Dégradation du glucose (Glycolyse) - Université Tahri Mohamed de Béchar - PDF

UNIVERSITÉ TAHRI MOHAMED DE BÉCHAR FACULTÉ DE MÉDECINE DÉPARTEMENT DE PHARMACIE MODULE DE BIOCHIMIE STRUCTURALE, MÉTABOLIQUE ET BIOLOGIE MOLÉCULAIRE MÉTABOLISME DES GLUCIDES...

UNIVERSITÉ TAHRI MOHAMED DE BÉCHAR FACULTÉ DE MÉDECINE DÉPARTEMENT DE PHARMACIE MODULE DE BIOCHIMIE STRUCTURALE, MÉTABOLIQUE ET BIOLOGIE MOLÉCULAIRE MÉTABOLISME DES GLUCIDES Dégradation du glucose Glycolyse Dr. M.TAIEB ERRAHMANI 2ème année pharmacie Année universitaire : 2024-2025 I. Généralités : I.1. Vue d’ensemble du métabolisme des glucides : Le métabolisme du glucose peut produire de l’ATP afin de couvrir les besoins énergétiques de l’organisme. Plusieurs voies métaboliques sont alors empruntées par le glucose dont la glycolyse. Le métabolisme est subdivisé en deux : catabolisme et anabolisme. Schéma montrant les différents Métabolismes du glucose I.2. Digestion et absorption des glucides alimentaires : La plupart des glucides alimentaires sont constitués d’amidon (pain, pomme de terre..), glycogène (viandes..), le saccharose ou sucre de table, à moindre degrés le lactose (produits laitiers) et le fructose (fruits et miel). 1) Digestion enzymatique: La digestion des glucides commence au niveau de la bouche sous l’effet de l’amylase  salivaire. Cette digestion continue au niveau de l’intestin grêle par l’action de l’amylase  pancréatique, on obtiendra du maltose et de l’isomaltose. Les saccharides lorsqu’ils sont dégradés par les disaccharidases de la bordure en brosse : maltase pour le maltose, l’isomaltase pour l’isomaltose, sucrase ou saccharase pour le saccharose et la lactase pour le lactose, les monosaccharides ainsi obtenus seront absorbés par l’entérocyte afin de rejoindre la circulation sanguine. 1 2) Absorption des oses: Les oses sont des molécules hydrophiles qui ne peuvent pas traverser la bicouche lipidique de l’entérocyte. La plus grande partie de cette absorption est assurée par un système de transporteurs membranaires. Schéma montrant la digestion et l’absorption des glucides I.3. Différents types de transports membranaires des glucides : 1) Diffusion simple : Elle se fait suivant le gradient de concentration. Elle est négligeable pour le glucose car il est hydrophile alors que la membrane plasmique est hydrophobe. 2 2) Diffusion facilitée : Elle suit également le gradient de concentration mais elle est facilitée par un canal transmembranaire glycosylé qui ne consomme pas d'ATP : c'est donc un transfert passif du glucose. Exemple de canaux transmembranaires non ATP-dépendants : la famille des GLUT (GLUcose Transporter). Schéma montrant le transport passif 3) Transporteur (actif) secondaire : Il utilise un gradient crée par un autre transporteur actif (c'est-a-dire un transporteur qui consomme de l'ATP). Exemple de transporteur actif secondaire : la famille des SGLT (Sodium GLucose Transporter) qui sont des co-transporteurs du glucose et du sodium ou galactose et sodium. Ils utilisent le gradient de Na+ créé par la pompe Na+/K+ ATPase. Schéma montrant le transport actif secondaire 3 IV. Répartition tissulaire des transporteurs de glucose: Le transport du glucose à travers la membrane cellulaire, a lieu par diffusion facilitée grâce aux GLUT (GLUcose Transporters), numérotés de 1 à 5. 1) GLUT1 et GLUT3 : dans presque toutes les cellules, non insulinodépendants, ils assurent l’entrée du glucose dans les cellules en « toutes circonstances ». 2) GLUT2 : dans le foie et le pancréas (cellules β), actif seulement en post prandiale lorsque la glycémie est élevée, non insulinodépendant. 3) GLUT4 : dans les muscles striés, le cœur et le tissu adipeux, insulinodépendant. 4) GLUT5 : est un transporteur de type passif permettant la réabsorption du fructose de l'intestin grêle. Le transport du glucose à travers la membrane cellulaire, a lieu par Transporteur (actif) secondaire grâce aux SGLT (Sodium GLucose Transporter), numérotés 1et 2. 5) SGLT1 : retrouvé dans la muqueuse intestinale de grêle. 6) SGLT2 : exprimé sélectivement dans le rein. Le SGLT2 est le principal transporteur chargé de la réabsorption du glucose du filtrat glomérulaire vers la circulation sanguine. Schéma montrant la répartition tissulaire des transporteurs de glucose 4 II. Glycolyse : II.1. Définition : La glycolyse ou voie d’EMBDEN MEYERHOFF-PARNAS est la voie du catabolisme oxydatif anaérobie du glucose en pyruvate. 1. Oxydatif : par enlèvement d’atomes d’hydrogènes. 2. Anaérobie : ne nécessite pas l’oxygène mais a lieu même en présence d’oxygène. La glycolyse a lieu dans toutes les cellules comme source d’énergie et toutes les enzymes catalysant cette voie sont cytosoliques. II.2. Etapes de la glycolyse : La glycolyse comprend 2 phases de 5 réactions chacune : 1. Phase d’investissement énergétique : avec utilisation de 2 molécules d’ATP. 2. Phase de retour sur investissement : avec production d’ATP et de NADH.H⁺. Schéma montrant les 2 phases de la glycolyse A- Phase d’investissement énergétique : - Réaction 1 : Phosphorylation sur C-6 du glucose en glucose -6-phosphate (G6P) et consomme une molécule d’ATP. - Réaction 2 : le glucose-6-phosphate (G6P) un aldose est isomérisé en un cétose le fructose -6- phosphate (F6P). - Réaction 3 : C’est une réaction de phosphorylation sur le C1 du fructose 6 phosphate en fructose -1,6- bisphosphate (F1,6BP) et consomme une molécule d’ATP. - Réaction 4 : Clivage du fructose 1,6 bisphosphate en C2-C3 en : Un aldose : le glycéraldéhyde 3 phosphate. (GA3P) et Une cétose la dihydroxyacétonephosphate (DHAP). - Réaction 5 : Isomérisation du dihydroxyacétone phosphate en glycéraldéhyde -3- phosphate. A ce terme ; une molécule de glucose est transformée en 2 molécules de glycéraldéhyde 3- phosphate qui s’engagent chacune dans la deuxième partie de la glycolyse. 5 B- Phase de retour sur investissement : - Réaction 6 : Réaction couplant la phosphorylation du glycéraldéhyde-3-phosphate en 1,3- bisphosphoglycérate (1,3 BPG) et produit une molécule de NADH, H+ soit 2 molécules de NADH, H+ par molécule de glucose. - Réaction 7 : Réaction de phosphorylation de l’ADP par le 1,3 bisphosphoglycérate qui est transformé en 3-phosphoglycérate (3PG) et produit une molécule d’ATP soit 2 molécules d’ATP par molécule de glucose.. - Réaction 8 : Isomérisation du 3 phosphoglycérate en 2 phosphoglycérate (2PG). - Réaction 9 : Déshydratation du 2-phosphoglycérate en phosphoénolpyruvate (PEP). - Réaction 10 : Phosphorylation de l’ADP par le phosphoénolpyruvate qui est transformé en pyruvate et produit une molécule d’ATP soit 2 molécules d’ATP par molécule de glucose. Schéma montrant les réactions de la glycolyse 6 II.3. Bilan de la glycolyse : A partir d’une molécule de glucose, deux molécules de pyruvate sont générées, deux molécules d’ATP sont consommées, deux NAD+ sont réduits en NADH, H +, quatre molécules d’ATP sont formées. II.4. Régulation de la glycolyse: La régulation de la glycolyse permet d’adapter la vitesse de la glycolyse aux besoins de la cellule en ATP et en intermédiaires précurseurs de synthèse. La glycolyse est fonction de la disponibilité cellulaire en glucose et de la vitesse des réactions limitantes. Les 3 réactions limitantes de la glycolyse sont les réactions 1,3 et 10 catalysées respectivement par l’hexokinase, la phosphofructokinase et le pyruvate kinase. La réaction limitante majeure est la réaction 3. 1. L’hexokinase : Elle est inhibée par le glucose 6 phosphate. 2. La phosphofructokinase-1 : Elle est inhibée par le citrate intermédiaire du cycle de Krebs et L’ATP. 3. La pyruvate kinase : Elle est inhibée Inhibée par l’acétyl coenzyme A, citrate et l’ATP. Le glucagon favorise la forme phosphorylée inactive du pyruvate kinase, ce qui freine la glycolyse. L’insuline favorise la forme non-phosphorylée active du pyruvate kinase ce qui accélère la glycolyse. Schéma montrant les 3 réactions limitantes de la glycolyse 7 II.5. Destinées métaboliques du pyruvate : Le pyruvate formé par la glycolyse a diverses possibilités de transformation. 1. En aérobiose : En présence d'oxygène. Le pyruvate pénètre dans la mitochondrie et est dégradé complètement en CO2 et H2O (oxydation) via le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire. 2. En anaérobiose : En absence d'oxygène. Lorsque la cellule en condition hypoxique (tissu musculaire en contraction), le Pyruvate est réduit en lactate (fermentation lactique). La transformation du Pyruvate en éthanol se rencontre dans les levures (fermentation alcoolique). Schéma montrant les destinées métaboliques du pyruvate II.6. Pathologies liées à la glycolyse : L’exemple du déficit en pyruvate kinase. Les globules rouges ne possèdent pas de mitochondries et dépendent exclusivement de la glycolyse pour leur approvisionnement en ATP. Un mauvais fonctionnement de la glycolyse et une production insuffisante de l’ATP nécessaire pour le maintien de leur fonctionnement et de leur structure membranaire. La membrane se déforme et les globules rouges sont phagocytés par les cellules du système réticulo-endothélial ce qui est à l’origine de l’anémie hémolytique. Les globules rouges 8