses et du NADPH, ce qui est important pour la synthèse du glutathion.
1)
•
•
Rappel sur le glutathion et sa structure
Le glutathion est un tripeptide il n'est pas codé par un gène .
Il est assemblé dans le cytoplasme par des peptidyl transferase et ce glutathion on l'appelle γ-glucysteine-glycine , un peptide et on précise γ-glu car une liaison peptidique s'établit en deux acides aminés
entre le groupement NH2 d'un acide aminé et le groupement COOH d'un autre acide aminé . Le
groupement COH impliqué c'est le groupement α de l'acide aminé . L'acide glutamique possède un
groupement acide carboxylique dans son radical en position γ , c'est ce groupement impliqué dans la
liaison peptidique avec le résidu de cystéine . Le résidu de cystéine possède un groupement thiol dans son
radical et puis deuxième liaison peptidique avec la glycine est formé avec l'hydrogène dans le radical de
la cystéine
2)
Formes du glutathion
Ce glutathion existe sous forme réduite ( GSH) ou oxydé . Deux glutathions réduit forme irréversiblement un
GS-S-G donc un pont disulfure entre les deux glutathions .
Ce passage de glutathion réduit à oxydé nécessite le NADPH . L'enzyme qui catalyse cette réaction est le
glutathion réductase .
Ce glutathion réduit est fondamental dans le GR car il permet de prendre en charge les espèces réactives de
l'oxygène qui peuvent endommager l'ADN , les lipides , les protéines et dont la cellule doit se prévenir et en
particulier le péroxyde d'hydrogène H2O2 qui doit être réduit par le glutathion en H2O par le glutathion
peroxydase .
Le GR a besoin de NADPH et a donc besoin d'avoir une G6PDH active et une voie des pentoses active .
=> Importance du GSH glutathion réduit permet aussi dans le GR ,de réduire l’hémoglobine qui contient des
molécules de cystéine qui doivent rester à l'état réduit et cette réduction de pont disulfure se fait sous l'action du
glutathion réduit en glutathion oxydé. Enfin le glutathion permet aussi au fer contenu dans l'hémoglobine de
rester en un état réduit .
En résumé trois rôles important du glutathion réduit dans le globule rouge :
–
Permettre l'élimination de peroxyde.
–
Permettre la réduction des ponts disulfures de l'hémoglobine.
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F)
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Métabolisme des glucides
Permettre au fer de se présenter sous l'état réduit .
Déficit en G6PDH
Enzymopathie congénitale , c'est une mutation génétique transmissible .
Appelée également le favisme car certaines populations qui consomment beaucoup de fèves présentent
fréquemment ce déficit .
Fréquent en Afrique, Inde et autour du bassin méditerranéen , il y a à travers le monde environ 100400 millions de personnes porteur de la mutation G6PDH , du fait du flux migratoire , ça représente en
France une part non négligeable 100-200 mille personnes porteur de mutation sur la G6PDH.
Mutation chromosome X , et qui présente de très nombreux variants.
expression clinique variable : asymptomatique jusqu'à une expression plus sévère qui est l'anémie
hémolytique ( GR fragile vont donc se lyser )
physiopathologie : déficit en G6PDH entraîne un déficit en glutathion réduit et donc des GR ne peuvent
pas se défendre des espèces de l’oxygène et donc les hémoglobines qui forme de nombreux ponts
disulfures se déposent dans les GR et forment ce que l'on appelle des corps de Heinz, cette ensemble va
fragiliser les GR et les rendre plus sensible a la lyse .
Avantage sélectif : protection contre le paludisme car il a besoin de NADPH pour se développer .
7/7