Métabolisme des glucides

• Les glucides jouent un rôle essentiel dans le métabolisme, pas seulement pour l'énergie
• Le métabolisme des glucides sera présenté sous un nouvel angle dans le cours, en mettant l'accent sur les aspects biochimiques et pathologiques du métabolisme du glucose en tant que substrat énergétique

Glycolyse Cytoplasmique

• La glycolyse, ou voie d'Embden-Meyerhof, correspond au catabolisme oxydatif anaérobie du glucose en pyruvate
• Ce processus se déroule indépendamment de la présence d'oxygène et il produit à la fois de l'ATP et des métabolites intermédiaires
• Ces métabolites peuvent être exploités par les cellules pour initier des synthèses, stocker des réserves ou générer de l'énergie, selon les besoins physiologiques et l'équipement enzymatique de chaque type cellulaire
• Les enzymes hexokinase (HK) et phosphofructokinase 1 (PFK1) sont des enzymes clés, utilisant 2 molécules d'ATP
• La glycolyse génère deux trioses phosphates à partir du fructose-1,6-bisphosphate (F1,6bP)
• Ces métabolites peuvent être utilisés dans diverses voies de synthèse
• La glycolyse produit du pyruvate à partir du glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P)
• La phase finale de la glycolyse crée de l'énergie, contrairement à la première phase qui en consomme
• La pyruvate kinase (PK) catalyse l'étape finale
• Le bilan chiffré de la glycolyse cytoplasmique est que le glucose + 2NAD+ + 2Pi + 2ADP conduisent à 2 pyruvates + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

Destin du Pyruvate

• En anaérobiose, le pyruvate se transforme en lactate à l'aide du NADH comme cofacteur
• Le processus génère de l'ATP rapidement mais avec un faible rendement énergétique
• En aérobiose, elle se produit par le cycle de Krebs
• Le NAD+ utilisé est régénéré
• Le cycle de Krebs et la glycolyse produisent 38 ATP
• L'effet Pasteur indique que la quantité de glucose requise est moindre en aérobiose pour produire 38 ATP
• Les réactions de glycolyse sont ralenties

Globules Rouges et Glycolyse

• Les globules rouges ne possèdent pas de mitochondries
• Ils utilisent uniquement la glycolyse anaérobie, transformant le glucose en pyruvate puis en lactate
• La voie des pentoses phosphates peut générer du NADPH, H+ mais elle ne produit ni ATP ni NADH
• Le NADPH, H+ est essentiel pour les réactions réductrices (synthèse d'acides gras et stéroïdes) et pour contrer l'accumulation d'espèces réactives de l'oxygène
• Le ribose 5-phosphate, précurseur de la synthèse des nucléotides, est un autre produit de la voie des pentoses phosphates
• Elle est présente dans les cellules des glandes mammaires, du tissu adipeux, du foie et du cortex surrénal
• La 2,3-bisphosphoglycérate (2,3-DPG) favorise l'état désoxygéné de l'hémoglobine, servant de régulateur endogène de l'affinité de l'Hb pour l'O2

Régulation des enzymes glycolytiques

• Plusieurs facteurs sont impliqués dans la régulation de l'activité enzymatique :
  • disponibilité du substrat
  • inhibition par le produit de la réaction
  • allostérie (activateurs/inhibiteurs)
  • modifications post-traductionnelles
  • activation par protéolyse
• Les trois enzymes clés (hexokinase, phosphofructokinase-1 et pyruvate kinase) sont concernées par ces facteurs
• Les protéines peuvent modifier leur structure spatiale lorsqu'elles interagissent avec un effecteur, changeant ainsi leurs propriétés
• L'hexokinase catalyse la transformation du glucose en glucose-6-phosphate (G6P) de manière irréversible et exergonique
• L'hexokinase est inhibée par le G6P
  • Inhibition compétitive au niveau du site actif
  • Inhibition allostérique au niveau du site effecteur
• L'accumulation de G6P est évitée, car il inhibe les hexokinases I à III
• La glucokinase (une autre enzyme) n'est pas affectée par le G6P et a un Km élevé
• La glucokinase est impliquée dans la capture du glucose par le foie, surtout après les repas et dans le contrôle de la sécrétion d'insuline par le pancréas
• La transcription du gène de la glucokinase est activée par l'insuline, ce qui stimule l'hypoglycémie
• La PFK1, enzyme clé de la glycolyse anaérobie, détermine la vitesse de ce processus
• Les effecteurs de la PFK1 peuvent avoir un impact significatif et sont décrits en détail
• La réaction catalysée est fortement exergonique et irréversible
• Elle est la plus lente de la glycolyse
• L'ADP, l'AMP, l'ATP, le PEP, le Pi, le citrate et le NADH sont les nombreux effecteurs allostériques
• L'ATP est à la fois un substrat (effet homotrope) et un effecteur (effet hétérotrope)
• D'une manière générale, les produits finaux inhibent les enzymes allostériques des réactions ou voies métaboliques dont ils sont issus
• Le produit de la glycolyse, l'ATP, est un inhibiteur
• L'ATP est utilisé par la PFK1 pour permettre la réaction catalysée, mais agit aussi comme un inhibiteur de cette enzyme (sites de liaison différents)
• La pyruvate kinase catalyse la formation du pyruvate à partir du phosphoénolpyruvate, concomitant avec la production d'ATP
• La réaction est à la fois exergonique et irréversible
• La présence de glucose stimule la transcription du gène de l'enzyme
• L'ATP inhibe l'activité de la PK, car il y a un niveau énergétique élevé
• Le Fructose-1,6-bisP, un activateur allostérique de la PK, favorise la poursuite de la glycolyse

Régulation des Glycolyses Anaérobie et Aérobie

• Trois enzymes sont impliquées dans le contrôle de la glycolyse anaérobie : HK, PFK-1 et PK
• Le rapport ATP/ADP dans le cytoplasme est un facteur clé de les contrôler
• L'oxygène influence également la régulation de la glycolyse aérobie
• L'hypoxie favorise la glycolyse anaérobie et la production de lactate, conduisant alors à l'effet Pasteur
• L'ADP joue plusieurs rôles dans la glycolyse aérobie
• Il est un substrat et un régulateur des kinases, ainsi qu'un substrat de la chaîne respiratoire mitochondriale
• Il aide également à réguler le cycle de Krebs

Bilan de la glycolyse et statut énergétique cellulaire

• Résumé des étapes de la glycolyse selon les conditions et l'état énergétique de la cellule:
  • Si le niveau énergétique est faible ([AMP], [ADP] élevés, [ATP] faible) : la glycolyse est activée
  • Si le niveau énergétique est élevé ([ATP] élevé, [citrate] élevé) : la glycolyse est inhibée
• L'état énergétique est déterminé par les concentrations d'ATP, d'ADP et d'AMP, qui influencent les enzymes allostériques

Déficits en enzymes glycolytiques

• Les déficits héréditaires affectent la glucokinase (diabète MODY-2), la pyruvate kinase, la phospho-gluco-isomérase, et d'autres enzymes
• Ils ont un signe clinique commun : l'anémie hémolytique
• Le globule rouge, dépourvu de mitochondrie, dépend exclusivement de la glycolyse anaérobie pour sa production d'ATP
• Un déficit héréditaire en enzyme glycolytique entraîne ainsi une faible production d'ATP et des déficits dans les systèmes anti-oxydants
• Cela conduit à la fragilité membranaire et à la destruction précoce de la membrane du globule rouge, menant à l'anémie hémolytique

Déficit en pyruvate kinase

• Déficit en gènes codant pour les isoformes de la PK
• 2 gènes peuvent être à l'origine de mutations
• L'isoforme LE, spécifique des globules rouges, est codée par le gène R sur le chromosome 1
• Plus de 100 mutations sont recensées
• Maladie génétique autosomale récessive dont la présentation clinique varie considérablement
• Formes modérées et asymptomatiques
• Formes sévères : anémie grave, récurrente, jaunisse chronique, complications
• Le diagnostic repose sur :
  • les analyses sanguines où aucune anomalie n'est décelée
  • dosage de l'activité de la PK
  • identification d'une mutation
• Le traitement peut inclure :
  • une ablation chirurgicale de la rate
  • transfusions sanguines
  • supplémentation en folates
• Des recherches récentes ont prouvé que le déficit en PK protège du paludisme

Néoglucogenèse Hépatique

• La néoglucogenèse est une synthèse de glucose à partir du pyruvate
• Les enzymes spécifiques de la néoglucogenèse permettent de contourner les étapes irréversibles de la glycolyse
• L'alanine, le lactate et le glycérol sont les principaux substrats de ce processus qui consomme de l'énergie
• La néoglucogenèse se produit principalement dans le foie
• En cas de privation de nourriture prolongée, le glucose exporté par les reins contribue de plus en plus
• La néoglucogenèse rénale (à partir de la glutamine) contribue de 13 à 25 % après une nuit de jeûne et jusqu'à 50 % en cas de jeûne prolongé
• Elle peut être stimulée par les lactates lors d'un exercice physique intense
• La néoglucogenèse intestinale (également à partir de la glutamine) intervient après un jeûne prolongé et pourrait jouer un rôle dans le diabète
• La néoglucogenèse peut impliquer divers substrats, exigeant différentes enzymes (indiquées en vert)
• Le processus inverse la glycolyse sans utiliser les mêmes enzymes
• La PEPCK (phosphoénolcarboxykinase) catalyse une action

Substrats et bilan de la néoglucogenèse hépatique

• La pyruvate carboxylase se situe dans les mitochondries
• L'aspartate aminotransférase (ASAT)
• La pyruvate carboxylase est mitochondriale
• L'aspartate aminotransférase (ASAT)
• La pyruvate carboxylase est mitochondriale
• L'aspartate aminotransférase (ASAT)
• Formule du bilan de la néoglucogenèse avec lactate et alanine :
  • 2 pyruvates + 2 NADH + 4H+ + 4ATP + 2GTP + 6H2O → Glucose + 2NAD+ + 4ADP + 2GDP + 6Pi
  • Il y a consommation d'énergie et régénération du NAD+
• Formule du bilan avec glycérol :
  • 2 glycérol + 2NAD+ + 2ATP → Glucose + 2NADH + 2H+ + 2ADP + 2Pi

Régulation de la néoglucogenèse

• La PEPCK (phosphoénolpyruvate carboxykinase) est régulée par :
  • l'état énergétique (inhibée par l'AMP, induite lorsque le niveau énergétique cellulaire est faible)
  • les hormones (induite par le cortisol et réprimée par l'insuline)
• Elle est régulée au niveau transcriptionnel
• L'expression de la PEPCK est diminuée par le glucose
• La Fructose-1,6-bisphosphatase est activée par le citrate et inhibée par l'AMP
• Si le niveau énergétique cellulaire est faible, la concentration d'AMP est élevée -Fructose-2,6-bisphosphate : inhibiteur sur l'enzyme Fructose-1,6-bisphosphatase
• Le cortisol : inducteur des hormones
• Le niveau énergétique cellulaire influe sur la régulation des enzymes participant à la néoglucogenèse

Glucose-6-phosphatase

• L'enzyme permet la conversion du glucose en une forme libérable ou exportable
• Elle est uniquement au niveau des cellules qui font de la néoglucogenèse (surtout les hépatocytes)
• La glucose-6-phosphatase est présente dans le foie, les reins et l'intestin, contribuant à la régulation de la glycémie
• Le glucose-6-P est hydrolysé en glucose libre
• Sortie du glucose de la cellule
• L'inhibition du P2O74- favorise la phosphorylation du glucose, conduisant à sa séquestration cytoplasmique
• Les hormones, notamment le cortisol, modulent l'expression de la glucose-6-phosphatase

Équilibre Glycolyse / Néoglucogenèse

• La néoglucogenèse est permanente, mais plus ou moins importante, et des effecteurs négatifs de la glycolyse, sont des effecteurs positifs de la néoglucogenèse
• L'alcool et la metformine ont un effet inhibiteur, car l'inhibition de la néoglucogenèse est étroitement liée au métabolisme oxydatif de l'alcool par l'alcool déshydrogénase
• L'activité de la pyruvate carboxylase, l'enzyme régulatrice de la néoglucogenèse, est réduite par l'alcool
• La metformine, un antidiabétique oral, diminue la néoglucogenèse bien que ses mécanismes d'action précis restent à élucider
• La phosphofructokinase-1/fructose-1,6-bisphosphatase (PFK1/F1,6bPase) est un point central de régulation
• Le fructose -2,6- biphosphate joue un rôle important
  • Puissant activateur de la PFK1
  • Inhibiteur allostérique de la F1,6bPase
• Dans le foie, la PFK-2 est sous le contrôle du glucagon qui est libérée par le pancréas quand le taux de glucose sanguin diminue
• La protéine kinase AMP cyclique dépendante (PKA) phosphoryle une sérine ou une thréonine de la [PFK-2 / FBPase-2] quand la concentration du glucagon augmente
• La xylulose-5-phosphate-dépendante (PP2A) catalyse la déphosphorylation et est activée par le glucose
• Le rapport des activités intervient sur Les activités [PFK-2/FBPase-2]
• La production du HGP : glucose par le foie étant la cible
• la forme phosphorylée de l'enzyme favorise la production du glucose et sa forme déphosphorylée va favoriser la glycolyse

Régulation moléculaire de la PFK2/F26PBASE en détail

• La PFK-2/F2,6bPase décrit une enzyme bifonctionnelle

Métabolisme du glycogène et généralités

• Il y a deux types de cellule qui sont capables de sotcker le glucose sous Glycogène
  • Cellules Musculaires : utilisation du glycogène comme réserve pour les cellules
  • Hépatocytes :utiliation pour exporter le glucose

Métabolisme du glycogène, vue d'ensemble

• Le métabolisme du glycogène dépend de la glycogénolyse et de la glycogénogenèse
• Deux enzymes sont clés
  • glycogène synthase
  • phosphorylase

Enzymes liées au métabolisme du glycogène

• La glycogène synthase est l'enzyme clé de la glycogénogenèse
• Il est régulé par son état de phosphorylation
  • une forme phosphorylée est inactive
• Le glycogène phosphorylase est activée par la phosphorylation du glycogène par la phosphorylase kinase
  • c'est l'inverse de la glycogène-synthase
  • ce qui permet une régulation concomitante des deux
• La phosphorylase kinase et déphosphoryler phosphoglycogène
• AMP : est un activateur allostérique de la glycogène phosphorylase musculaire
• Glucose : Inhibe la glycogène phosphorylase musculaire

Contrôle via les enzymes

• Voies propres à la glycogènogenèse et la glycogènolyse

Voie des pentoses phosphate

• Voie pour le métabolisme énergétique
• Produire du NADPH
  • biosynthèse des acides gras
  • biosynthèse des cholestéols
  • réduction de glutathion
  • protection contre le stress oxydatif
• Voie alternative au glycolysis
• Elle fait produire du NADPH

Constitution du pouvoir réducteur de la cellule

• Le glucose-6-phosphate est activé par la déshydrogénase

Précurseurs essentiel dans la biosynthèse des nucléotides

• Activée par le ribulose-5-phosphate isomérase

Retour dans la glycolyse

• Il est possible de refaire des hexoses à partir des pentoses
• S'il y a un excès de ribose-5-phosphate l'action se dirige vers la glucose
• Transfères de groups et interconversion de glucide
  • À 2C par des transcétolases
  • À 3C par des transaldolases

Schéma et régulation général

• G6P déshydro génase est activée par du NADP
• l'adaptation des besoins cellulaires est en NAPH, H et pentose

Description et maladie du déficit en G6 PD

• Génétique et mutation des gènes
• C'est la cause principale d'hémolyse de corpuscules
• Les personnes noires sont les plus atteintes
• Gène sur le chromosome X
  • déficit touche surtout les hommes
  • variantes liées à une lettre A ou B avec un + ou -
• Plus de 400 mutations
• Le traitement consiste en une protection du produit

Accident et déficience

• Le déficit dans le G6 PD réduit le pouvoir de constitution de la cellule
• Agent oxydant consomme du glutathion réduisant les GR
• Un accidents hémolytique arrive avec une exposition à un facteur déclenchant

Facteurs déclencheurs des variants modérés

• Médicaments
• Infection
• Ingestion de fèves

Traitement

• La membrane à des problèmes qui mènent à un dysfonctionnement
• Crise Hémolyse aiguë si exposition, fièvres, vomissements....
• L'hémolyse
  • l'anémie
  • la bilirubine - Haptoglobine

Anomalies moléculaire et classification

• le G6PD défaillant est un diagnostique sûr
• Mettre en place des mesures préventives

Classe

• La plus haute classe est une transfusion si l'anémie est trop forte
• La splénectomie est inutile et inefficace