Cours 7 La Néoglucogenèse (2022-23) PDF

Nucleic Bases P acids COURS 7 Pentoses La Néoglucogenèse 1 Le Glucose: Rappel Besoins en Glucose Cerveau Représente ~ 2% du corps humain mais consomme ~20% de l’énergie pro...

Nucleic Bases P acids COURS 7 Pentoses La Néoglucogenèse 1 Le Glucose: Rappel Besoins en Glucose Cerveau Représente ~ 2% du corps humain mais consomme ~20% de l’énergie provenant du glucose ~5.6 mg glucose /100 g tissue / min soit 120 g consommés/jour par le cerveau  20 carrés de sucre/jour (6g chacun) 2  Le Glucose: Rappel Phase absorptive Phase post-absorptive Mobilisation des stocks glucidiques [FOIE ~100g, muscle squelettique ~350-400g (usage local)] GLYCOGENOLYSE (Cours 8….) Jeûne prolongé Synthèse de novo de glucose FOIE, reins NEOGLUCOGENESE 3 Stocks hépatiques comparés de glycogène dans différentes espèces animales Ruminants en lactation: stocks hépatiques faibles Vache: 60% des besoins journaliers en Glucose se rapportent à la production de lait ! 1140 g de Glucose requis > 700 g pour la synthèse de lait dans la glande mammaire Cochons nouveau-nés: particulièrement susceptibles à l’hypoglycémie car leurs stocks hépatiques chutent rapidement avant d’être nourris et les mécanismes de néoglucogenèse sont encore peu développés! 4 Glycémie: valeurs normales chez les animaux domestiques 5 1. La néoglucogenèse Rq: plantes: photosynthèse 1.1. Définition Fixation de CO2 => glucose  Processus permettant la synthèse de glucose à partir de composés (C3 et autres) d’une autre origine. Mammifères: principalement le FOIE (contribution moindre: cortex rénal)  Conditions d’induction de la néoglucogenèse: Jeûne Exercice prolongé ? Conditions de stress (adrénaline, cortisol)  Précurseurs principaux chez l’homme: Lactate Pyruvate Glycérol Acides aminés (Alanine) 6 1. La néoglucogenèse 1.2. Glycolyse rappel 7 1. La néoglucogenèse 1.3. Néoglucogenèse: juste une glycolyse inversée? Glycolyse: Néoglucogenèse: Cytosol Cytosol Mitochondrie Réticulum Endoplasmique 7 étapes réversibles 7 étapes communes à la glycolyse +  réactions réversibles + 3 réactions irréversibles exergoniques 4 réactions spécifiques 8  1. La néoglucogenèse 1.4. Origine des précurseurs Précurseurs principaux chez l’homme: AcétylCoA/Acides gras-nombre de C pairs: PAS DE CONTRIBUTION ± Acides gras-nombre de C impairs 10  1. La néoglucogenèse Chez la vache: 1.4. Origine des précurseurs Oxydation de la cellulose Acides gras à nombre de C impairs: (polymères de β(1->4) D Glucose dans la panse leur oxydation produit du produit du PROPIONYL COA PROPIONYL COA 11 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.1. Conversion du pyruvate en phosphoenol pyruvate en 2 étapes Se déroule en 2 étapes avec formation d’un intermédiaire (non présent dans la glycolyse) = oxaloacetate (OAA) Pyruvate Carboxylase catalyse la réaction Pyruvate > Oxaloacetate PEP Carboxykinase catalyse la réaction Oxaloacetate > Phosphoenol pyruvate (PEP) 12 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.1. Conversion du pyruvate en phosphoenol pyruvate en 2 étapes 1ere étape: conversion du pyruvate en oxaloacetate par la Pyruvate Carboxylase Réaction dans la mitochondrie Réaction couplée (hydrolyse 1 ATP) Groupement prosthétique (Biotine) Détail de la réaction diapo suivante 13 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.1. Conversion du pyruvate en phosphoenol pyruvate en 2 étapes Réactions sur deux sites catalytiques différents de l’enzyme 1. Activation du C02 du bicarbonate avec formation d’un intermédiaire carboxybiotinyl-enzyme (liaison amide avec l’azote réactif de la biotine) 2. Déplacement du C02 activé de la carboxybiotinyl-enzyme sur le second site catalytique où le pyruvate réagit avec le C02  Formation d’OAA et régénération de l’enzyme 14 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.1. Conversion du pyruvate en phosphoenol pyruvate en 2 étapes 2eme étape: conversion de l’oxaloacetate en phosphoenol pyruvate (PEP) par la PEP Carboxykinase Réaction couplée (hydrolyse 1 GTP) L’énergie libérée par la décarboxylation de l’OAA facilite le transfert du phosphoryl γ du GTP sur le substrat  Phosphoenol pyruvate formé (haut potentiel énergétique) 15 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.1. Conversion du pyruvate en phosphoenol pyruvate en 2 étapes Il existe deux pools de PEP carboxykinase dans la cellule hépatique:  Mitochondriale: le PEP formé est transporté dans le cytosol  Cytosolique: intervention du système navette Malate/Aspartate (transport des équivalents réduits de la mitochondrie vers le cytosol) Rôle majeur dans la néoglucogenèse L’importance relative de ces 2 voies de synthèse du PEP pourrait dépendre des besoins en équivalents réduits dans le cytosol 16 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.1. Conversion du pyruvate en phosphoenol pyruvate en 2 étapes Dans les conditions physiologiques, compte-tenu des concentrations des intermédiaires (le PEP reste en faible concentration) ∆G réel= -25 kJ/mol Processus irréversible 17 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.2. Réactions communes (1) Glycolyse: Néoglucogenèse: Cytosol Cytosol Mitochondrie Réticulum Endoplasmique 18 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.2. Réactions communes (1) Enolase 19 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.2. Réactions communes (1) Phosphoglycerate mutase Enolase 20 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.2. Réactions communes (1) Phosphoglycerate kinase Phosphoglycerate mutase Enolase 21 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.2. Réactions communes (1) Glyceraldehyde 3-P dehydrogenase Phosphoglycerate kinase Phosphoglycerate mutase Enolase 22 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.2. Réactions communes (1) Triose isomerase Glyceraldehyde 3-P dehydrogenase Phosphoglycerate kinase Phosphoglycerate mutase Enolase 23 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.2. Réactions communes (1) Fructose 1,6-bisP aldolase Triose isomerase Glyceraldehyde 3-P dehydrogenase Phosphoglycerate kinase Phosphoglycerate mutase Enolase 24 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.3. Conversion du fructose 1,6 bis-P en fructose 6-P par la Fructose 1,6 bisphosphatase 25 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.4. Réactions communes (2) Phosphoglucose isomerase 26 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.5. Conversion du glucose 6-P en glucose par la Glucose 6-phosphatase Enzyme localisée dans le réticulum endoplasmique (RE) avec son site catalytique orienté vers la lumière du RE 27 1. La néoglucogenèse 1.5. Les réactions de la néoglucogenèse 1.5.5. Conversion du glucose 6-P en glucose par la Glucose 6-phosphatase Glucose 6-phosphatase Enzyme localisée dans le réticulum endoplasmique avec son site catalytique orienté vers la lumière 28 1. La néoglucogenèse 1.6. Bilan énergétique de la néoglucogenèse ∆G global= -63 kJ/mol ∆G global= -16 kJ/mol Les deux voies sont des processus irréversibles dans les conditions physiologiques 29 2. Régulation de la néoglucogenèse 2.1. Principes de régulation coordonnée En l’absence de régulation coordonnée des deux voies, il y aurait consommation d’énergie à perte. Exemple: les réactions suivantes: 30  2. Régulation de la néoglucogenèse 2.1. Principes de régulation coordonnée Facteurs orientant le flux de carbone du pyruvate vers le glucose: Disponibilité des substrats provenant des tissus périphériques > foie Lactate: (cycle de Cori) globules rouges Glycérol: libéré par le tissu adipeux activité musculaire, quand [Glucagon] ou [hormones du stress] ou [insuline] Acides aminés: libérés par le muscle quand [insuline] ou [cortisol] diète riche en protéines/faible en sucres Cycle Glucose-Alanine (Cours 13) 31  2. Régulation de la néoglucogenèse 2.1. Principes de régulation coordonnée Facteurs orientant le flux de carbone du pyruvate vers le glucose: Disponibilité des substrats provenant des tissus périphériques > foie Modification de la quantité ou de l’activité catalytique des enzymes clés de la voie Régulation hormonale Régulation hormonale 32 2. Régulation de la néoglucogenèse 2.2. Régulation du devenir du pyruvate (foie) Devenir du Pyruvate en condition de jeûne:  [insuline] et [Glucagon] Pyruvate Dehydrogenase (PDH/PDC) * Mobilisation des stocks lipidiques => β-oxydation des Acides gras (FA), => [acetylCoA] et [NADH] augmentent ,  Ces composés inhibent l’enzyme * Phosphorylation inactivante  inhibition de l’activité enzymatique  CONVERSION REDUITE DU PYRUVATE EN ACETYL COA 33 2. Régulation de la néoglucogenèse 2.2. Régulation du devenir du pyruvate (foie) Devenir du Pyruvate en condition de jeûne:  [insuline] et [Glucagon] Pyruvate Kinase (PK) * Acides gras, acetylCoA, ATP inhibent l’enzyme * Phosphorylation inactivante  inhibition de l’activité enzymatique  CONVERSION LIMITEE DU PEP EN PYRUVATE 34 2. Régulation de la néoglucogenèse 2.2. Régulation du devenir du pyruvate (foie) Devenir du Pyruvate en condition de jeûne:  [insuline] et [Glucagon] Pyruvate Carboxylase (PC) AcetylCoA produit par la β- oxydation des acides gras  stimulation de l’activité  CONVERSION DU PYRUVATE EN OXALOACETATE FAVORISEE PEP Carboxykinase (PEPCK) Expression inductible (par Glucagon, adrénaline, cortisol)  augmentation de l’activité  CONVERSION DE L’OXALOACETATE EN PEP FAVORISEE 35 2. Régulation de la néoglucogenèse 2.3. Régulation de la Fructose BisPhosphatase-1 FBPase-1 Inhibition allostérique par AMP (effet opposé sur la PFK-1) Inhibition allostérique par le F2,6 bis-P (effet opposé sur la PFK-1) 36  2. Régulation de la néoglucogenèse 2.3. Régulation de la Fructose BisPhosphatase-1 Le F2,6 bis-P augmente l’affinité de la PFK-1 Le F2,6 bis-P diminue l’affinité de la pour son substrat. FBPase-1 pour son substrat. Aux concentrations physiologiques, la PFk-1 est ~ inactive Quelle enzyme contrôle les niveaux de F2,6 bis-P? 37  2. Régulation de la néoglucogenèse 2.3. Régulation de la Fructose BisPhosphatase-1 La PFK-2/FBPase-2 La PFK-2/FBPase-2 est une enzyme BIFONCTIONNELLE possédant 2 domaines séparés (d’un même polypeptide) Homodimère (cristallographie) Il existe 4 isoformes différentes (L isoforme majeure du foie: gène pfkfb1) Domaine Domaine phosphatase kinase Domaine Domaine kinase phosphatase Nter Domaine kinase Domaine phosphatase Cter https://en.wikipedia.org/wiki/Phosphofructokinase_2 38 2. Régulation de la néoglucogenèse 2.3. Régulation de la Fructose BisPhosphatase-1 La PFK-2/FBPase-2 Si [Glucagon]  cAMP augmente  activation de la PKA  La PKA phosphoryle la Ser32 Ser32  Inactivation de l’activité kinase (PFK-2 inactive) et activation de l’activité phosphatase (FBPase-2 active)  [F2,6bis-P]  Inhibition de la glycolyse et stimulation de la néoglucogenèse Insuline Ser32 Stimule une protéine phosphatase  Activation de l’activité kinase (PFK-2 active) et inactivation de l’activité phosphatase (FBPase-2 inactive)  Stimulation de la glycolyse et inhibition de la néoglucogenèse 39  2. Régulation de la néoglucogenèse 2.4. Régulation de la Glucose 6 phosphatase Dans les conditions induisant la néoglucogenèse, * l’activité de la glucokinase est faible * l’expression de la Glucose 6-phosphatase est induite 40  EXERCICES COURS 7 Question 1 Lequel des métabolites suivant représente un intermédiaire commun dans la conversion du glycérol et du lactate en glucose? A. Pyruvate B. Oxaloacetate C. Malate D. Glucose 6 P E. PEP 41  EXERCICES COURS 7 Question 2 Un patient présente une infection bactérienne dont le pathogène produit une endotoxine qui inhibe l’activité de l’enzyme PEPCK. Chez ce patient, pour lequel de ces précurseurs la synthèse de glucose sera inhibée? A. Alanine B. Glycérol C. Acides gras avec chaîne de carbone à nombre pair D. PEP E. Galactose 42  EXERCICES COURS 7 Question 3 Après ingestion d’un repas riche en sucres, que va-t-il le plus probablement se passer? A. Seuls les niveaux d’insuline diminuent B. Seul les niveaux d’insuline augmentent C. Seuls les niveaux de glucagon augmentent D. Les niveaux d’insuline et de glucagon diminuent E. Les niveaux d’insuline et de glucagon augmentent 43  EXERCICES COURS 7 Question 4 Un patient présente une tumeur pancréatique de type glucagonome. D’après vous, quelle sera la conséquence d’une hyperglucagonémie? A. Perte de poids B. Hypoglycémie C. Une augmentation de la synthèse musculaire D. Une lipolyse diminuée E. Une augmentation du taux de la glycolyse hépatique 44  EXERCICES COURS 7 Question 5 Un patient atteint de diabète de type 1 qui a oublié de prendre de l’insuline avant son repas, aura des difficultés à assimiler le glucose sanguin dans lequel de ces tissus ? A. Le cerveau B. Le tissu adipeux C. Les globules rouges D. Le foie E. L’intestin 45