– UE 7: Sciences Biologiques
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2016-2017 Néoglucogenèse – UE 7: Sciences Biologiques Néoglucogenèse Semaine : n°4 (du 26/09/16 au 30/09/16) Date : 29/09/2016 Heure : de 8h à 9h Binôme : n°64 Professeur : Pr. Muhr-Tailleux Correcteur : n°69 PLAN DU COURS I) La néoglucogenèse A) Le but de la néoglucogenèse B) Localisation de la néoglucogenèse C) Les précurseurs du glucose dans la néoglucogenèse D) Réactions de la néoglucogenèse 1) Transformation du pyruvate en phosphoenolpyruvate 2) Transformation de la Fru 1,6BP en Fru6P 3) Phosphorylation du Glucose6P en Glucose 4) Bilan II) Régulation de la néoglucogenèse A) Régulation allostérique B) Régulation hormonale C) «Cycle futile» 2016-2017 Néoglucogenèse I) La néoglucogenèse Lorsque l'organisme n'a plus de glucose : néoglucogenèse = production de glucose à partir d'éléments non glucidiques. A) But de la néoglucogenèse Le but est de produire du glucose indispensable : • • En cas de jeune : aux tissus gluco-dépendants (cerveau 120g/J et globule rouge) En cas d'activité́ intense du muscle (glycolyse anaérobie) B) Localisation de la néoglucogenèse La néoglucogenèse est exclusivement par le foie mais aussi par le rein en cas de jeûne. • En cas de jeun : Foie (90%) et Rein (10%) • En cas de muscle en activité : Exclusivement par le foie Attention !! La néoglucogenèse n'a jamais lieu dans le muscle. La néoglucogenèse a lieu dans le foie et c'est le glucose qui va être apporté aux muscles. C) Les précurseurs du glucose dans la néoglucogenèse On a différents précurseurs qui sont sollicités différemment selon le contexte métabolique. • Pyruvate produit par la glycolyse • Lactate (50%) : donne du pyruvate qui donne du glucose. • Glycérol : il vient des adipocytes (TA) et de la lipolyse des triglycérides en cas de jeune où ils génèrent des glycérols venant au foie pour rejoindre la voie de la néoglucogenèse • AGF (AA glucoformateurs) : Alanine donne du Pyruvate par transamination / A. aspartique donne de l'oxaloacétate qui est un intermédiaire de la néoglucogenèse / A. glutamique par réaction de transamination donner l'alpha cétoglutarate qui est un intermédiaire du cycle de Krebs et qui peut en donnant l'oxaloacétate rejoindre la néoglucogenèse. • Les AA proviennent essentiellement des protéines musculaires et sont utilisés surtout en cas de jeûne prolongé. 2016-2017 Néoglucogenèse D) Réaction de la néoglucogenèse Si on part de la transformation de pyruvate en glucose, les réactions réversibles sont communes à la glycolyse mais les 3 réactions irréversibles de la glycolyse doivent être remplacés par 3 réactions différentes : • La transformation du glucose en glucose 6 phosphate par l'hexokinase et la glucokinase • La réaction catalysée par la PFK1 • La dernière catalysée par la pyruvate kinase A partir de 2 pyruvates on remonte jusqu'au glucose et la 1ere réaction de la néoglucogenèse. La transformation du pyruvate en PEP, phosphoénolpyruvate qui est une réaction qui ne peut pas se faire directement, il va falloir 2 enzymes : la pyruvate carboxylase et la phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK). Ensuite à partir du PEP, on a une réaction réversible de la glycolyse jusqu'au Fructose-1,6-biphosphate. A ce moment on a une réaction irréversible de déphosphorylation par une nouvelle enzyme : la Fructose 1,6 biphosphatase. Puis enfin en dernier la déphosphorylation du glucose par la glucose 6 phosphatase (présente quasi exclusivement dans le foie). → Le lactate va donner du pyruvate, les AA (Alanine) vont aussi donner du pyruvate par transamination. Quand on parle de néoglucogenèse à partir du pyruvate, on remonte toute la voie, chacune des étapes. → L'acide glutamique + acide aspartique vont donner de l'oxaloacétate et rejoindre la voie. → Le glycérol rejoint la voie de la néoglucogenèse à partir du dihydroxyacétone phosphate. Avec le glycérol, la voie va être plus courte et plus rapide. 1) Transformation du pyruvate en phosphoenolpyruvate 2016-2017 Néoglucogenèse 1ere étape, transformation du Pyruvate en PEP. Le problème de la compartimentation est toujours très important : quels sont les enzymes présents dans le cytoplasme, quels sont les enzymes présents dans la mitochondrie ? Un des enzymes qui permet la transformation du pyruvate en PEP n’est pas dans le cytosol mais dans la matrice. → Donc il va falloir des étapes de transports. • Le pyruvate dans le cytoplasme doit passer dans la matrice mitochondriale grâce à un transporteur. • Ensuite il est transformé en oxaloacétate (OAA) par la pyruvate carboxylase (présente uniquement dans la matrice). Cette carboxylation se fait avec consommation d'une molécule d'ATP, hydrolysée en ADP. • L'oxaloacétate n'a pas de transporteur et va donc être transformé en malate par la malate déshydrogénase. Cette transformation consomme une molécule de NADH. C'est une réduction couplée à la réaction d'oxydation de NADH en NAD+. • Le malate possède un transporteur et peut repasser dans l'espace intermembranaire et à ce niveau il redonne de l'OAA grâce à la malate DHase (isoforme cytosolique). Du NAD+ est transformé́ en NADH donc on ne perd rien du point de vue des co facteurs réduit. • Le malate redonne de l’oxaloacétate, ensuite l’oxaloacétate va subir l’intervention de la PEPCK (phosphoenolpyruvatecarboxykinase ) qui transforme l’oxaloactétate en phosphoenolpyruvate. Cette étape nécessite l’hydrolyse d’une molécule de GTP en GDP sans phosphorylation mais c’est l’énergie libéré par la glycolyse qui va servir à catalyser la transformation de l’oxaloacétate en PEP. → A cause d’un problème de compartimentation pour transformer du pyruvate en phosphoenolpyruvate, il va falloir mettre en route toute cette voie. Il va falloir l’intervention de 4 enzymes (pyruvate caboxylase, malate déshydrogénase mitochondrial/cytosolique, malate déshydrogénase cytoplasmique, PEPCK). Il va falloir l’intervention de 2 transporteurs et il va falloir consommer de l’énergie, 2 équivalents d’ATP. C’est ce qu’on appelle la navette malate. L’oxaloacétate peut aussi passer de l’autre côté par l’intermédiaire de l’acide aspartique,car il y a un transporteur pour l’acide aspartique, qui peut par transamination redonner de l’oxaloacétate. 2) Transformation de la Fru 1,6BP en Fru6P Fru1,6BP + H2O → FRU6P + Pi C'est la 2e réaction spécifique, c'est une déphosphorylation qui ne consomme pas d'énergie, catalysée par la Fru1,6biphosphatase avec intervention d'une molécule d'eau. 3) Dephosphorylation du Glucose6P en Glucose 2016-2017 Néoglucogenèse G6P + H2O → GLC + Pi Ce fructose 6 phosphate va être isomérisé en glucose 6 phosphate, voie commune à la glycolyse. Et ensuite transformation de Glucose 6 phosphate en glucose, on à l'intervention de la G6 phosphatase, c’est une enzyme clef dans l’hépatocyte et elle va déphosphoriler le glucose. Cette enzyme n’est pas dans la matrice, elle est dans la membrane du réticulum endoplasmique. Donc il faut le transporter où est l'enzyme. → Pour simplement déphoshoriler une molécule de glucose il faut un mécanisme relativement complexe. Le G6P traverse la membrane vers le côté luminal grâce à T1, vers le côté luminal. Une fois que le substrat et l'enzyme seront dans le même compartiment, on aura déphosphorylation et libération du phosphate et du glucose. Le glucose et le phosphate vont devoir emprunter un transporteur pour retourner du coté cytosolique. Il s'agit : – Du transporteur T2 pour le phosphate – Du transporteur T3 pour le glucose. Pour que l'ensemble soit stabilisé on a une protéine, la protéine SP qui vient pour physiquement assurer la cohérence du systeme et assurer proximité de T1 avec le glucose 6 phosphate. Une simple déphosphorylation qui va nécessiter l’intervention de 3 transporteurs, l’intervention de l’enzyme et de cette molécule qui stabilise l’ensemble dans la lumière du réticulum. La néoglucogenèse a une grande partie qui se passe dans le cytosol, elle a une étape dans la matrice mitochondriale et une étape dans la membrane du réticulum endoplasmique. Le glucose qui va être libéré dans la circulation sanguine va sortir de la cellule grâce au GLUT. 4) Bilan 2 pyruvates + 2 NADH + 2H+ + 2 GTP + 4 ATP → glucose + 2 NAD+ + 2 GDP + 4 ADP C'est une voie métabolique qui consomme de l'ATP et a besoin de pouvoir réducteur sous forme de NADH. Ils sont nécessaires à la cellule pour que la néoglucogenèse soit réalisée. Ils viennent de l'oxydation des AG (dans l'hépatocyte). Le glucose produit par l'hépatocyte va vers le muscle grâce à la circulation sanguine, c'est le cycle de CORI. Donc on dit qu’on ne fait pas de glucose à partir des AG directement mais la cellule en a besoin pour produire du glucose. 2016-2017 Néoglucogenèse III) La régulation de la néoglucogenèse : Elle est étroitement coordonnée avec la régulation de la glycolyse. Les 2 voies ne doivent pas être actives simultanément. A) Régulation allostérique Point de régulation essentiel pour la glycolyse = la PFK1 et la pyruvate kinase. 1) Régulation de la PFK1 (en miroir) Rappel : Dans la voie de la glycolyse, la PFK1 est activée de manière allostérique par le fructose 2,6 biphosphate et est inhibée par l'ATP et le citrate. En miroir, la F1,6 BiPase va être régulée de manière allostérique par exactement les mêmes molécules mais évidemment dans le sens inverse. Le fructose 2,6 biphoshate inhibe la Fructose 1,6 biphosphatase et l'ATP et le citrate vont l'activer. 2) Régulation de la pyruvate kinase Cette pyruvate kinase est activée de manière allostérique par la Fructose1,6Biphosphate et inhibée par l'ATP et l'alanine. La régulation de la pyruvate carboxylase et de la PEPCK se fait dans la même sens mais pas tout à fait en miroir. On a une régulation spécifique de la pyruvate carboxylase qui va etre inhibé par l'ADP et activée par l'AcétylCoA et la PEPCK est inhibée par l'ADP. L'ADP inhibe la PEPCK et la Pyruvate Carboxylase et l'AcCoA active uniquement la PyrCarb. Dans la néoglucogenese les points de régulation sont : la PEPCK/PyrCarb et la F1,6BPase La charge énergétique dans la cellule intervient dans la régulation allostérique : quand le rapport ATP/ADP augmente (ATP augmente et/ou ADP diminue), la glycolyse est inhibée et la néoglucogenese est activée. 2016-2017 Néoglucogenèse B) Régulation hormonale La PFK1 est activée par l'insuline et inhibée par le glucagon. Presque en miroir, la néoglucogenèse va être inhibée par l'insuline et activée par le glucagon. Le glucagon va agir surtout sur la F1,6BiPase tandis que l'insuline va agir sur la G6Pase. Le glucagon agit aussi en activant la PEPCK. Globalement, l'insuline active la glycolyse et inhibe la néoglucogenèse tandis que le glucagon inhibe la glycolyse et active la néoglucogenèse. Remarque : Sachant que l'insuline est abondante en période post prandiale tandis que le glucagon est présent dans les cellules à jeun, les choses sont tout à fait cohérentes : • En présence d'insuline, celle-ci va favoriser la dégradation du glucose et va inhiber la production de glucose. Quand on mange, il est inutile de produire du glucose. • Quand on est à distance d'un repas (à jeun) : on a du glucagon et pas d'apport exogène de glucose, il faut en synthétiser donc on active la néoglucogenèse. Le cortisol est une hormone synthétisée par les glandes surrénales. Le cortisol est un fort activateur de la néoglucogenèse. Il active la PEPCK, il active la fructose 1,6 BiPase et la Glucose6Pase. Le cortisol est un activateur de la néoglucogenèse. 2 choses importantes : • Le cortisol n'est pas produit de manière constante le long de la journée. On a notamment un pic en fin de nuit. Ce pic va favoriser la néoglucogenèse et va apporter le glucose dont l'organisme a besoin. • Le traitement à base de corticoïdes (puissants inflammatoires) a un effet secondaire délétère = il induit une hyperglycémie par induction de la néoglucogenèse et donc production de glucose par le foie. C) Cycle futile Des études de marquage ont montrées que dans certains cas la PFK1 et la F1, 6BP peuvent être actives en même temps. On l'a longtemps appelé cycle futile, mais maintenant on a trouvé son intérêt notamment dans la production de chaleur. • Il assure la transformation de substrat (A) en produit (B) avec consommation ATP puis la transformation de celui-ci en substrat (A) avec une libération de phosphate. • La réaction A → B à une vitesse de 100 et la réaction B → A a une vitesse de 90, la vitesse de dégradation est légèrement différente de celle de synthèse mais reste proche l'une de l'autre. On a un gain de B de 10. • Les 2 enzymes sont allostériques avec un même effecteur qui active l'une et inhibe l'autre, cette régulation allostérique fait varier d'un facteur 20% l'activité́ des enzymes. En présence de l'effecteur on a une transformation de A → B qui passe de 100 à 120 et de B → A qui passe de 90 à 72. La différence passe de 10 à 48. • Ce phénomène n'est possible que si les réactions sont faites en même temps avec un même effecteur allostérique. C’est un cycle multiplicateur qui permet de produire en grande quantité une molécule. Anecdote : Dans le domaine des insectes, le bourdon fait de la glycolyse et de la néoglucogenèse, son cycle futile lui permet de maintenir une T de 30°C dans son abdomen. Il peut donc voler même lorsqu'il fait froid. Ce cycle n'est pas présent chez les abeilles.
