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PASS UE1 _ Biochimie – Sept-Oct 2024 LES GLUCIDES Biochimie structurale et métabolique Pascal Philibert, MCU-PH PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1...

PASS UE1 _ Biochimie – Sept-Oct 2024 LES GLUCIDES Biochimie structurale et métabolique Pascal Philibert, MCU-PH PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1. Les glucides : Quelques notions…  molécules les plus abondantes, en masse, à la surface du globe  la majeure partie des glucides de la planète est produite par la photosynthèse  jouent plusieurs rôles fondamentaux dans le monde vivant  ils peuvent être oxydés pour produire de l'énergie et permettre les processus métaboliques  chez les animaux et les plantes, des polymères glucidiques servent de réservoir énergétique.  des polymères glucidiques sont aussi trouvés dans les parois cellulaires et dans les revêtements protecteurs de nombreux organismes  des dérivés de glucides se retrouvent dans un grand nombre de molécules biologiques (co-enzymes, acides nucléiques…)  Ils jouent un grand rôle dans la signalisation cellulaire PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1.1. Les glucides : source d’énergie… Sucres simples (rapides…) fructose saccharose glucose X2 maltose lactose isomaltose galactose sucres simples = oses Sucres complexes (lents…) animaux : glycogène polymères de réserve de glucose végétaux : amidons = Glucanes sucres complexes = polymères d’oses PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1.1. Les glucides : source d’énergie… ne pas confondre : pouvoir sucrant : représente la valeur sucrante (édulcorante) d’un composé chimique par rapport à un autre. lactose glucose saccharose fructose aspartame stévioside sucralose 0,3 0,7 1 1,2 200 300 650 index glycémique (IG) : il mesure la capacité d'un glucide donné à élever la glycémie après le repas par rapport à une un standard de référence qui est le glucose pur (IG=100). PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1.1. Les glucides : source d’énergie… en pratique : Pour l’alimentation : Glucides = sucres simples + complexes Sucres = sucres simples Sucre = saccharose semoule compote de pomme PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1.2. Les glucides : rôle structural… Dans le monde végétal : Cellulose (polymère de glucose) : élément principal des parois des cellules des végétaux Multiples usages et dérivés utilisés dans la vie courante PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1.2. Les glucides : rôle structural… Monde animal : Chitine : biopolymère polysaccharidique retrouvé dans les parois cellulaires de champignons et d’algues, dans les exosquelettes d’arthropodes et d’insectes, mais aussi dans les céphalopodes, les mollusques … dérivé : chitosane (fils de suture, pansements, biovecteurs…) Acide hyaluronique : un des principaux constituant de la matrice extracellulaire. esthétique mais aussi ! PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1.3. Les glucides : signaux de reconnaissance… Groupe sanguin ABO : épitope de nature glucidique Glycosylations : addition enzymatique de glucides ou de groupement glucidiques à des peptides ou des protéines. importance dans la signalisation et la reconnaissance cellulaire (Anticorps…) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 1.4. Les glucides : quelques définitions… Glucides : oses monomériques (monosaccharides ) simples et leurs polymères Oses : plus petites unités (monomères) de structure glucidique obtenus par hydrolyse des glucides polymérisés. Glycanes : polymères d’oses et/ou de dérivés d’oses :  oligosaccharides et polysaccharides - oligosaccharides : jusqu’à 10 à 20 molécules d’oses - polysaccharides : > 20 molécules d’oses Glycoconjugués : dérivés de glucides dans lesquels une ou plusieurs chaînes de glucides sont liés à des peptides, des protéines ou des lipides :  glycoprotéines  glycolipides  peptidoglycanes  protéoglycanes PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2. Structures et propriétés des glucides Glucides ou hydrates de carbone : Cn(H2O)n - aldoses : groupement aldéhyde - cétoses : groupement cétone Glucides oses osides (monosaccharides) holosides hétérosides aldoses cétoses + + dérivés dérivés oligosaccharides polysaccharides (oligosides) (polyosides: unités >10) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1. Les oses Fonctions ? aldéhyde sur le C1 alcool primaire sur le C1 au moins 1 alcool 2ndaire cétone sur le C2 de 0 à plusieurs alcools 2ndaires alcool primaire sur le C terminal alcool primaire sur le C terminal aldoses cétoses PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1. Les oses aldoses cétoses 3C = les + plus simples 1 1 2 ! carbone asymétrique 2 3 3 glycéraldéhyde dihydroxyacétone carbone asymétrique énantiomères (stéréoisomères) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1.1. Isomérie - Chiralité. Exemple : l’aldotétrose 1 1  2 2 énantiomères  é 3 3 é p p 4 4 i diastéréoisomères i m m è 1 1 è r 2 2 énantiomères r e 3 3 e s s 4 4   D  configuration du Cn-1  L 13 PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1.1. Isomérie - Chiralité. Rappels  épimères : diastéréoisomères ayant au moins deux carbones asymétriques et qui ne diffèrent entre eux que par la configuration d'un seul et unique carbone asymétrique  énantiomères : molécules isomères images l'une de l'autre dans un miroir  diastéréoisomères : stéréoisomères qui ne sont pas des énantiomères PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1.1. Isomérie - Chiralité. Rappel :  deux énantiomères ont généralement les mêmes propriétés chimiques et physiques sauf en ce qui concerne l’activité optique*. Ils diffèrent par leurs propriétés biologiques. * rotation du plan de polarisation d’une lumière polarisée, dans le sens des aiguilles d’une montre (dextrogyre, +) ou en sens inverse (lévogyre, -) Oses naturels  série D (sauf dihydroxyacétone) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1.2. Représentation. Représentation : D-Glucose Convention de Fischer Squelette C vertical Fonction la + oxydée en haut Chaine carbonée vers l’arrière OH secondaires et H sont liés horizontalement et vers l’avant en perspective selon Fisher Mais aussi ! Repr. de Haworth PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1.3. Structure cyclique des oses (1884 TOLLENS) Réaction d’hémiacétalisation Cas des aldoses D-Glucose * 1 + H2O - H2O 5 forme aldéhyde hydrate d’aldéhyde hémiacétal  C1 devient C* = carbone anomérique  C1 fonction pseudo-aldéhydique (semi/hémi-acétal)  isomérie supplémentaire (α et β = anomères) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1.3. Structure cyclique des oses Réaction d’hémiacétalisation Cas des cétoses D-Fructose * forme cétone hémicétal  C2 devient C* = carbone anomérique  C2 fonction pseudo cétonique (semi/hémi cétonique) isomérie supplémentaire (α et β) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 2.1.3. Structure cyclique des oses Exemple d’un aldose : le D-Glucose pont oxydique entre C1 et C5 pyrane ≅ 38 % ≅ 62 % pont oxydique entre C1 et C4 furane < 0,3 %et 4)-alpha-D-glucosidiques des polysaccharides contenant 3 ou plus d’unités (1- >4)-alpha- D-glucose. maltase-glucoamylase: (alpha-D-glucosidase, EC 3.2.1.20). Hydrolyse les liaisons (1->4)- alpha terminales (exoglucosidase) des oligodextrines. lactase : ( (1->4)-beta-D-galactosidase, EC 3.2.1.108). PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5. 1. Digestion et absorption des glucides Absorption des glucides SGLT1 Na+ Na+ glucose maltose sang glucose isomaltose Glut5 fructose fructose maltotriose galactose Glut2 dextrines lactose SGLT1 Na+ tréhalose Na+ galactose saccharose ATPase Na+/K+ Na+ Glut : glucose transporter (passif) SGLT : cotransporteurs glucose sodium dépendant (actif secondaire) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5. 1. Digestion et absorption des glucides Anomalies de la digestion Carences en enzymes de la digestion  affections spécifiques Intolérance au lactose par déficience en lactase  La plus fréquente.  Manifestations cliniques :  crampes abdominales et ballonnement  diarrhée  accumulation de lactose non digéré rétention d’eau + fermentation bactérienne  passage du lait maternel à une alimentation contenant du sucrose ou de l'amidon !!!!  Plusieurs types de carence en lactase :  déficience congénitale régime  sans lactose  faible activité lactasique diminution graduelle avec l’âge  du Nord vers le Sud  secondaire à des maladies inflammatoires de l’intestin PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5. 1. Digestion et absorption des glucides Anomalies de la digestion Déficit congénital en sucrase-isomaltase  prévalence 1/5 000 en Europe  mutations du complexe sucrase-isomaltase (autosomique récessif)  Manifestations cliniques :  diarrhée osmotique par fermentation  distension et inconfort abdominal  flatulences et vomissements.  Traitement :  régime strict pauvre en sucrose et en amidon.  thérapie enzymatique de substitution, (sacrosidase)  Pronostic favorable. PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.2 Transport sanguin et cellulaire du glucose Transport sanguin : - hydrosoluble - taux relativement constant : 5,5 mM (1g/l) - capté à 30 à 40 % par le foie - autres tissus : cerveau, hématies, muscles, tissu adipeux Période alimentaire  provient de l’intestin Période de jeûne  provient du foie (glycogénolyse + néoglucogenèse) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.2 Transport sanguin et cellulaire du glucose Transport cellulaire Franchit la membrane cellulaire à l’aide de transporteurs passifs : Glut  famille de transporteurs codés par des gènes différents  glycoprotéines transmembranaires  spécifiques de types cellulaires :  Glut 1 : hématies, favorisent l’entrée du glucose quand la glycémie est basse  Glut 2 : foie et pancréas, favorisent l’entrée du glucose quand la glycémie est élevée  Glut 3 : cerveau, ≅ Glut 1  Glut 4 : tissu adipeux et muscles (tissus insulino-dépendants), régulés par l’insuline PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.2 Transport sanguin et cellulaire du glucose Anomalie du transport cellulaire du glucose Insulinorésistance périphérique  Glut 4 répondent mal ou peu à l’insuline (myocytes principalement)  le glucose pénètre mal dans les cellules  hyperinsulinisme  retrouvé dans l’obésité et le diabète de type 2 PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.3. La glycolyse  oxydation progressive du glucose (6c  2x3c) dans le cytosol  transfert et libération d’une partie de l’énergie du glucose  10 étapes  10 enzymes  3 séquences  3 réactions irréversibles  apparition au cours de la glycolyse de 3 carrefours métaboliques  glucose-6-P  trioses-P  pyruvate PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.3. La glycolyse 1 Phosphorylation du glucose en fructose 1,6-bisP  3 réactions  nécessitent Mg++ et 2 ATP  enzymes : - hexokinase dans tous les tissus - glucokinase : foie et pancréas - Glucose 6P isomérase - PFK1 : enzyme allostérique PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.3. La glycolyse glucokinase : uniquement hépatique et cellules β du pancréas, strictement spécifique du glucose, faible affinité pour le glucose : constante de Michaelis assez élevée (Km=10 mM)  Vmax élevée  pas de régulation allostérique ni covalente. Répond au besoin du foie en période post-prandiale face à l’afflux de glucose et permet son stockage sous forme de glycogène. hexokinase : foie et tissus périphériques, forte affinité pour le glucose :  constante de Michaelis très basse (Km = 0,1 mM)  Vmax faible,  rétrocontrôle par glucose 6-phosphate Adaptée au besoin des tissus périphériques en période de jeûne pour capter le glucose plasmatique et l’utiliser comme substrat énergétique via la glycolyse. PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.3. La glycolyse 2 Clivage du fructose 1,6-bisP en 2 trioses-P  2 réactions  clivage (après linéarisation) du fructose1,6-bisphosphate  isomérisation du PDHA en PGA  oxydation de 2 molécules de PGA/molécule de glucose PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.3. La glycolyse 3 L’oxydation d’un PGA produit 1 pyruvate X2  5 réactions  1,3 bisP-glycérate : 1er substrat énergétique  P-glycérate kinase  1ère synthèse d’ATP  P-énolpyruvate 2ème substrat énergétique PHILIBERT–  pyruvate kinase 2ème synthèse d’ATP PHILIBERT – Glucides– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.3. La glycolyse glucose Hexokinase, glucokinase glucose-6-P Glucose-6-P-isomérase 1 6C fructose-6-P P-fructo-kinase I (PFK1) fructose-1,6-bisP Aldolase phosphodihydroxyacétone* * PDHA 2 ** PGA Triose-P-isomérase phosphoglycéraldéhyde** PGA-déshydrogénase 1,3bisP-glycérate P-glycérate kinase 3-P-glycérate 3C 3 P-glycérate mutase 2-P-glycérate Enolase P-énolpyruvate Pyruvate kinase pyruvate mitochondrie PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.3. La glycolyse Bilan énergétique - produit 4 ATP mais en consomme 2  + 2ATP - produit 2 NADH,H+ (1 pour chaque triose-P) Équation finale C6H12O6 + 2ADP +2NAD+ 2(CH3-CO-COOH) +2ATP + 2NADH,H+ PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.4. La glycogénogenèse  permet le stockage du glucose sous forme de glycogène  le glycogène est inactif sur le plan osmotique : stockage sous un volume minimum  dans tous les tissus mais principalement dans le foie et le muscle  50 à 60 g/Kg de tissu soit 100g/foie et 400g/muscles  dans le cytosol des cellules à partir du glucose-6-P  4 réactions dont 3 sont irréversibles  le glycogène est attaché à une amorce protéique, la glycogénine (résidu Tyr) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.4. La glycogénogenèse glucose-6-P glucose Hexokinase, glucokinase P- glucomutase UDP-glucose glucose-1-P UDP-glucose-pyrophosphorylase (Glucose 1-phosphate uridyl transférase) UTP P2O74- l’UDP-glucose est le substrat pour la synthèse du glycogène pyrophosphatase rend la réaction irréversible 2Pi PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.4. La glycogénogenèse Glycogénine : activité glycosyltransférase qui lui permet d’initier une amorce de 8 résidus glucose à partir de l’UDP-glucose Extrémités non réductrices PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.4. La glycogénogenèse glucose Hexokinase, glucokinase glucose-6-P P- glucomutase glucose-1-P UDP-glucose-pyrophosphorylase UDP-glucose Glycogène synthase polymérisation α1- 4 Enzyme de ramification ramification α1- 6 etc… PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.4. La glycogénogenèse Bilan énergétique  consomme l’équivalent de 2ATP  1 ATP pour la phosphorylation du glucose  1 UTP pour la formation de l’UDP-glucose Anomalies de la glycogénogenèse  diabètes sucrés : stockage du glucose en glycogène déficient  glycémie  glycogénoses :  déficit en glycogène-synthase exceptionnel  déficit en enzyme de ramification moins rare :  cirrhose hépatique et décès avant 2 ans PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.5. La voie des pentoses-phosphates Haute importance anabolique  synthèse du ribose-5-P (R5P) - synthèse des nucléotides précurseurs de l’ATP, de l’ADN et de l’ARN - synthèse du coenzyme NADPH,H+ (phase oxydative) = 2 NADPH,H+  réduction du NADP+ en NADPH,H+ - synthèse lipidique (acides gras, cholestérol, H. stéroïdes) - détoxication hépatique (cytochrome P450) - glutathion réduit dans le globule rouge  deux phases - phase oxydative irréversible - phase non oxydative PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.5. La voie des pentoses-phosphates phase non oxydative phase oxydative irréversible Synthèse des nucléotides Etape clé ribulose 5Phosphate épimérase ribose 5 phosphate isomérase Régulation++ Xu5P: Xylulose-5P Su7P: sédoheptulose-7P E4P: Erythrose-4P glycolyse glycolyse P PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.5. La voie des pentoses-phosphates Bilan énergétique  ne consomme pas d’ATP  fabrique le NADPH,H+ (phase oxydative) nécessaire aux synthèses lipidiques Anomalies de la voie des pentoses-phosphates  déficit héréditaire en G6PDH, très fréquents dans le pourtour méditerranéen et en Afrique, enzymopathie la plus fréquente au monde, maladie autosomique récessive :  dans le GR,  en NADPH,H+  glutathion réduit   fragilité de la membrane plasmique  anémies hémolytiques  crises déclenchées par des infections, la prise de médicaments oxydants (antipaludéens, sulfamides, …) ou l’ingestion de fèves (favisme) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.6. Métabolisme du fructose  apporté par les fruits et par l’hydrolyse du saccharose  métabolisme hépatique essentiellement (rein et intestin)  entrée dans l’hépatocyte via GLUT2  rejoint la voie de la glycolyse au niveau des trioses-P en 3 réactions  sucre énergétique, catabolisme plus rapide que le glucose PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.6. Métabolisme du fructose Bilan énergétique 6 carbones  consomme 2 ATP (mais au final produira en net 2 ATP (PGA  PYR)) Anomalies du métabolisme  déficit en fructokinase : fructosurie essentielle PDHA GA  déficit en aldolase : intolérance héréditaire au 3 carbones fructose  grave, hépatomégalie, retard staturo-pondéral PGA GLYCOLYSE PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.7. Métabolisme du galactose  apporté sous forme de lactose  lactose : seul apport glucidique du nouveau-né  métabolisme hépatique principalement  entrée dans l’hépatocyte via GLUT2  transformé en UDP-glucose il rejoint la voie de la glycogénogenèse  transformé en glucose-1-P il rejoint la voie de la glycolyse  via l’UDP-galactose il conduit à la galactosamine (glycoprotéines, glycolipides, protéoglycanes) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.7. Métabolisme du galactose GALACTOSE GLYCOGENO- GENESE GLYCOLYSE PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 5.7. Métabolisme du galactose Bilan énergétique  consomme 1 ATP Anomalies du métabolisme  Déficit en galactose-1-P-uridyltransférase  galactosémie : - maladie métabolique très grave du nouveau-né (1/40 000) - insuffisance hépatique et rénale - retard mental - cataracte Supprimer les apports alimentaires de galactose (lait) PHILIBERT – Glucides– PHILIBERT– PASS-UE1 Glucides –PASS - UE1Sept./Oct. 2024 Octobre 2023 6. Dosage du glucose : glycémie, glycosurie Glycémie : concentration de glucose dans le sang.  valeur normale à jeun :