Biochimie - Université Paris-Saclay - PDF

Faculté de Pharmacie Biochimie Bruno Baudin : enzymologie Jean-François Benoist : métabolisme Philippe Billiald : métabolisme 2022 – 2023 UE4 DFGSP 2 1 BIOCHIMIE MÉTABOLIQUE (CM 7 H et 4 cours-ED) Glucides Lipides Protéines Cycle de Krebs Chaîne respiratoire (voies oxydatives) biosynthèses biosynthè...

Faculté de Pharmacie Biochimie Bruno Baudin : enzymologie Jean-François Benoist : métabolisme Philippe Billiald : métabolisme 2022 – 2023 UE4 DFGSP 2 1 BIOCHIMIE MÉTABOLIQUE (CM 7 H et 4 cours-ED) Glucides Lipides Protéines Cycle de Krebs Chaîne respiratoire (voies oxydatives) biosynthèses biosynthèses (anabolisme) catabolisme Intégration du métabolisme Pr Jean-François BENOIST [email protected] Pr Philippe BILLIALD [email protected] enseignements dirigés: 3 séances 2 Chp 1: Métabolisme Concepts de base – Organisation Voies de Régulation 1- Organisation générale ADP + Pi NAD+ FAD Catabolisme Sucres, Lipides, Protéines Production d’Energie voies oxydatives ATP NADH, H+ NADPH, H+ déchets CO2 H2O NH3 ATP NADH, H+ FADH2 Anabolisme / Travail Synthèse de macromolécules Contraction musculaire Transport actif Thermogenèse voies réductrices 3 Les 3 étapes du catabolisme énergétique 1- Dégradation des aliments ou réserves cellulaires en composés à fort potentiel énergétique : Pyruvate et Acétyl CoA 2- Oxydation de l’acétyl CoA / O2  co-enzymes d’oxydoréduction réduits NADH, H+ FADH2 CC 3 - Phosphorylation oxydative (Chaîne Respiratoire) -Production d’ATP utile au renouvellement moléculaire, croissance etc… -Transports actifs -Mouvement, contraction musculaire Production de déchets: CO2, NH3, H2O Régulation : Où, quand, comment, pourquoi ? 4 L’anabolisme hétérotrophe - Se fait à partir de molécules organiques simples Coûte de l’énergie (couplage avec des réactions d’oxydation) Nécessite des équivalents réducteurs (NADPH,H+) molécules organiques simples Energie (ATP) réactions d’oxydation Glucose Equivalents réducteurs NADPH,H+ NADH,H+ FADH2 Glycerol, lactate, alanine Acides aminés Acétyl-CoA molécules organiques complexes Glycogène AG, Tg… Glucose Réactions de réductions Protéines Glucose Corps cétoniques 5 2- Comprendre les besoins des différents organes Les organes clés du métabolisme énergétique - Le foie Le cerveau Le globule rouge Les muscles squelettiques Le cœur Le tissus adipeux Le pancréas L’intestin Le rein 6 2- Comprendre les besoins des différents organes Les besoins énergétiques varient en fonction de situations physiologiques types : Etat nutritionnel Etat nourri ou post-prandial 1 à 2 h après le repas Phase intermédiaire Jeûne précoce physiologique prolongé 2 à 4 h après le repas 4 à 6 h après le repas 8 à 16 h après le repas Activité physique Etat repos Effort physique bref et intense (30 sec) Effort physique prolongé -ex. jogging 30 min -ex. marathon >2 h au delà de 16h 7 8 ( ) 9 10 Vo = Vmax [S] Vo = k2 [ES] Km + [S] Vmax = kcat [E] tot 11 - Enzyme oligomérique Ce mécanisme de régulation conduit à une accélération ou à une inhibition brutale de l’enzyme 12 (PP1 - PP2A - PP2B) 5- Cascade d’amplification / dispersion géographique / amplification – inhibition simultanée de plusieurs voies 13 14 15 16 Régulation transcriptionnelle des gènes impliqués dans le métabolisme intermédiaire : quelques exemples Quelques exemples non exhaustifs Insuline   Glucagon   Expression de - GK - PFK-1 - PK Expression de lipoprotéine lipase Expression de - PEPCK - FBPase-1 (foie) Expression de PK Apport en AG dans l’alimentation Glucocorticoïdes   Acides gras synthase  Expression de PEPCK Expression acétyl CoA carboxylase 17 Transmission par les récepteurs membranaires Hormone ↓ Récepteur ↓ Transmetteur ↓ Effecteurs primaires (enzymes, canal ionique) ↓ Seconds messagers ↓ ↓ Na+ K+ ↓ Effecteurs secondaires(a) Protéines kinases cytoplasmiques ou membranaires, canaux ioniques, pompe Na+/H+, diverses enzymes membranaires, protéines cytoplasmiques, etc … (a) : certains effecteurs secondaires contrôlent en cascade l’activité d’autres protéines 18 Système des protéines G GTP Complexe hormonerécepteur GTP Echange b Dissociation a GDP GTP GDP Effets b EFFECTEUR + ou – b a a (adénylyl cyclase phospholipase c, phosphodiestérase GMPc canaux ioniques etc.) Hydrolyse Réassociation GDP Pi a 19 Les R. couplées aux protéines G Deux grands types d’effecteurs “enzymes” : * Adénylyl (adénylate) cyclase ► peut être couplée à une protéine G activatrice (Gs) Ex : R. ß-adrénergique et R. Glucagon ► peut être couplée à une protéine G Inhibitrice (Gi) Ex: R. a2-adrénergique ► produit de l’AMPc comme second messager ► active une protéine kinase AMPc dépendante ou PKA (effecteur secondaire) 20 Les récepteurs couplés aux protéines G Clivage par la phospholipase C * Phospholipase C ► peut être couplée à une protéine G Ex : R. a1-adrénergique ► agit sur phosphatidylinositol 4,5bis -P (PIP2) ► produit deux seconds messagers diacylglycérol (DAG) active une PKC (effecteur secondaire) inositoltriP (IP3) active un récepteur canal (effecteur secondaire) qui libère du Ca2+ du réticulum (10-3 M) vers le cytosol (10-7 M). Ca2+ active des protéines kinases Cadépendantes. 21 Les récepteurs transmetteurs Récepteur à activité Tyrosine kinase Récepteurs transmembranaires (glycoprotéines) Domaine intracellulaire autophosphorylable sur Tyr Acquisition d’une activité type Tyrosine-kinase. Phosphorylation de diverses protéines kinases. Phosphorylation de diverses protéines (à domaine SH2) – Phosphorylation en cascade. 22 Récepteur de l’insuline : plusieurs voies de transduction Ca2+ et Transduction 1° Second messager ubiquitaire Peu spécifique, intervient dans la conduction nerveuse, tous les processus de sécrétion, la contraction musculaire (striée, cardiaque et lisse) 2° Lié par des Calcium Binding Protein : les Calmodulines protéine de 17 KDa - fixe 4 Ca2+/molécule site de liaison au Ca2+ dans des boucles (domaines de 12 aa) Ca2+ Calmoduline contrôle diverses protéines kinases Ca2+ dépendantes (adénylylcyclase, phosphodiestérases) 3° Concentrations - dans le cytosol : 10-7 M - dans le milieu extracellulaire : 10-3 M - dans différents sites de stockage (mitochondrie, réticulum endoplasmique lisse, réticulum sarcoplasmique : 10-3 M) 4° Courant de Calcium Membrane plasmique : canal voltage dépendant Membrane du RE et du RS : récepteur canal (IP3 et ryanodine) La sortie du Ca2+ utilise des pompes à activité ATPasique 23 24 25 26 LE METABOLISME DES SUCRES 27 Métabolisme des sucres Le glucose concentration circulante : 5 mM concentration très strictement régulée. Insuline/Glucagon peut être capté et utilisé par toutes les cellules Consommation du glucose aliment énergétique indispensable à certains tissus : neurone, globule rouge, médullaire rénale … tissus glucodépendants certains tissus utilisent du glucose mais aussi des acides gras : muscle squelettique et myocarde certains tissus sont capables de stocker du glucose sous forme de glycogène (muscle, foie), d’autres de stocker le potentiel énergétique du glucose sous forme d’acides gras (tissu adipeux) le foie est au centre du métabolisme énergétique et assure l’homéostasie du glucose 28 Digestion des sucres Alimentation apporte sucres complexes (amidon végétal, glycogène animal) un peu de disaccharides (saccharose) très peu de monosaccharides qui seuls sont absorbables nécessité absolue d’une digestion enzymatique pour les sucres complexes et les disaccharides Enzymes digestives amylase salivaire (liaison a1,4 et a1,6), amidon, glycogène  maltose, isomaltose, dextrines Action limitée car inactivée pour pH < 4 amylase pancréatique dans l’intestin (même activité que amylase salivaire) disaccharidases et oligosaccharidases intestinales (enzymes attachées à la bordure en brosse des entérocytes)  a-glucosidase (maltase) : liaison a1,4  saccharase-isomaltase : saccharose et liaison a1,6  b-glycosidase (lactase) : galactose, cellobiose, gentiobiose  thréalase : thréalose  phosphatase : clive les hexoses phosphates 29 Absorption du glucose Au cours de la digestion pôle apical de l’entérocyte (jéjunum +++) fait appel à un transporteur spécifique (énergie + contre-transport) passe dans circulation lymphatique et la circulation sanguine arrivée massive au foie (veine porte) : 15 à 20 mM arrivée plus modérée aux autres organes 30 Transfert intracellulaire du glucose Les transporteurs de glucose 1° Actifs : SGLT1 et SGLT2 - protéines transmembranaires : 11 segments - SGLT1 assure le transport du glucose, à partir de la lumière du tube digestif, dans l’entérocyte. Symport glucose/Na+. Couplée à une pompe Na/K pour rétablir le gradient de Na+ - SGLT2 assure le transport du glucose dans le néphron 2° Passifs : diffusion facilitée – les GLUT - protéines de 500 aa - 12 passages transmembranaires - structure bilobulaire – 5 des 6 passages transmembranaires forment un canal 31 Transport des glucides dans l’entérocyte : SGLT1/GLUT5       SGLT1 Symport glucose/galactose  Pompe sodium/potassium sodium  GLUT2  GLUT5 32 SGLT2 et réabsorption tubulaire du glucose 33 Les Principaux Transporteurs du glucose GLUT 1 GLUT 2 GLUT 3 GLUT 4 GLUT 5 Localisation Kt pour le glucose Particularités Ubiquitaire : Cerveau, rein, colon, placenta, érythrocytes Foie, cellules ß pancréatiques ~ 1 mM Transport constant ~ Vmax 15 – 20 mM (entrée) 60 mM (sortie) ~ 1 mM Transport adapté à la concentration Ubiquitaire : Cerveau, rein, placenta Muscles squelettiques, tissu adipeux Intestin grêle 5 mM Transport constant ~ Vmax Présence à la membrane dépend de l’insuline Couplé au transporteur SGLT1 34 LA GLYCOLYSE 35 Glycolyse  Métabolisation oxydative du glucose avec formation de pyruvate, production d’ATP et de NADH  Dans les organismes anaérobies stricts : le pyruvate produit est métabolisé en lactate (fermentation lactique chez certains microorganismes) ou en éthanol (fermentation alcoolique chez les levures et chez certains microorganismes)  Dans certaines cellules en situations physiologiques ou pathologiques d’anaérobie = glycolyse anaérobie avec hyperproduction de lactate et emballement de la glycolyse = effet Pasteur  Dans les cellules aérobies : oxydation du pyruvate en CO2 Pyruvate → Mitochondrie → Acétyl CoA → CO2 + H2O NADH transféré dans la mitochondrie : ATP  La glycolyse a un double rôle : production d’ATP fournisseur de précurseurs de synthèse 36 Glucose Hexokinase ou glucokinase ATP ADP Pyruvate Glucose 6-phosphate Pyruvate kinase Phosphoglucose isomérase ADP Phosphoénolpyruvate Fructose 6-phosphate Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ATP H2O ATP Enolase ADP 2-Phosphoglycérate Fructose 1,6-bisphosphate Phosphoglycérate mutase Aldolase Triose phosphate isomérase Dihydroxyacétone Glycéraldéhyde phosphate 3-phosphate Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase 3-Phosphoglycérate Pi, NAD+ NADH ATP ADP 1,3-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate kinase 37 Différentes phases de la GLYCOLYSE 1° Phase de préparation et d’investissement en énergie : cinq étapes glucose → glycéraldéhyde 3-P (2 ATP consommés) 2° Phase de récupération de l’énergie : 4 ATP et 2 NADH → pyruvate Remarque Tous les composés intermédiaires sont des ester-P ou des anhydride-P  ionisés à pH 7 (chargés -). Ils ne peuvent donc quitter ni la cellule ni le compartiment intracellulaire. Seuls les produits finaux (pyruvate ou lactate) le peuvent.  permettent de conserver l’énergie qui en final est transférée sur ADP → ATP  sont des molécules de reconnaissance et d’information pour les enzymes (régulation allostérique) 38 PO32- OH PO32- 39 Fructose 1,6-bisphosphate 40 BILAN DES CINQ PREMIERES ETAPES 1 Glc  2 Trioses-P Energie investie : 2 ATP 41 Glycéraldéhyde 3-phosphate Phase 2 42 Glucose Hexokinase ou glucokinase ATP ADP Pyruvate Glucose 6-phosphate Pyruvate kinase Phosphoglucose isomérase ADP Phosphoénolpyruvate Fructose 6-phosphate Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ATP H2O ATP Enolase ADP 2-Phosphoglycérate Fructose 1,6-bisphosphate Phosphoglycérate mutase Aldolase Triose phosphate isomérase Dihydroxyacétone Glycéraldéhyde phosphate 3-phosphate Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase 3-Phosphoglycérate Pi, NAD+ NADH ATP ADP 1,3-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate kinase 43 Devenir des produits formés Dans tous les cas, ne pas oublier : obligation de régénérer le NAD 1. Pyruvate + Anaérobie Fermentation lactique : microorganismes et organismes supérieurs en hypoxie Pyr + NADH  Lac + NAD+ DG°’ = - 26 kJ/mole - en cas d’hypoxie ou d’anoxie (asphyxie) dans le muscle - globule rouge (pas de mitochondrie) - bactéries lactiques Lactate déshydrogénase : LDH Plusieurs formes tétramériques isozymiques (Km, Vmax, régulation) provenant des combinaisons des monomères M et H : M4, M3H1, M2H2, M1H3, H4 muscle : Pyr → Lac M4 active en présence de lactate Lactate peut s’accumuler coeur : Lac → Pyr H4 inhibé par le pyruvate foie : réaction réversible : H2M2 Pyr → gluconéogenèse (foie) → alanine → cycle de Krebs 44 Devenir des produits formés 1. Pyruvate Anaérobie Fermentation alcoolique : levures et divers microorganismes PD Pyr AD Ethanal CO2 NADH Ethanol NAD+ PD : pyruvate décarboxylase AD : alcool déshydrogénase 45 Réactions de transamination 1. Pyruvate La réaction catalysée par une aminotransférase permet de faire passer un groupement aminé d’un acide aminé « donneur » sur un acide alpha-cétonique « accepteur ». L’acide aminé se transforme en acide alpha-cétonique et l’acide alpha-cétonique en acide aminé. ALAT a-cétoglutarate + alanine  glutamate + pyruvate ASAT a-cétoglutarate + aspartate  glutamate + oxalo-acétate ALAT : alanine aminotransférase ASAT : aspartate aminotransférase 46 Devenir des produits formés 1. Pyruvate Aérobie 1° passe dans la mitochondrie 2° oxydé puis décarboxylé par pyruvate déshydrogénase  acétyl CoA 2. Coenzymes réduits (NADH, H+) Synthèse AG et triglycérides Cycle de Krebs  Transfert dans la mitochondrie Obligation de régénérer les coenzymes réduits :  pour oxyder de nouveaux substrats  pour permettre une récupération d’énergie dans la chaîne respiratoire Problème Le NADH est produit dans le cytosol Le NADH est retransformé en NAD+ dans la mitochondrie Le NADH ne franchit pas la membrane mitochondriale  Nécessité de navettes pour assurer le transfert cytoplasme ► mitochondrie du NADH 1. Navette a glycérophosphate monodirectionnelle (muscle, cerveau) 2. Navette malate-aspartate bidirectionnelle (foie, rein, coeur) 47 Espace intermembranaire Navette a-glycérophosphate 48 Cytoplasme MDH ASAT ASAT MDH Mitochondrie Navette Malate-Aspartate MDH : malate déshydrogénase ASAT : aspartate aminotransférase 49 Glucose 1 -1 -ATP ADP Glucose 6-P 2 Fructose 6-P 3 ADP Fructose 1-6 diP 4 P dihydroxyacétone 13 2 (3 P glycéraldéhyde) 6 5 Glycérol P -1 -ATP 2 (acide 1-3 P glycérique) 7 2 NADH 2 ADP 2 (acide 3 P glycérique) +2 ATP 8 2 (acide 2 P glycérique) 9 2 (acide 2 P énolpyruvique) 2 (acide lactique) (muscle) 2 (éthanol) (levure) 10 11 2 ADP 2 (Acide pyruvique) 2 (acétaldéhyde) +2 ATP +2 ATP 12 Bilan de la glycolyse en anaérobie 50 1 Glc → 2 pyruvate + 2 NADH : 2 ATP (cytosol) : 6 ATP (mito) (pyruvate → acétyl CoA)2 + 2 NADH : (acétyl CoA → Krebs)2 : 24 ATP (mito) Au total 6 ATP (mito) : 38 ATP max Bilan de la glycolyse en aérobie 51 Régulation de la Glycolyse Les étapes de régulation théoriques correspondent aux étapes essentiellement irréversibles. Dans tous les tissus, l’étape essentielle de régulation est celle catalysée par la PFK-1 (la première étape est commune à plusieurs voies métaboliques). Les autres étapes jouent un rôle variable selon les tissus. DG°' en kJ mol-1 DG ' en kJ mol-1 Transfert de phosphoryle -16,7 -33,5 Phosphoglucose isomérase Isomérisation 1,7 -2,5 Fructose 6-P + ATP c fructose 1,6-bisP + ADP + H+ Phosphofructokinase Transfert de phosphoryle -14,2 -22,2 4 Fructose 1,6-bisP  dihydroxyacétone P + glycéraldéhy 3-P Aldolase Clivage aldolique 23,8 -1,3 5 Dihydroxyacétone phosphate  glycéraldéhye 3-P Triose phosphate isomérase Isomérisation 7,5 2,5 6 Glycéraldéhyde 3-P + Pi + NAD+  1,3biphosphoglycérate + NADH+ Glycéraldéhyde 3-P déshydrogénase Phosphorylation couplée à l'oxydation 6,3 -1,7 7 1,3-bisphosphoglycérate + ADP  3phosphoglycérate + ATP Phosphoglycérate kinase Transfert de phosphoryle -18,8 1,3 8 3-phosphoglycérate  2phosphoglycérate Phosphoglycérate mutase Déplacement de phosphoryle 4,6 0,8 9 2-phosphoglycérate  phosphénolpyruvate + H2O Enolase Déshydratation 1,7 -3,3 Phosphoénolpyruvate + ADP + H+ c pyruvate + ATP Pyruvate kinase Transfert de phosphoryle -31,4 -16,7 Etape Réaction Enzyme Type de réaction 1 Glucose + ATP a glucose 6-P + ADP + H+ Hexokinase 2 Glucose 6-P  fructose 6-P 3 10 52 Importance de la variation d’énergie libre pour l’équilibre des réactions enzymatiques La variation de l’énergie libre d’une réaction (DG) détermine si une réaction peut se produire spontanément Le DG est la différence entre le niveau d’énergie libre du ou des composés de départ (substrats) et ceux du ou des composés d’arrivée (produits) DG° correspond à la variation d’énergie libre standard quand les composés de départ et d’arrivée sont à une concentration fixe de 1 M Le « prime » utilisé pour les expressions de DG’ ou DG°’ exprime le fait que le pH des réactions est standardisé à 7 Dans une réaction de type : A+BC+D le DG est donné par DG = DG° + RTLn C D A B - quand le DG est négatif, la réaction se déroule spontanément et est irréversible - quand le DG est proche de 0, la réaction est réversible - quand le DG est positif, la réaction ne peut se dérouler sauf si elle est couplée avec une autre réaction de DG négatif 53 Glucose ATP Hexokinase ADP Glucose 6-phosphate Phosphoglucose isomérase Pyruvate  Pyruvate kinase Fructose 6-phosphate Phosphofructokinase-1 (PFK-1) ATP ATP ADP Phosphoénolpyruvate ADP Fructose 1,6-bisphosphate H2O Enolase 2-Phosphoglycérate Aldolase Dihydroxyacétone phosphate Triose phosphate isomérase Phosphoglycérate mutase Glycéraldéhyde 3-phosphate Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase 3-Phosphoglycérate Pi, NAD+ NADH ATP ADP 1,3-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate kinase 54 1ère étape régulée : Glc – Glc 6-P Hexokinase Ubiquitaire, Mg2+ Peu spécifique (Glc, Fru, Man) Forte affinité Km 0,01 à 0,5 mM (Km moyen = 0,1 mM) à la |glu| cellulaire  travaille en Vmax Forte capacité - Inhibée dans le muscle par Glc 6-P quand glycogène reconstitué - Non inhibée dans le TA car réserves en triglycérides non limitées Glucokinase Foie et cellules β du pancréas Spécifique du Glc Faible affinité Km très élevé = 10 mM = activité augmente avec l’augmentation de la glycémie (15 à 20 mM dans la veine porte en post-prandial) - Non inhibée dans le foie par Glc 6-P car glycogénogenèse et néosynthèse d’acides gras - Inhibée par Fru 6-P par le biais d’une protéine régulatrice de la GK. Le Fru 1-P (métabolite du Fru) qui entre en compétition avec le Fru 6-P, lève cette inhibition 55 2ème étape régulée : Fru 6-P → Fru 1,6-bisP PFK-1 : enzyme clé de régulation Modulation uniquement allostérique Modulateurs négatifs : ATP, créatine-P (muscle), citrate (foie), H+ (muscle) Modulateurs positifs : AMP (muscle), Fru 2,6-bisP (foie, adipocytes) 56 1° Régulation allostérique par la charge énergétique Mesure le pool d’adénylate capable de transférer un –P et de l’énergie ATP + ½ ADP Charge = AMP + ADP+ ATP ATP# 2 à 5 mM ADP# 1 mM AMP# 0,3 mM ½ ADP car 2 ADP  ATP + AMP adénylate kinase Dans les cellules vivantes : charge # 0,93 La charge énergétique, à travers les concdes différents nucléotides –P, est un régulateur allostérique important dans de nombreuses voies métaboliques Il existe d’autres nucléotides –P que l’ATP, permettant les transferts d’énergie Ce type de régulation est surtout présente au niveau du muscle 57 2° Régulation allostérique par le fructose 2,6-bisphosphate PFK-2 Fru 6-P Fru 2,6-bisP (µmol/L) FBPase-2 Enzyme bifonctionnelle Plusieurs isoformes Régulation par phosphorylation/déphosphorylation - Dans foie et TA : forme phosphorylée (Ser) FBPase-2 active, PFK-2 inactive : Fru 2,6 bisP  - Dans muscle, régulation inverse Si phosphorylée, PFK-2 active, FBPase-2 inactive Fru 2,6 bisP  L’état de phosphorylation est essentiellement sous la dépendance du rapport insuline/glucagon et le cas échéant des catécholamines. Ce type de régulation est essentiel au niveau du foie et du tissu adipeux et complémentaire au niveau musculaire. 58 3ème étape : PEP → Pyruvate Pyruvate kinase Dans la plupart des cellules, la régulation est uniquement allostérique. Différentes isoenzymes - hépatique PKL - muscle, cerveau : PKM Allostérie Régulateur positif : Fru 1,6-BisP Régulateurs négatifs : témoins de pléthore énergétique ATP, citrate, acétyl CoA, AG et l’alanine (foie). Uniquement dans le foie, l’isoenzyme présente, la PKL, est également régulée par covalence, essentiellement en fonction du rapport insuline/glucagon insuline glucagon 59 Régulation transcriptionnelle de la glycolyse Insuline active la transcription de : PFK-1 pyruvate kinase PFK-2/FBPase-2 Glucagon active la transcription de : PEPCK (PhosphoEnolPyruvate CarboxyKinase) FBPase-1 Glucagon inhibe la transcription de : hexokinase PFK-1 pyruvate kinase 60 Utilisation du fructose ► ► ► ► Provient de l’alimentation (nombreux fruits) Provient de l’hydrolyse du saccharose Dans l’entérocyte, le muscle, le rein hexokinase : Fru → Fru 6-P Dans l’hépatocyte fructokinase : Fru → Fru 1-P fructose 1-P aldolase triose phosphate isomérase triose kinase Oriente préférentiellement vers la lipogenèse Utilisation du mannose ► Provient de l’alimentation hexokinase : Mannose → Mannose 6-P Phosphomannoisomérases → Fru 6-P → glycolyse UDP-Man → glycoconjugués 61 Utilisation du galactose ► Provient de l’alimentation – le lactose hydrolysé dans l’intestin en glucose et galactose ► Dans l’hépatocyte galactokinase : Gal → Gal 1-P UDP-Glc-galactosyl 1-Puridyl transférase qui conduit à la synthèse de UDP-Gal Devenir de l’UDP-Gal → synthèse de lactose → synthèse de glycoconjugués → synthèse de glycogène Synthèse de glycogène UDP glucose 4 épimérase → UDP-Glc 62 Un peu de pathologie …. Déficit en lactase : au cours de la vie apparaît progressivement une perte de l’activité de la lactase, enzyme qui dégrade normalement le lactose en glucose et galactose. Conséquences : - dégradation par les micro-organismes  ballonnements - lactose osmotiquement actif  diarrhée Fructosurie essentielle : déficit en fructokinase, pathologie bénigne caractérisée par la présence de fructose dans les urines Intolérance au fructose : déficit en fructose 1-P aldolase, pathologie grave avec hypoglycémie sévère (fructose 1-P toxique), tubulopathie, hyperlactacidémie, hypophosphatasie Signes cliniques : vomissements, hépatosplénomégalie, retard staturo-pondéral Galactosémie : déficit en galactose 1-P uridyl transférase Signes cliniques : insuffisance hépato-cellulaire, insuffisance rénale, sensibilité aux infections à gram . Moins fréquemment : diarrhée, vomissements, ictère, cataracte 63 LA GLUCONEOGENESE 64 Gluconéogenèse : synthèse de glucose de novo à partir du pyruvate ou du glycérol en période de jeûne  Hépatocyte - réserve locale de glucose sous forme de glycogène : 100 g - consommation par le neurone : 120 g/jour  La néosynthèse de glucose est une absolue nécessité : - 5 à 6 heures après un repas - tissus gluco-dépendants  Voie active principalement dans le foie / rein   Rein : surtout en cas de jeûne prolongé Voie métabolique La gluconéogenèse n’est pas l’inverse de la glycolyse (DG°’ = + 84 kJ mol-1, donc voie très endergonique et spontanément impossible) - sept réactions sont inverses de la glycolyse - trois étapes irréversibles :  étapes de régulation  notion de cycle futile * permanence de l’adaptation * rapidité de l’adaptation 65 Glucose Glucose 6-phosphatase Pi Lactate Certains aminoacides Ala H2O Glucose 6-phosphate Phosphoglucose isomérase Certains aminoacides glucoformateurs Pyruvate carboxylase ADP + Pi ATP, HCO3- Oxaloacétate PEPCK GDP, CO2 GTP Phosphoénolpyruvate Fructose 6-phosphate Fructose 1,6-bisphosphatase Pyruvate Pi Enolase H2O H2O 2-Phosphoglycérate Fructose 1,6-bisphosphate Glycérol Phosphoglycérate mutase Aldolase Triose phosphate isomérase Dihydroxyacétone Glycéraldéhyde phosphate 3-phosphate 3-Phosphoglycérate Pi, NAD+ Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase NADH + H+ ATP ADP 1,3-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate kinase 66 Gluconéogenèse Voie anabolique qui nécessite : 1° des substrats  Lactate (muscle) + NAD+ LDH  Alanine (muscle) + a-cétoglutarate Pyruvate + NADH ALAT Pyruvate + glutamate  Glycérol (TA) libéré lors de la LIPOLYSE  Intermédiaires du cycle de Krebs formés à partir du catabolisme des acides aminés glucoformateurs : a-cétoacides, oxalo-acétate, a-cétoglutarate, succinyl-CoA, fumarate 2° de l’énergie ATP fournie par la b-oxydation des acides gras issus de la lipolyse dans le TA 3° un signal hormonal - Assure la coordination : foie, (muscle), TA - insuline/glucagon (+ catécholamines, + cortisol) 67 Gluconéogenèse Les étapes spécifiques de la gluconéogenèse correspondent aux trois étapes irréversibles de la glycolyse, fortement exergoniques :  changement de compartiment  régulation très précise 1ère étape spécifique : Pyruvate → PEP  Transporteur Pyruvate (cytosol → mitochondrie)  Carboxylation en oxalacétate Pyruvate carboxylase (mitochondrie)  Décarboxylation en PEP Phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK)-GTP (cytosol) NB : L’oxalo-acétate produit dans la mitochondrie ne peut pas directement être transféré dans le cytosol : nécessité d’un système de transport qui dépend du substrat d’origine. Noter le coût énergétique : couplage indispensable avec une réaction du catabolisme apportant de l’énergie la b-oxydation des acides gras 68 Gluconéogenèse Particularités en fonction du substrat d’origine Lactate  substrat le plus important en cas de jeûne physiologique  apporte son propre pouvoir réducteur nécessaire à la réaction : 1,3-bisphosphoglycérate → glycéraldéhyde 3-P  l’oxalo-acétate sort de la mitochondrie après transamination en aspartate et transporteur aspartate-glutamate (pouvoir réducteur) Alanine  substrat préférentiel si jeûne prolongé  n’apporte pas son pouvoir réducteur  l’oxalo-acétate sort de la mitochondrie en utilisant la navette oxalacétate/malate pour faire sortir 1 NADH,H+ de la mitochondrie Malate déshydrogénase exergonique DG°’ = - 29,7 kJ/mole DG # 0 : réaction réversible → malate (gluconéogenèse) → oxaloacétate (cycle de Krebs)  il existe une voie alternative utilisant une PEPCK mitochondriale et le PEP repasse dans le cytosol 69 Navette du Malate Aspartate NADH Alanine ALAT Pyruvate LDH Lactate PEP PEPCK ASAT glucose Cytoplasme MDH Mitochondrie MDH « Voie de l’alanine » ASAT Pyruvate carboxylase Pyruvate « Voie du lactate » 70 Gluconéogenèse Particularités en fonction du substrat d’origine Glycérol Deux étapes : Glycérol Glycérol kinase ATP ADP Glycérol 3-phosphate Glycérol 3-phosphate dehydrogenase NAD+ NADH + H+ Dihydroxyacétone phosphate ½ glucose Lactate 71 Gluconéogenèse 2ème étape spécifique : Fru 1,6-bisP → Fru 6-P DG°’ = - 16,3 kJ/mole Fructose 1,6-bisphosphatase-1 (PBPase-1) 3ème étape spécifique : Glc 6-P → Glucose DG°’ = - 13,8 kJ/mole Glucose 6-phosphatase, Mg2+ Enzyme localisée du côté luminal du réticulum endoplasmique Le glucose sort grâce à un transporteur (GLUT 2) 72 Pyruvate Glucose Glucose 6-phosphatase Pi Pyruvate carboxylase H2O Fructose 1,6-bisphosphatase Phosphoglucose isomérase GDP, CO2 GTP Phosphoénolpyruvate Fructose 6-phosphate Pi Enolase H2O H2O 2-Phosphoglycérate Fructose 1,6-bisphosphate Phosphoglycérate mutase Aldolase Triose phosphate isomérase Dihydroxyacétone Glycéraldéhyde phosphate 3-phosphate 3-Phosphoglycérate Pi, NAD+ Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase ATP, HCO3- Oxaloacétate Glucose 6-phosphate Fructose 1,6-bisphosphatase ADP + Pi NADH + H+ ATP ADP 1,3-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate kinase 73 Gluconéogenèse PEP Régulation PKL Premier carrefour : pyruvate → PEP  pyruvate Orientation du pyruvate pyruvate carboxylase → oxalacétate rég allostérique pos : acétyl CoA rég allostérique nég : ADP pyruvate déshydrogénase → acétylCoA rég allostérique nég : acétyl CoA, ATP, NADH OA PC PDH + Acetyl-CoA Acétyl-CoA Si b-oxydation des acides gras :  acétyl CoA →  GNG rég covalente : forme O-P = forme inactive  PKL (hépatocyte) Régulateur positif : Fru 1,6-BisP Régulateurs négatifs : ATP, alanine, citrate, acétyl CoA, AG empêche le cycle futile car b-oxydation produit beaucoup d’ATP et d’acetyl-CoA Régulation covalente : forme O-P = forme inactive 74 Gluconéogenèse Régulation Deuxième carrefour FBPase-1 (néoglucogenèse) est régulée par allostérie en opposition avec la PFK1 + par ATP et le citrate – par le Fru 2,6-bisP et l’AMP En cas de jeûne, production de glucagon  Fru 2,6-bisP    PFK-2/FBPase-2 phosphorylée par PKA activation de la FBPase-1   PBPase-2 active GNG Ce mécanisme est le plus important au niveau du foie. 75 Schéma résumé de la régulation coordonnée glycolyse/gluconéogenèse dans le foie OH 76 Schéma intégratif de régulation au niveau du foie Le fructose 2,6-bisP s’élève, la glycolyse est activée et la gluconéogenèse est inhibée GLUCOSE ELEVE En état de jeûne, le glucagon est produit et stimule la PKA Le fructose 2,6-bisP diminue, la glycolyse est inhibée et la gluconéogenèse est stimulée En situation post-prandiale, le fructose 6-P s’élève et l’insuline qui est secrétée, activent tous deux la protéine phosphatase 77 Un peu de pathologie …. Il existe de nombreux déficits enzymatiques sur la voie de la gluconéogenèse, mais ils sont rarissimes (pyruvate carboxylase, PEPCK, fructose 1,6-bisphosphate aldolase …). Tous ces déficits entraînent une hypoglycémie la plupart du temps très grave et réduisant le pronostic vital. Il s’agit d’hypoglycémie de jeûne « long ». En revanche, il existe beaucoup plus fréquemment des déficits secondaires de la gluconéogenèse, déficits qui entraînent le même type d’hypoglycémie. Il s’agit en général de déficits de la beta-oxydation des acides gras (plus d’une dizaine de déficits sont connus) par exemple liés à un défaut de pénétration de ces acides gras dans la mitochondrie. C’est le cas du déficit en Carnitine Palmitoyl Transférase 1 (CPT1). 78 LA VOIE DES PENTOSES PHOSPHATES 79 Voies des pentoses phosphates A partir du glucose  Formation de coenzymes réduits NADPH  Biosynthèse des « lipides » : acides gras, stérols, H. stéroïdes  Réduction du ribose en désoxyriboses (ribonucléotides réductases)  Réduction du glutathion   Formation du ribose (et du désoxyribose) Métabolisation des pentoses Dans le cytosol Voie non endergonique et plutôt anabolique Surrénales, testicules, ovaires : synthèse de stéroïdes Tissu adipeux, glandes mammaires : synthèse des acides gras Foie : synthèse des acides gras et du cholestérol Globules rouges : maintien du glutathion à l’état réduit Le substrat de départ est le Glc 6-P : sa production suit une étape commune avec la première étape de la glycolyse Oxydation dans les deux premières étapes formation de coenzymes NADPH + CO2 seules étapes régulées Transfert de motifs à 2 ou 3 C par des réactions d’interconversion 80 Voies des pentoses phosphates Phase 1. Les étapes oxydatives : formation de 2 NADPH,H+ et d’une molécule de Ribose 5-P  Déshydrogénation Glucose 6-P + NADP+ → 6-P gluconate + NADPH,H+ Glucose 6-P déshydrogénase, Mg2+ Deux étapes : - oxydation en lactone : 6-P glucono5lactone - hydrolyse par une lactonase, Mg2+  Décarboxylation oxydative 6-P gluconate + NADP+ → Ribulose 5-P + NADPH 6-P gluconate déshydrogénase, Mg2+  Interconversion Ribulose 5-P → Ribose 5-P phosphopentose isomérase 81 Voies des pentoses phosphates Phase 2. Les étapes non oxydatives d’interconversion Réactions réversibles Aboutissent à la régénération de Fru 6-P qui peut donner lieu à un nouveau cycle d’oxydation pour augmenter la production de NADPH  Transformation du Ribulose 5-P Isomérisation en Ribose 5-P Epimérisation en Xylulose 5-P  Phosphopentose isomérase Phosphopentose épimérase Interconversion  Xylulose 5-P + Ribose 5-P  Sédoheptulose 7-P + Glycéraldéhyde 3-P (2 C du xylulose sur le ribose) transcétolase  Sédoheptulose 7-P + Glycéraldéhyde 3-P → Fru 6-P + Erythrose 4-P transaldolase  Erythrose 4-P + Xylulose 5-P → Fru 6-P + Glycéraldéhyde 3-P transcétolase  2 Glycéraldéhyde 3-P → Fru 6-P 82 Interconversions des pentoses phosphates 83 Voies des pentoses phosphates Bilan 1 (uniquement phase oxydative) Un hexose-P produit deux NADPH et du ribose 5-P Glc 6-P + 2 NADP+ + H2O → Ribose 5-P + CO2 + 2 NADPH Bilan 2 Six pentoses-P (issues de six hexoses-P) régénèrent cinq hexoses-P qui peuvent rentrer de nouveau dans la voie. Au total : Glc 6-P + 12 NADP+ + 7 H2O ↔ 6 CO2 + 12 NADPH + Pi 84 Régulation coordonnée de la glycolyse et de la voie des pentoses Le glucose 6-phosphate peut : - être oxydé en ATP (glycolyse) - produire du NADPH et/ou du ribose (voie des pentoses). La réversibilité de la voie des pentoses permet de former du ribose 5-phosphate à partir de la glycolyse sans passer par la phase oxydative de la voie des pentoses. Le facteur limitant de la voie des pentoses est la disponibilité en NADP+ (avec un rapport NADP+ sur NADPH = 0,014). Si la consommation de NADPH augmente il y a augmentation de NADP+ et donc accélération de la voie des pentoses. Au total, l’orientation du glucose 6-phosphate entre voie des pentoses et glycolyse dépend des besoins de la cellule selon quatre modes : - Mode 1 : besoin en ribose > besoin NADPH - Mode 2 : besoin en ribose = besoin NADPH - Mode 3 : besoin NADPH > besoin en ribose - Mode 4 : besoin NADPH et besoin en ATP 85 Glycolyse et phase non oxydative de la voie des P Phase oxydative de la voie des P Phases oxydative et non oxydative de la voie des P puis recyclage par gluconéogenèse Phases oxydative et non oxydative de la voie des P puis glycolyse 86 Un peu de pathologie …. Dans la plupart des cellules, des molécules très oxydantes, les espèces réactives de l’oxygène (ROS) (générées dans le métabolisme oxydatif) infligent des dommages à toutes les macromolécules. Les ROS sont naturellement « dégradées » par réduction par le glutathion réduit (GSH). Après action, le GSH est transformé en forme oxydée qui peut repasser à l’état réduit grâce au NADPH. Dans le globule rouge, un déficit en glucose 6-phosphate déshydrogénase diminue la production de NADPH, diminue la capacité de réduction du GSH et facilite la dégradation de l’hémoglobine par les ROS. Il s’en suit une anémie hémolytique caractéristique des déficits en G6PDH des globules rouges. 87 LE METABOLISME DU GLYCOGENE 88 Le Glycogène  Principale forme de stockage du glucose  Seule réserve du carburant en anaérobiose muscle : 400 g foie : 100 g  Forme très compacte de stockage ; pas de gonflement une molécule : 6 x 105 résidus, MM : 108 D  Granules organisation structurale qui contiennent tous les enzymes du métabolisme  Structure - chaînes linéaires de glucose en a1,4 + branchement a1,6 → arborescence - chaque nouvelle molécule de glucose engage sa fonction carbonyle qui porte le pouvoir réducteur. Pour une molécule de glycogène un seul résidu glucose possède un pouvoir réducteur et cette fonction est engagée sur la protéine « initiatrice » : la glycogénine.  Dégradé par amylases salivaire et intestinale  Biosynthèse et dégradation obéissent à des régulations inverses et coordonnées  Tissus différents (foie et muscle) nécessitent des régulations différentes (surtout la dégradation) 89 Structure du Glycogène Structure générale Détail d’une ramification Structure hélicoïdale d’une chaîne 90 1° Raccourcissement des chaînes La glycogénolyse Glycogène phosphorylase : - exoglucosidase - phosphorolyse - transglycosylase : coupe liaison a1,4 et transfert de l’acide phosphorique sur l’extrémité non réductrice d’un glucosyl - coupe une liaison riche en énergie, récupérée par un composé riche en énergie - forme isozymique différente selon le tissu - action s’arrête à quatre unités glucose en amont d’une ramification (Glu)n + Pi → (Glu)n – 1 + Glc 1-P 2° Enlèvement des branches Enzyme débranchante : - a1,4 – a1,4 - transglycosylase prélève trois glucoses d’une branche et transfert sur une autre branche - a-glucosidase hydrolyse la liaison a1,6 et libère un glucose - non soumise à régulation 91 La glycogénolyse 3° Devenir du Glc 1-P Phosphoglucomutase : Glc 1-P → Glc 6-P - Étape intermédiaire : Glc 1,6-bisP - Hydrolyse du Glc 1-P : DG°’ = 21 kJ/mole - Hydrolyse du Glc 6-P : DG°’ = 14 kJ/mole - DG°’ (Glc 1-P → Glc 6-P) = - 7 kJ/mole - Réaction en faveur du Glc 6-P (Keq = 19) mais réversible du fait du mécanisme ping-pong de l’enzyme 4° Devenir du glucose 6-P Hépatocyte : glucose 6-phosphatase → glucose Muscle : Glc 6-P → glycolyse 92 La glycogénogenèse 1° Allongement des chaînes de glycogène Glycogène synthase : - Glucosyl transferase : transfert d’un glucosyl d’un donneur glucosyl nucléotide (UDP-Glc) pour le fixer en a1,4 sur un accepteur : résidu glucosyl d’une extrémité non réductrice d’une molécule de glycogène UDP-Glc + (Glc)n → UDP + (Glc)n + 1 - Première initiation : glycogénine (37 kD) Tyr 194 ; glucosyl transferase initie une chaîne de 8 Glc 2° Ramification a1,4-a1,6 transglycosylase : enzyme branchante Transfert d’un oligosaccharide (5 à 8 Glc) d’une extrémité non réductrice (11 résidus minimum) et fixation en a1,6 sur une chaîne a1,4 Non soumise à régulation 93 La glycogénogenèse 3° Origine de UDP-Glc  UTP + Glc 1-P → UDP-Glc + PPi UTP-Glc 1-P.uridyl transférase DG°’ # 0 kJ/mole  PPi → 2 Pi : DG°’ = - 2,5 kJ/mole  De fait Glc → UDP-Glc consomme 2 ATP  Le Glc 1-P provient de l’isomérisation Glc 6-P → Glc 1-P Nécessite forte concentration en Glc 6-P  Le Glc 6-P est issu du Glc (voir 1ère étape de la glycolyse) 94 Régulation du métabolisme du glycogène Différente dans le foie et dans le muscle Essentiellement hormonale (glucagon, catécholamines, insuline) et calcium ionisé (muscle) par modification de l’état de phosphorylation des enzymes Régulation allostérique complémentaire Adaptée à la situation physiologique (état post-prandial, jeûne, repos, exercice musculaire) Repose sur la régulation de deux enzymes : la glycogène phosphorylase et la glycogène synthase 95 Régulation de la glycogène phosphorylase La glycogène phosphorylase est un homodimère (foie) Forme la + active - 1 régulation principale covalente : -La glycogène phosphorylase existe sous deux formes : phosphorylée (a) et non phosphorylée (b) - 2 régulation secondaire allostérique -Chaque forme est en équilibre entre deux états : un état relâché (R) actif et un état tendu (T) peu actif - Pour la forme phosphorylée (a), la configuration R est la plus fréquente = forme active - Pour la forme non phosphorylée (b), la configuration T est la plus fréquente = forme non active - Un seul site de phosphorylation N terminal – Ser 14 - Une seule protéine kinase : glycogène phosporylase kinase ou phosphorylase kinase Forme la + « inactive » 96 Phosphorylase kinase : quadruple hétérotétramère (a, b, g, d)4. 1200 kDa. g : sous-unité catalytique a et b : sous-unités régulatrices, régulées par phosphorylation/ déphosphorylation d sous-unité régulatrice régulée par fixation de Ca2+ mécanisme d’activation : soit fixation de Ca2+ sur la sous-unité d - sous l’influence du Ca2+ libéré par la contraction musculaire - sous l’influence du Ca2+ libéré par l’IP3 (vasopressine, angiotensine, catécholamines a1) dans le foie soit phosphorylation de b puis a par la PKA - sous l’influence du glucagon et des catécholamines (foie) ou des catécholamines (muscle) 97 Régulation de la glycogène phosphorylase 98 Régulation complémentaire de la glycogène phosphorylase par allostérie FOIE MUSCLE Glucose régulateur allostérique négatif de la phosphorylase a active (favorise le passage R  T) Relai glycogénolyse GNG AMP régulateur allostérique positif de la phosphorylase b inactive (favorise le passage T  R) Anticipation besoins énergétiques Effet inverse de l’ATP et du glucose 6-P (modulateur allostérique négatif) Relai glycogénèse 99 Régulation de la glycogène synthase - Forme phosphorylée (b) = forme inactive - Forme non phosphorylée (a) = forme active - De très nombreux sites de phosphorylation (serines ou thréonines) sont accessibles pour de nombreuses protéines kinases  1 site N terminal site 2 : PKA, PhK, Ca2+, CaMdepkinase II  plusieurs sites C terminal : La PKA et le Ca2+ sont respectivement activés et libérés dans les mêmes conditions que pour la glycogène phosphorylase. Mais avec une conséquence opposée En cas de contraction musculaire : libération de Ca2+ et de catécholamines dans le muscle → phosphorylation de la glycogène synthase et arrêt de la synthèse de glycogène. En cas de jeûne : libération de glucagon → phosphorylation de la glycogène synthase → arrêt de la synthèse de glycogène dans le foie. Régulation complémentaire par allostérie Le glucose 6-P active allostériquement la forme b phosphorylée normalement inactive de la glycogène synthase. 100 Régulation couplée de la glycogène phosphorylase et de la glycogène synthase 101 En bref La glycogénolyse est déclenchée dans le muscle par l’exercice musculaire. La glycogénolyse est déclenchée dans le foie par le jeûne et par l’exercice musculaire (récepteurs aux catécholamines et au glucagon dans le foie). Signal Ca2+ : dans le muscle, sur la sous-unité d de la glycogène phosphorylase kinase dans le foie via le récepteur a1 adrénergique Signal PKA : dans le foie : glucagon + catécholamines dans le muscle : catécholamines Au final : activation de la phosphorylase kinase qui active la glycogène phosphorylase et donc active la glycogénolyse. Dans le même temps, inactivation de la glycogène synthase et donc de la glycogénogenèse. Toutes ces cascades de phosphorylation doivent être inversées en cas d’arrêt de l’exercice musculaire ou en cas de réalimentation. Ces déphosphorylations mettent en jeu une nouvelle classe d’enzymes : les protéines phosphatases. 102 Déphosphorylation des enzymes du métabolisme du glycogène Les protéines phosphatases déphosphorylent la glycogène synthase (qui devient active), la glycogène phosphorylase kinase et la glycogène phosphorylase (qui deviennent inactives). La principale de ces protéines est la protéine phosphatase 1 ou PP1. inactif actif inactif Arrêt de l’exercice musculaire Réalimentation actif inactif actif 103 Pendant l’exercice ou le jeûne, la protéine phosphatase 1 est maintenue dans un état inactif pour permettre le maintien de la glycogénolyse. La PP1est régulée par l’état de phosphorylation de sa sous-unité régulatrice ou de son inhibiteur Forme active muscle et foie muscle Première étape : dans le muscle, phosphorylation par la PKA de la sous-unité régulatrice de la PP1 musculaire : inactivation partielle de la PP1 qui se détache (de même que la protéine régulatrice) Seconde étape : dans le muscle et dans le foie, phosphorylation par la PKA de l’inhibiteur de la PP1 ce qui l’active : inactivation totale de la PP1 104 DANS LE MUSCLE : En fin d’exercice musculaire, il y a nécessité d’arrêter la glycogénolyse Disparition des catécholamines > arrêt de l’activation de la PKA l’arret de la glycogènolyse est lancé par anticipation dès la contraction par le signal Ca 2+ (signal calcium/calmoduline) qui à long terme qui va activer une protéine phosphatase PP2B laquelle à son tour : 1° déphosphoryle l’Inhibiteur de la PP1 → active la PP1 (l’activation de la PP1 musculaire se fait donc par la « voie PP2B ») 2° déphosphoryle la sous-unité a de la glycogène phosphorylase kinase La PP1 à son tour : déphosphoryle la glycogène phosphorylase kinase (sous-unité b) et donc l’inactive déphosphoryle la glycogène phosphorylase et l’inactive déphosphoryle la glycogène synthase et donc l’active Il y a arrêt de la glycogénolyse et le muscle est prêt pour une éventuelle glycogénogenèse (en attente de substrats) 105 DANS LE FOIE : La PP1 existe elle-même sous deux formes interconvertibles PP1phosporylée active PP1 déphosphorylée inactive La phosphorylation de la PP1 est sous le contrôle d’une protéine kinase stimulée par l’insuline Reprise alimentaire : production d’insuline  activation de la PP1 Déphosphorylation de toutes les enzyme du métabolisme du glycogène 106 Dans le foie, c’est majoritairement l’élévation du taux de glucose consécutif à l’alimentation qui est le facteur déclenchant de l’inactivation de la glycogénolyse et de l’activation de la glycogénogenèse : le glucose en se fixant à la glycogène phosphorylase l’inhibe en facilitant sa transformation de R vers T NB : c’est la même élévation du glucose due à l’activation de la gluconéogenèse qui en seconde partie de jeune ralentit la glycogénolyse 107 Un peu de pathologie …. 108 INTERRELATIONS METABOLIQUES 109 Quelques exemples d’interrelations entre tissus Le cycle de Cori Le lactate formé par le muscle en activité est converti en glucose par le foie qui peut alors rediriger ce glucose vers le muscle 110 111 Vitesse de production de l’ATP Vitesse Réserve (mmol.S-1) (mmol) 220 220 Créatine-P 70 450 Glycogène musculaire Glycolyse anaérobie 40 6 700 Glycogène musculaire Glycolyse aérobie 17 84 000 6 19 000 6,7 4 000 000 ATPm Glycogène hépatique Glycolyse aérobie Acides gras (TA) 112 Sources énergétiques et effort musculaire 100 m Effort musculaire bref et intense # 10 s ATP (une à deux secondes) Créatine P (quelques secondes) Glycolyse anaérobie à partir du glycogène  acide lactique  8 mmol/L  acidose pH : 7,24 Effort limité dans le temps du fait des effets cytotoxiques de l’acidose métabolique. Effort prolongé (ex d’un jogging d’une ½ heure) L’essentiel de l’énergie provient de la glycolyse aérobie du glucose (en fait glucose 6P) produit par la glycogénolyse musculaire. Un complément d’énergie est fourni par la glycolyse aérobie après captation par le muscle du glucose circulant provenant de la glycogénolyse hépatique (activation de la glycogénolyse hépatique par les catécholamines et translocation de GLUT4 liée à l’exercice musculaire). 113 Sources énergétiques et effort musculaire Marathon Effort musculaire prolongé > 2 h (vitesse divisée par 2) La réserve en glycogène (muscle + foie) est insuffisante, ne couvre que les 2/3 des besoins (100/150 moles d’ATP) Le recours à la b oxydation des acides gras devient obligatoire L’utilisation mixte (glucose et acides gras) est obligatoire et simultanée (si AG seul  marathon dure 6 h). En pratique, l’équilibrage se fait au niveau de la pyruvate déshydrogénase qui régule l’accès de la glycolyse au cycle de Krebs en concurrence avec l’acétyl CoA provenant de la b oxydation des acides gras. 114 Interrelations tissulaires dans le jeûne précoce Cellules a Glucagon Glycogène Glucose Lactate CO2 + H2O Alanine Lactate 115 Interrelations tissulaires dans le jeûne prolongé Cellules a Glucagon Glucose Glycérol Urée Corps cétoniques ↑ Alanine Acétyl CoA Lactate Glycérol CO2 + H2O Lactate Alanine Acides gras Acides aminés Protéines CO2 + H2O 116 Cellules a Interrelations tissulaires dans la première étape de réalimentation Insuline Glucose Acides aminés Glucose Acides aminés S des protéines Acides gras Urée Lactate S des protéines (tous tissus) chylomicron CO2 + H2O Glucose ↓ Acides gras Lactate ↓ Triglycérides CO2 + H2O Glycogène 117 Cellules a Interrelations tissulaires en phase post-prandiale Insuline Glucose Acides aminés Pyruvate Glucose Acides aminés S des protéines Acides gras Acides gras Urée Lactate chylomicron VLDL S des protéines (tous tissus) CO2 + H2O Glucose ↓ Acides gras Lactate ↓ Triglycérides CO2 + H2O Glycogène 118