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Glycolyse Il s'agit littéralement de la « lyse » du glucose donc **dégradation du glucose.** La glycolyse se fait dans **toutes les cellules**. Elle se produit en **permanence**. Quand le glucose entre dans la cellule, il est d'abord **phosphorylé en glucose-6-phosphate** ce qui l'empêche d'en r...

Glycolyse Il s'agit littéralement de la « lyse » du glucose donc **dégradation du glucose.** La glycolyse se fait dans **toutes les cellules**. Elle se produit en **permanence**. Quand le glucose entre dans la cellule, il est d'abord **phosphorylé en glucose-6-phosphate** ce qui l'empêche d'en ressortir. C'est une réaction qui est commune à plusieurs voies (donc pas limitante). Elle n'est donc pas spécifique. Cela signifie qu'il y a **3 voies en compétition** pour le glucose-6-phosphate : - **Glycolyse** : glucose pyruvate (si besoin d'énergie) - **Voie des pentoses** : glucose ribose-5P - **Dépôt** : glucose glycogène (quand on a assez d'énergie) et dépôt Définition glycolyse ==================== La glycolyse est la **voie du catabolisme oxydatif [an]aérobie** du **glucose en pyruvate :** - **Catabolisme **: dégrader une molécule complexe pour former de l'E et des molécules plus simples - **Oxydatif** : **extraction d'équivalents réducteurs** (des électrons), lors d'une réaction d'oxydoréduction, qui sont pris en charge par le cosubstrat NAD+ (accepteur) (NAD+ n'est pas lié de manière covalente à son enzymeNAD devient NADH) - **Oxydatif** ---\> pas forcément avec de l'oxygène - **L'accepteur est donc NAD+ qui va devenir NADH + H+** - **Anaérobie** : ne consomme pas d'oxygène (pas besoin d'oxygène pour faire l'oxydation). La glycolyse **fournit des métabolites ou précurseurs**. On ne va pas restituer du CO~2~ Toute la glycolyse a lieu dans le **compartiment cytosolique** (dans le cytosol) car toutes les enzymes qui lui sont nécessaires s'y trouvent. Dans chaque réaction on a une enzyme qui vient réguler le flux -\> 1 à 2 réactions clés qui se situent plutôt en début de la voie 1. Les kinases 2. Blc 3. Les kinases 4. 6-\> la formation d'ATP 5. NADH = Coenzyme d'oxydoréduction Les réactions enzymatiques ========================== Il y a six classes de réactions impliquées dans le processus de la glycolyse : - **Transfert de phosphate kinase** (**étapes où l'ATP est impliqué**) - Déshydratation **enolase** - Changement de position de phosphore **mutase** - Conversion cétose/aldose **isomérase** (réarrangement) - Clivage liaison C-C d'une aldose -\> **aldolase** - **Extraction d'équivalents réducteurs déshydrogénase** - **Kemiad** Les seules réactions enzymatiques que nous allons étudier sont la **phosphorylation** par une **kinase** et l'**oxydoréduction** effectuée par la **déshydrogénase** Les étapes de la glycolyse ========================== Il y a au total 10 réactions qui composent la glycolyse. On divise la glycolyse en 2 phases : préparatoire d'investissement et retour sur investissement La phase préparatoire d'investissement -------------------------------------- Nécessite de l'énergie : consommation d'ATP (même si on est dans le catabolisme menant à l'ATP). Pour récupérer de l'énergie sous forme d'ATP, il faut au préalable investir de l'énergie à l'aide de **2 molécules d'ATP**(première et troisième étape) par molécule de glucose.  La première phase se déroule en 5 étapes : 1. **Phosphorylation (par une kinase : hexokinase/glucokinase)** 2. Interconversiondu glucose au fructose 3. **Phosphorylation (par la phosphofructokinase)** 4. **Clivage**deux sous-unité du glucose 5. Isomérisation La réaction débute avec un glucose possédant 6 carbones. La première phase se termine par **le clivage** du glucose, phosphorylé deux fois, en deux molécules presque symétriqueson pourra doubler le revenu d'ATP Cette phase tend à rendre 2 molécules dérivées du glucose les plus symétriques possibles. Une des molécules est compatible avec la poursuite de la glycolyse mais à cause d'une symétrie imparfaite, l'autre nécessite une **isomérase***(catylse des réarrangements intramoléculaires)* pour être transformée en glyceraldehyde-3-phosphate et pouvoir ainsi continuer la glycolyse. ### La 1^ère^ étape limitante∆**G°'** est très négatif (exergonique) La première étape, qui est la **phosphorylation du glucose**, est effectuée par l'hexokinase (ou la glucokinase) qui phosphoryle le glucose **en glucose-6P**. **Hexo-\> Km low / Glucokinase Km high** C'est l'hydrolyse de l'ATP, qui fournit l'énergie ainsi que le phosphate nécessaire à cette réaction. **Ça consomme donc 1 ATP.** Cette réaction est **irréversible et donc limitante** mais elle n'est **pas spécifique** à la voie de la glycolyse étant donné qu'elle contrôle trois voies métaboliques concurrentes. Cette réaction a lieu dès l'entrée du glucose dans la cellule, ce mécanisme étant crucial pour **le piéger** à l'intérieur de la cellule. Le glucose porte maintenant **une charge négative**. Il n'est plus compté dans la concentration de glucose cytosolique ce qui **favorise l'entrée du glucose** extracellulaire dont la concentration est plus forte, le gradient est donc favorable à l'entrée du glucose dans le milieu intracellulaire.  Étape 1 : étape irréversible et limitante pour la fourniture de glucose-6p à trois voies métaboliques possibles et concurrentes Hexokinase - **Ubiquitaire dans tous les tissus** - **Non spécifiqu**e pour le glucose (fructose, mannose) - Forte affinité pour le glucose -\> Km = 0.1 mM - Activé à toutes les glycémies - Doit être capable d'alimentaire en toutes circonstances la glycolyse pour fournir de l'énergie Glucokinase - **Foie et cellules à insuline (bêta) du pancréas** - **Spécifique** pour le glucose - Faible affinité pour le glucose -\> Km = 10 mM - Activé à hauts glycémies (post-prandial) - Confère à sa cellule une propriété de détecteur de l'élévation de la glycémie, donc à état de pléthore (stockons !!!!) ### La 2^ème^ étape limitante C'est la 3^ème^ étape de la chaîne de la glycolyse. C'est cette fois le **fructose 6-phosphate qui est phosphorylé** par la **phosphofructokinase.** Le produit de cette réaction est le fructose 1,6-diphosphate. Cette réaction nécessite à **nouveau un ATP**. La **phosphofructokinase** est sous contrôle allostérique. En effet, l'ATP est un effecteur inhibiteur de cet enzyme. En cas de forte concentration du produit de la chaîne respiratoire, l'ATP se liera au site allostérique ce qui, en somme, inhibera sa propre production.  ***Nb : il y a une « action de masse » après la 3^ème^ étape (réaction très exergonique va « pousser » la prochaine réaction endergonique (4^ème^ étape)bcp de substrat fabriqué (favorise le delta G de la prochaine réaction)devient exergonique)*** ***Fructose-6p + ATP -\> Fructose-1,6bisP + ADP*** *3^e^ étape : étape irréversible et limitante qui contrôle le flux glycolytique sous controle allostérique -\> Ouvrir et fermer les robinets selon les besoins en ATP et ADP.* *ATP : double role* 1. *Substrat (pas besoin de beaucoup)* 2. *Effecteur allostérique négatif* *2^e^ étape -\> étape d'hybridation -\> pas irréversible* La phase de retour sur investissement ------------------------------------- Le substrat utilisé est le **glyceraldehyde-3-P**. C'est pourquoi, son « co-produit asymétrique » a subi une isomérisation pour le transformer en substrat utilisable pour la seconde phase de la glycolyse. La chaine de réaction est donc dédoublée car la première phase a permis la création de deux molécules utilisables, il faudra en prendre compte dans le bilan. La deuxième phase se déroule aussi en 5 étapes : 6. **Oxydation (produit NADH) (par déshydrogénase) NADH** 7. **Phosphorylation (produit** **ATP)** « phosphorilation de substrat » 8. Isomérisation 9. Déshydratation 10. **Phosphorylation (produit ATP) (par pyruvate** **kinase)** « phosphorilation de substrat » Cette chaîne de réaction débute par la réduction du cosubstrat NAD+ en NADH transfert de deux e- et un p+ plus une phosphorilation (avec un phosphate inorganique) mais le phosphate inorganique se trouve déjà dans le millieu cellulaire donc pas besoin d'ATP Au cours de cette seconde phase, de l'énergie est libérée sous forme direct (ATP), grâce à un mécanisme de « phosphorylations de substrat », et indirecte (NADH). ### La 3^ème^ étape limitante C'est la 10ème étape de la chaîne. Grâce à l'enzyme **pyruvate kinase** le pyruvate est produit. Au cours de cette « phosphorylation de substrat en phosphorylant l'ADP on déphosphoryle le précurseur du pyruvate  » un ATP est formé -\> sens inverse de la réaction, valable pour la kinase Le substrat fournit un phosphate à un nucléotide (ADP) pour donner de l'ATP. **3 étapes :** **Hexokinase (1), phosphofructokinase (3) et pyruvates kinase (10)** *NB : 7^ème^ étape est aussi très exergonique mais pratiquement couplé à la 6^ème^ étape (très endergonique)pas limitante* **Phase de retour** - **On génère de l'énergie directe (ATP) et indirecte (NADH)** - **Compte à double** - **Produit le pyruvate** - **Sortir une paire d'électrons pour faire du NADH** Bilan de la glycolyse ===================== Les produits résultants de la chaîne de la glycolyse sont : - **2 pyruvates** - **2 ATP** (-2 ATP + 4ATP = 2ATP) - **2 NADH, H+ (va devenir de l'énergiecontient des e-)** *NB : l'énergie n'a pas encore été totalement extraite de la molécule de glucose* Utilisation du pyruvate ======================= L'accumulation de pyruvate va ralentir la réaction et donc ralentir la chaîne. Il faut que le pyruvate quitte la cellule pour que la chaîne garde son efficacité. Il y a deux voies possibles d'utilisation du pyruvate selon la voie choisie : **aérobie/anaérobie**. En anaérobie ------------ Sans utilisation de mitochondries : le pyruvate est transformé en **lactate.** Attention, le **lactate devra quitter la cellule** pour éviter qu'il ne s'accumule et ralentisse cette réaction de fermentation ce qui aurait pour conséquence l'accumulation de pyruvate. Cela serait donc défavorable à la glycolyse. Cette forme d'utilisation est peu économe (beaucoup de pyruvates pour peu d'ATP reçu) en ressources mais est très rapide et ne se fait qu'en condition anaérobie. Cela est favorable à une activité courte et intense qui n'offre pas assez de temps ni d'oxygène au systèmeex : **un sprint** *NB : Chez les levures, le pyruvate est le substrat de la fermentation alcoolique* En aérobie ---------- Si les mitochondries sont fonctionnelles (avec oxygène) : le pyruvate sera conduit dans la mitochondrie et transformé en **acétyl-CoA**. Il y aura ensuite la phosphorylation oxydative dépendante de l'oxygène de l'acétyl-CoA. C'est le cycle de Krebs, **le pyruvate y est complètement oxydé** et on a restitution de carbone minéral donc il n'y a plus d'énergie à en extraire. Cette voie ne gaspille pas d'énergie, en effet le catabolisme du glucose est total. Toute l'énergie (électrons) a été extraite, c'est pour cela qu'on se retrouve avec un carbone inorganique et de l'eau qui sont des composés desquels on ne peut plus extraire d'énergie. *NB : La membrane externe de la mitochondrie est très perméable, pyruvate peut donc la traversermais **pas membrane interne (on a besoin de navettes)***  Bilan ----- **Anaérobiose** : forme **2 ATP** par unité/molécule de glucose On consomme très rapidement le glucose **Aérobiose** : forme **38 ATP** par unité de glucose. (36 des mitochondries et 2 du cytosol) La glycolyse fournit aussi des précurseurs de molécules complexes ================================================================= Il y a des **riboses, des désoxyriboses, de l'acide glucuronique et l'acide ascorbique** ======================================================================================== (Pas chez l'humain on doit récupérer cette vitamine C dans l'alimentation) -\> scorbute ======================================================================================= Remarques ========= La glycolyse, en tant que **source d'énergie**, a lieu partout (dans tous les tissus) et toujours mais : - Les globules rouges (qui n'ont pas de mitochondries) et le cerveau utilisent **essentiellement** le glucose (tissus gluco-dépendants, le cerveau peut aussi utiliser les corps cétoniques si le glucose vient à manquer) -\> pour le SNC - Les muscles squelettiques utilisent **en priorité** le glucose (tant qu'il est disponible et en quantité suffisante) - Le foie et le tissu adipeux*(la graisse)* utilisent **peu** le glucose (ils en gèrent bcp : le **stockent** en périodes d'abondance / mais en utilise peu) ou le restitue à l'organisme La capacité **de stockage** des glucides dans l'organisme est limitée, donc : - Utiliser le glucose tant qu'il est abondant - Stocker l'excédent sous d'autres formesdépasse les besoins énergétiques du moment : **glycogène (peu), lipides (illimité)** Les **origines** du glucose pour la glycolyse : - **Alimentaire (exogène) :** produit de la digestion de polysaccharides et de disaccharides - Ce qu'on mange et donné par l'intestin - **Métabolique (endogène) :** provient du stockage (ex : glycogène des muscles ou stockage dans foie / les lipides) -\> **néoglucogenèse et glycogénolyse** Glycolyse en 2 phase 1. Investissement (-2ATP pour 1 glucose) 2. Phase de retour sur investissement (+4 ATP pour un glucose) Destinées du NADH C'est **nécessaire de recycler le NADH en NAD+** car il y a une quantité fixe de NAD+ dans la cellule. Si le NAD+ n'était pas régénéré, la réaction catalysée par la glycéraldéhyde-3P déshydrogénase ralentirait au fur et à mesure que le NAD+ cytosolique s'épuiserait, ce qui freinerait puis arrêterait la glycolyse. On veut donc à tout prix éviter l'accumulation de NADH. Il y a 2 possibilités pour régénérer le NADH en NAD+, selon la voie utilisée aérobie/anaérobie. Beaucoup de NAD pour peu de NADH -\> glycolyse s'arrête si on arriver pas à générer du NAD NADH s'accumule -\> dans le compartiment cytosolique ---\> Fin de la glycolyse - **Le lactate DH mange l'e- du NADH pour former le NAD.** **Anaérobie -\> pas de navettes et de formation de NAD (que lactate DH)** **Aérobie -\> formation de NAD des deux manières** 1. En anaérobie Le NADH est réoxydé dans le cytosol par la fermentation lactique grâce à la lactate déshydrogénase Ce processus **ne produit pas d'ATP** *NB : la lactate-DH forme au passage le lactate (2e- du NADH mis sur du pyruvate pour donner le lactate)* 2. En aérobie Le NADH ne peut pas passer la membrane interne de la mitochondrie donc a besoin de **navettes**. Les équivalents réducteurs sont donc pris en charge par des navettes qui les font passer du compartiment cytosolique à l'intérieur de la mitochondrie. 2pools de NAD : cytosolique et mitochondrial Les navettes vont permettre de **régénérer le NADH en NAD+**. Une fois dans la mitochondrie, les équivalents réducteurs sont transférés sur la chaîne respiratoire (dans les mitochondries) Il y a **production d'ATP par ce mécanisme** (contrairement à la fermentation lactique). Il existe essentiellement 2 navettes** **: **glycérophosphate** et **malate/aspartate** a. La navette glycérophosphate On emprunte un peu de la molécule asymétrique de la fin de la première phase (donc ne sera pas isomérisé) : le dihydroxyacétone phosphate 1. Réaction de **réduction de la dihydroxyacétone phosphate** par le NADH H+ en **glycérol-3P** (navette qui traverse la membrane externe de la mitochondrie). Il y a **oxydation du NADH en NAD+.** 2. **Oxydation du glycérol-3P** par le **FAD** en **dihydroxyacétone phosphate** qui diffuse dans le cytosol pour recommencer son rôle de navette ou continuer sa voie de glycolyse. 3. FADH2 va céder ses électrons à la chaîne respiratoire qui est enchâssée dans la membrane interne des mitochondries *NB : FAD mitochondriaux* FAD est lié de manière covalente à son enzyme (groupe prosthétique) donc la prise en charge des 2e- va de pair avec la restitution de ces 2e- à une autre molécule. Bilan : métabolite = 0 et restitue des e- b. La navette malate/aspartate  1. Oxydation du NADH cytosolique en NAD+ et formation de malate (réduction de OAA en malate par le NADH) recyclage d'un NADH 2. Le malate entre dans la mitochondrie et est oxydé par le NAD+ mitochondrial en OAA production de 1 NADH mitochondrial 3. L'aspartate est exportée dans le cytosol 4. Le NADH produit transfert ses électrons à la chaîne respiratoire En bout de chaîne : **1 NADH génère 3 ATP** Le principe est de confier les 2e- à un métabolite qu'on puisse réduire, qu'il traverse la membrane grâce à son transporteur et ainsi amène les 2e- dans la mitochondrie. Il faut aussi le transporteur inverse pour que le métabolite puisse ressortir. Le malade prend et donne les électrons. Adaptation métabolique ====================== Le métabolisme s'adapte aux conditions auxquelles il est confronté. La destinée du pyruvate change selon les conditions dans la cellule : - En **aérobie**, il utilisera la **phosphorylation oxydative** marathon (voie lactate assez faible) Ainsi les muscles à fibres lentes ont beaucoup de mitochondries. - Fibre lente -\> au fil des mois amélioration - En **anaérobie**, il utilisera plutôt la **lactate-DH** sprint (beaucoup de pyruvate produit mais pas assez d'oxygène pour le gérer de manière mitochondriale) - **Pas d'oxygène / production de lactate / allostérique / fibre rapide** Ainsi les muscles à fibre rapides ont peu de mitochondries. Investissement : 2 ATP Retour : 4 ATP -2 + 2NADH + 2 pyruvates **Anaérobiose : pyruvates réduit en lactate (régénération du NAD +)** **Aérobiose : pyruvate est métabolisé dans la mitochondrie** Résumé ======