La Glycolyse

La Glycolyse

• La glycolyse (voie d'Embden-Meyerhof) est une voie catabolique oxydative anaérobie transformant le glucose en pyruvate.
• L'oxydation se fait par enlèvement d'atomes d'hydrogène, pris en charge par le NAD+.
• La glycolyse est anaérobie, ne nécessitant pas d'oxygène et se déroulant même en sa présence.
• Toutes les enzymes impliquées dans la glycolyse sont cytosoliques.
• La répartition tissulaire des transporteurs de glucose est adaptée aux besoins énergétiques.
• Les flèches en gras indiquent les sources principales de glucose (production hépatique et apport intestinal).

Transporteurs de Glucose

• GLUT1 est un transporteur ubiquitaire présent à la surface des globules rouges.
• GLUT2 se trouve dans le foie, le pancréas et l'intestin grêle.
• GLUT4 est un transporteur insulino-sensible, régulant la glycémie et favorisant l'absorption de glucose dans les muscles, le cœur et le tissu adipeux, dépendant de la sécrétion d'insuline.

Lieu de la Glycolyse

• La glycolyse se déroule dans toutes les cellules, à des degrés divers.
• Les globules rouges et le cerveau sont glucodépendants.
• Les muscles et le myocarde sont principalement actifs en post-prandial.
• Le foie et le tissu adipeux utilisent peu de glucose, sauf en post-prandial.

Étapes de la Glycolyse

• La glycolyse, en dix réactions, se divise en deux étapes fonctionnelles.
• La première phase est une phase préparatoire où le glucose est phosphorylé et scindé en deux molécules de phospho-glycéraldéhyde nécessitant un investissement d'énergie.
• La seconde phase est un retour sur l'investissement énergétique.

Phase d'Investissement Énergétique

• Réaction 1 : phosphorylation du glucose en glucose-6-P sur le carbone C6.
  • Irréversible, régulatrice, consomme une molécule d'ATP.
  • Catalysée par l'hexokinase (ubiquiste, forte affinité) ou la glucokinase (hépatique et pancréatique, faible affinité).
  • Le Mg++ est essentiel à l'activité de l'hexokinase.
• Réaction 2 : isomérisation du glucose-6-P (aldose) en fructose-6-P (cétose).
  • Réversible, catalysée par la phosphoglucoisomérase (PGI).
• Réaction 3 : phosphorylation du fructose-6-P en fructose-1,6-biphosphate sur le carbone C1.
  • Irréversible, régulatrice, consomme une molécule d'ATP.
  • Catalysée par la phosphofructokinase-1 (PFK-1).
• Réaction 4 : clivage du fructose-1,6-biphosphate (C6) en deux molécules à 3 carbones (C3).
  • Un aldose : glycéraldéhyde-3-phosphate (GA3P).
  • Un cétose : dihydroxyacétone phosphate (DHAP).
  • Réversible, catalysée par la fructose-1,6-biphosphate aldolase.
• Réaction 5 : isomérisation du dihydroxyacétone phosphate en glycéraldéhyde-3-phosphate.
  • Réversible, catalysée par la triose phosphate isomérase.

Phase de Retour sur Investissement

• Réaction 6 : couplage de l'oxydation et de la phosphorylation du glycéraldéhyde-3-P en 1,3-bisphosphoglycérate (1,3 BPG).
  • Produit une molécule de NADH,H+ par glycéraldéhyde-3-P (donc 2 par glucose).
  • Réversible, catalysée par la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GA3PDH) utilisant le NAD+ comme coenzyme.
• Réaction 7 : phosphorylation de l'ADP par le 1,3-bisphosphoglycérate, transformé en 3-phosphoglycérate (3PG).
  • Produit une molécule d'ATP par glycéraldéhyde-3-P (donc 2 par glucose).
  • Catalysée par la phosphoglycérate kinase (PGK).
• Réaction 8 : isomérisation du 3-phosphoglycérate en 2-phosphoglycérate (2PG).
  • Réversible, catalysée par la phosphoglycératemutase, nécessitant Mg2+.
• Réaction 9 : déshydratation du 2-phosphoglycérate en phosphoénolpyruvate (PEP).
  • Réversible, catalysée par l'énolase.
• Réaction 10 : phosphorylation de l'ADP par le phosphoénolpyruvate, transformé en pyruvate.
  • Produit une molécule d'ATP.
  • Irréversible, régulatrice, nécessite des ions magnésium, potassium et manganèse.
  • Catalysée par la pyruvate kinase (PK).

Bilan Métabolique de la Glycolyse (jusqu'au pyruvate)

• Glucose + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 Pyruvate + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+.
• Bilan de 2 ATP formés.

Régulation de la Glycolyse

Régulation Allostérique

• Les réactions catalysées par l'hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase sont irréversibles et déterminent le flux.
• Hexokinase : inhibée par le glucose-6-phosphate.
• Phosphofructokinase 1 :
  • Inhibée par le citrate et l'ATP.
  • Activée par l'AMP et F2,6BP (fructose 2,6-bisphosphate) synthétisé par la phosphofructokinase 2.
• Pyruvate kinase :
  • Activée par le F1,6BiPhosphate.
  • Inhibée par l'ATP et l'acétyl-CoA.

Régulation Hormonale

• L'insuline et le glucagon influencent la glycolyse.
• La consommation d'aliments riches en glucides ou l'injection d'insuline augmentent la teneur en glucokinase, phosphofructokinase et pyruvate kinase dans le foie.
• L'augmentation de ces enzymes active la glycolyse par augmentation de la transcription des gènes.
• Inversement, une forte concentration sanguine en glucagon diminue la transcription des gènes et la concentration des enzymes.
• La glycolyse est inhibée en excès d'énergie (ATP, citrate, glucagon, adrénaline, acidose).
• La glycolyse est activée en déficit d'énergie (ADP, AMP, insuline, alcalose).

Destins du Pyruvate

• Le pyruvate (produit ultime de la glycolyse) a plusieurs destins selon les conditions physiologiques.
• En anaérobie : réduit en éthanol (levures) ou en lactate (micro-organismes, myocytes).
• En aérobie (Eucaryotes) : transféré dans les mitochondries, métabolisé en acétylCoA (décarboxylation oxydative par le complexe pyruvate déshydrogénase), puis oxydé par le cycle de l'acide citrique, conduisant à la production de NADH, FADH2 et ATP (phosphorylation oxydative) et intermédiaires métaboliques.

Pathologies Liées à la Glycolyse

• La déficience en pyruvate kinase dans les globules rouges est grave, car ces cellules dépendent exclusivement de la glycolyse pour leur ATP.
• Un mauvais fonctionnement de la glycolyse et production insuffisante d'ATP entraînent une déformation de la membrane des globules rouges et leur phagocytose prématurée, causant une anémie hémolytique.

Conclusion

• Fournir aux cellule de l'énergie, de l'ATP, et du NAD réduit
• La glycolyse sert des précurseur de molécules (ex: G3P--> acides gras, G6P--> Ribose, desoxyribose...)