Glycolyse (cours 7) PDF

Glycolyse (cours 7) I. La glycolyse a) Régulation du NAD+ Le NAD+ est en quantité limitée dans les cellules, il faut donc le régénérer sous peine de ne pas pouvoir poursuivre la glycolyse. Ici, la réaction qui part du GAP et qui nécessite du NAD+ pour obtenir grâce à (l’enzyme en bleu)...

Glycolyse (cours 7) I. La glycolyse a) Régulation du NAD+ Le NAD+ est en quantité limitée dans les cellules, il faut donc le régénérer sous peine de ne pas pouvoir poursuivre la glycolyse. Ici, la réaction qui part du GAP et qui nécessite du NAD+ pour obtenir grâce à (l’enzyme en bleu) du 1,3-BPG. Il s’agit de la réaction numéro 6 de la glycolyse qui en comporte 10 au total. On voit ici, qu’il faut du NAD+ alors au cours de la glycolyse c’est du NADH + H+ qui sont produits. Ce NAD est régénéré en condition anaérobique (pas d’oxygène) par la transformation grâce à la lactate déshydrogénase, du pyruvate à lactate. Cette réaction requière du NADH + H+ et régénère le NAD+ qui est ensuite utilisé pour poursuivre la glycolyse (au niveau de la réaction n.6). 1 En condition aérobie, le NAD+ doit lui être régénéré, hors en condition aérobie, il n’a pas de production de lactate, il y aura au contraire du pyruvate qui sera transformé en Acétyl-CoA selon cette réaction Il y a donc une surproduction de NADH, H+ qui doit aussi donner lieu à une régénération du NAD+. Le NADH, H+ produit lors de la réaction n.6 et de la transformation du pyruvate en acétyl coA (pour intégrer le cycle de Krebs) va être régénéré en NAD+ par transfert de ses électrons au 02 (dioxygène) dans la chaîne respiratoire des mitochondries. Seulement, il y a un problème : la membrane mitochondriale interne est imperméable au NADH, H+. Ainsi, se met en place une stratégie qui repose sur différentes navettes. Ces navettes servent à oxyder le NADH, H+ sans que la molécule soit elle-même transportée dans la mitochondrie. Les molécules vont donc rester à l’extérieur de la mitochondrie, dans le cytoplasme mais ses électrons vont être transporté ainsi, on obtiendra du NAD+ à la fin dans le cytoplasme. La première navette est la navette glycérol- phosphate. On a un NADH, H+ cytoplasmique qui est oxydé en NAD+. Le FAD mitochondriale est transformé en FADH2 (toujours mitochondriale) à il a capté ces 2 protons du NADH, H+. Il s’agit d’une réaction irréversible. La 2ième navette est la navette malate- aspartate. On a un NADH cytoplasmique qui est oxydé pour obtenir dans le cytoplasme du NAD+ tandis que le NAD+ de la mitochondrie capte les électrons du NADH (cytoplasmique) –> obtention NADH mitochondrial. 2  1. Navette glycérol-phosphate Le dihydroxyacétone phosphate (issus de la réaction n.4) peut-être réduit en glycérol-3 phosphate avec régénération de NAD+. Il y aura ensuite à nouveau une oxydation en dihydroxyacétone phosphate (avec régénération de FADH2). Le dihydroxyacétone phosphate produit lors de la réaction n.4 est transformé en glycérol 3 phosphate par l’enzyme : glycérol-3-phosphate déshydrogénase cytoplasmique ce qui permet de régénérer NAD+. Ensuite pour réobtenir du dihydroxyacétone phosphate, le glycérol-3-phosphate est retransformé grâce à l’enzyme glycérol-3-phosphate déshydrogénase mitochondriale (dans la membrane mitochondriale interne). Ce passage du glycérol-3-phosphate en dihydroxyacétone phosphate s’accompagne de la réduction de FAD en FADH2. C’est ainsi que les électrons passent du NADH+ au FADH2. Ensuite, les électrons vont intégrer la chaine de transporteur d’électron mitochondriale via la réduction de Q en QH2 qui va ensuite céder ses électrons au complexe 3 de la chaine respiratoire. Cette navette est très utile dans les muscles pour régénère les NAD+ qui est nécessaire à une grande vitesse du cycle de Krebs et permet également de produire bcp d’ATP sans produire de lactate (afin d’éviter la surproduction de lactate, il faut faire cette glycolyse de façon aérobie et donc transformer le pyruvate en Acetyl-CoA qui va ensuite intégrer le CK et produire donc bcp de ATP) 3  2. Navette malate-aspartate Dans le foie et le cœur, le NADH,H+ cytoplasmique est oxydé en NAD+ grâce à la navette qui comporte 2 transporteurs transmembranaires : - transporteur mala-aspartate céto-glutarate - transporteur glutamate aspartate En plus de ces transporteurs, la navette contient 4 enzymes : - Malate déshydrogénase (cytoplasmique) - Malate déshydrogénase (matricielle) : - ASAT (aspartate aminotransférase) (matricielle) - ASAT cytoplasmique La malate déshydrogénase (matricielle) est une enzyme du CK qui produit à partir du malate de l’oxalo-acétate. Cet oxalo- acétate ne peut pas traverser la MMI donc il est trans-aminé par l’ASAT en aspartate pour ensuite pourvoir être transporter dans le cytoplasme par le transporteur aspartate glutamate. On obtient alors de l’aspartate dans le cytoplasme qui sera ensuite désaminer en oxalo-acetate pour permettre la reprise du cycle. Cet oxalo acétate pourra être encore retransformer en malate pourvue qu’il y ait un autre NADH, H+ à oxyder en NAD. 4 Ainsi, il existe plusieurs moyens de régénère le NAD+, à partir du pyruvate. En condition anaérobie : - Le pyruvate peut être transformé en acétaldéhyde puis en alcool (chez la levure et d’autres microorganismes à fermentation alcoolique) - Certains microorganismes font de la fermentation lactique, cette réaction a aussi lieu dans nos muscles lors d’un effort intense et lorsque la navette glycérol-phosphate, le CK et la chaine respiratoire ne fournissent pas suffisamment de NAD+ et de ATP. - Nous avons vu que le pyruvate peut aussi être transformer en Acétyl-CoA, on aura alors une surproduction de NADH, H+ et puis une oxydation ultérieure de cet Acétyl- Coa au n/x de la chaine respiratoire à régénération du NAD+. On pourrait se démancher pourquoi utiliser les fermentations alors quelles sont peu efficaces énergétiquement ? La réponse est que ces fermentations permettent la vie anaérobie dans les milieux anaérobies pour des organismes anaérobies strictes comme lactobacillus (bactérie anaérobie). B) Shunt de Rapoport Dans les érythrocytes (globules rouges), la réaction n.7 est remplacée par le shunt de rapoport (la réaction n.7 du coup n’a pas lieu dans les globules rouges). C’est une enzyme bi fonctionnelle qui va permettre de passer du 1-3 biphosphoglycérate à 2-3 biphosphoglycérate (via sa fonction bisphosphoglycerate mutase). Enfin, passer du 2-3 biphosphoglycérate à 3-phosphoglycérate grâce à sa fonction phosphatase 2,3 biphosphoglycérate phosphatase. Ceci se déroule dans les globules rouges. On aura donc pas de production de ATP à cet endroit dans la glycolyse dans les globules rouges (car pas de réaction n.7) cependant ce 2,3 BPG (ou 2,3 DPG) est très important pour l’efficacité des globules rouges. 5 Les 2,3 BPG se fixe dans la cavité centrale de l’hémoglobine humaine et il va interagir avec 2 histidines (2 et 143) et une lysine (82) de la sous unité B de l’Hb (on rappelle que l’HB est constitué de 2 sous-unité alpha et 2 sous-unité B). Le 2,3 BPG est en interaction avec 2 histines et une lysine de chaqu’une des sous-unité B. L’utilité du 2,3 BPG dans les globules rouges Ici la pression partielle en 02 (pression qu’exerce qu’exercerait l’O2 s’il était seul dans le volume considéré) et en ordonnée la saturation de l’Hb (à quel point l’HB contient de l’O2). On voit qu’elle part de 100% pour des pressions partielles très élevées en 02 et chute jusqu’à 0% pour des pp en 02 très, très faible. En noire, on a la courbe pour l’Hb qui ne contient pas de 2,3 BPG cad de l’Hb pure, on voit qu’il y a diminution progressive de la saturation et particulièrement entre la pp que l’on trouve dans les poumons et celle que l’on trouve dans les tissues, il y a 8% de perte de 02. Dans le corps humain, l’Hb contient du 2,3 BPG qui, on le rappelle interagit av les sous unité B et du coup change sa conformation et donc son affinité pour l’O2. 2,3 BPG diminue l’affinité de Hb pour l’O2 ce qui fait que l’on passe d’une pp en 02 (celle qui correspond au poumon) à un n/x de saturation qui est presque de 100% et une chute/perte de 66% de l’O2 fixé au sein de cette Hb. Ce 2,3 BPG a une grande utilité dans les globules rouges car il permet à ces globules rouges de relarger dans les tissues bcp plus de d’oxygène que s’il n’avait pas de 2,3 BPG. c) Bilan énergétique de la glycolyse Dans la glycolyse, il y a une première phase, de la séquestration du glucose par phosphorylation sous forme de glucose-6-phosphate (effectué par l’hexokinase) à une isomérisation. La dihydroxyacétone-phosphate est transformé en glycéraldéhyde-3- phosphate durant cette phase. On remarque que des ATP sont investis, 2 ATP investis par molécule de glucose. Dans la phase 2, qui part du glycéraldéhyde-3-phosphate, ces fragments tri-carbonés sont oxydés jusqu’à aboutir du pyruvate. On a alors production de ATP et de NADH, H+. Phase 1 de la glycolyse Cette phase est une phase préparatoire. - Le glucose est séquestré par phosphorylation grâce à l’hexokinase qui avec de l’ATP va phosphoryler le glucose à glucose-6-phosphate. - Il y aura ensuite, isomérisation en fructose-6-phosphate grâce à la phosphoglucose isomérase. - Ce fructose-6-phosphate sera phosphorylé à nouveau grâce à de l’ATP utilisé par la phosphofructokinase pour produire du fructose-1,6-biphosphate. 6  - Ce fructose-1,6-bisphosphate sera ensuite clivé en fragments tri carboné : la dihydroxyacétone phosphate et le glycéraldéhyde 3 phosphate. Ce glycéraldéhyde-3-phosphate permet de poursuivre la glycolyse donc le dihydroxyacétone phosphate est isomérisé en glycéraldéhyde-3- phosphate grâce à la triose phosphate isomérase. Donc 2 ATP sont mobilisés dans la phase préparatoire de la glycolyse Phase 2 de la glycolyse Durant la phase 2, il y aura production de 4 ATP et puisque l’on est parti de 2 trioses, il faut multiplier cette quantité (d’oses) par 2 ce qui donne donc 4 ATP puis 1 NADH,H+ multiplié par 2 donc 2 NADH,H+ qui seront produits à partir d’une molécule de glucose. - Donc on part de notre glycéraldehyde-3- phosphate, la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase va permettre d’obtenir du 1,3 biphosphoglycérate. - De l’ADP sera phosphorylé en ATP par la phosphoglycérate kinase pour obtenir du 3- phosphoglycérate (1 phosphate utilisé pour former de l’ATP). - Ensuite ce 3-phosphoglycérate est transformé en 2-phosphoglycérate par la phosphoglycérate mutase. - Grâce à l’énolase, on obtient du phosphénolpyruvate. - Et la dernière étape qui permet de produire de l’ATP, est catalysée par la pyruvate kinase (PK) qui transforme le phosphénolpyruvate en pyruvate grâce à l’ADP qui est transformé en ATP. Ensuite le devenir du pyruvate va dépendre du contexte de la cellule : Contexte aérobieà pyruvate sera transformé en Acétyl-coA pour intégrer le CK Contexte anaérobiose à le pyruvate sera transformée en lactate En résumé, à partir d’un glucose, on obtient 2 pyruvates, 2 NADH,H+ et 4 ATP. 7 A partir d’1 glucose, on va investir 2 ATP (dans la réaction 1 et 2) qui sera transformé en 2 pyruvate avec production de 4 ATP. Dans la mesure où 2 ATP ont été investis, il y aura du coup, globalement pour 1 molécule de glucose à 2 ATP produits. 1. Régulation de la glycose La vitesse de conversation du glucose en pyruvate doit être régulé pour répondre aux besoins des cellules et du coup, il y a 3 étapes de régulation, elles-mêmes réguler dans la glycolyse. Il s’agit des 3 réactions irréversibles, physiologiquement à 3 points de régulation de la glycolyse : - 1er point : transformation du glucose à glucose-6-phosphate par l’hexokinase (muscle) ou la glycokinase (foie) - 2nd point : phosphorylation du fructose-6-phospahte à fructose-1,6-biphosphate par la PFK1 (phosphofructokinase) (réaction 3) - 3ème point : pyruvate kinase qui catalyse la transformation du phosphoénolpyruvate à pyruvate (réaction n.10 de la glycolyse) Ces réactions sont régulées par de 3 façons : - Manière allostérique. Un effecteur allostérique va se fixer sur l’enzyme (en dehors du site catalytique) et lorsqu’il est fixé, il va augmenter ou diminuer l’activité de l’enzyme. Ce type de régulation est à quelques millisecondes - Manière covalente, par (dé)phosphorylation de la protéine. Ce changement de niveau d’activité se fait en quelque secondes - Le niveau de régulation le + lent, le 3ème niveau est la régulation transcriptionnelle. Il s’agit de réguler le taux de transcription du gène qui code pour l’enzyme en question. Cette régulation se fait en plusieurs heures 8 Régulation musculaire de la glycolyse 1. Hexokinase Le glucose-6-phosphate n’est pas impliqué que dans la glycolyse mais il est situé à un carrefour entre la glycolyse et la synthèse de glycogène mais aussi la voie des pentoses- phosphates. Son accumulation dans la cellule n’indique qu’aucune de ces voies n’a besoin de transformé du glucose. Donc s’il s’accumule dans la cellule, l’importation dans la cellule doit cesser. C’est pourquoi, le glucose-6-phosphate exerce un rétrocontrôle négatif sur l’hexokinase. L’augmentation de la concentration dans le myosite, du glucose-6-phosphate va entrainer sa fixation sur l’hexokinase (récepteur allostérique) et va donc inhiber cette hexokinase. Le Glc 6P est dit inhibiteur allostérique de HK. Lorsqu’il inhibe l’activité de l’hexokinase à moins de phosphorylation du glucose en Glc 6P et donc le glucose n’est pas séquestré dans le myosite et pourra rester dans le sang. 2. Pyruvate kinase Le 2nd point de la régulation musculaire de la glycolyse correspond à la modulation de l’unité de la pyruvate kinase. Quand la vitesse de la glycolyse augmente à grande production de fructose-1,6- bisphosphate qui va augmenter l’activité de la pyruvate kinase. Le fructose-1,6-bisphosphate exerce un rétrocontrôle positif sur le pyruvate kinase pour accélérer la glycolyse. En revanche, lorsque la charge énergétique (quantité d’ATP) est élevée (bcp d’ATP pour peu d’AMP), alors l’ATP va inhiber la pyruvate kinase afin de bloquer la glycolyse On a donc une double régulation allostérique de cette pyruvate kinase: - Régulation positive exercée par le Fr-1,6-BP - Régulation négative exercée par une forte charge énergétique par l’ATP (rapport élevée ATP/AMP) - L’alanine aussi est un régulation allostérique négatif de la pyruvate kinase 9 3. Phosphofructose kinase 1 (PFK1) 3ème point de régulation, la Phosphofructose kinase de type 1, est le point de régulation, le plus important de la glycolyse. PFK1 est un tétramère qui comporte 4 sites catalytiques et 4 sites allostériques (les effecteurs allostériques ne se fixent pas au même endroit qu’a lieu la catalyse de la réaction). La fixation d’ATP sur le tétramère diminue son activité. En faible concentration d’ATP, la courbe est hyperbolique pour la vitesse de la réaction. Si par contre, il y a une forte quantité d’ATP, la vitesse de la réaction est diminuée à cause de la fixation de l’ATP au n/x des sites allostériques, on obtient donc une courbe sigmoïde. Au contraire, une grande concentration en AMP va augmenter l’activité du PFK1, c’est pourquoi on parle de charge énergétique. Un grand rapport ATP/AMP inhibe l’enzyme alors qu’une faible charge énergétique va l’activer. On a donc une régulation allostérique négative par la charge énergétique et régulation allostérique positive par l’AMP. Comment est produit cet AMP ? L’AMP est produit quand le myosite va utiliser rapidement de l’ATP, il y aura donc de l’ADP produit et 2 ADP pourront être utilisé par la myokinase (une enzyme du myosite aussi appelé adénylate kinase) et à partir de ces 2 ADP, cette myokinase va former 1 ATP + 1 AMP. 2 ADP à ATP + AMP Un groupement phosphate d’1 ADP va être associé à 1 ADP pour former de l’ATP et il restera donc de l’AMP. Ainsi, l’AMP résulte de l’activité de la myokinase. L’augmentation de l’AMP signale une faible charge énergétique et va donc permettre d’activer PFK1 pour produire de l’ATP par la glycolyse. Lors d’une activité physique très intense, le CK n’est quasiment pas utilisé, il y a aura donc une glycolyse anaérobie. Le pyruvate est transformé non pas en Acétyl-CoA (pour intégrer le CK) mais en acide lactique qui va rapidement se scinder en lactate + H+. Ces ions H+ vont acidifier le muscle et inhibé (limité) cette PFK1 (Cette dernière étant le point clé de la régulation de la glycolyse). Lors d’un sprint (activité très intense), il y a acidification du muscle à une perte de performance de la PFK1 car le ions H+ exercent une régulation négative sur la PFK1. 10 Régulation hépatique (dans le foie) de la glycolyse Cette régulation est plus complexe que celle du muscle, en effet, le foie doit pouvoir : - Cataboliser le glucose via la glycolyse, - L’utiliser dans la voie des pentoses phosphates et - Le stocker sous forme de glycogène quand le glucose est abondant. Dans le cas contraire où le glucose n’est pas abondant, il faudra rendre du glucose à la circulation sanguine en hydrolysant le glycogène à production de glucose qui va passer dans le sang pour ré augmenter cette glycolyse. 1. Glucokinase L’entrée du glucose dans le foie se fait à haute glycémie, ceci est due principalement à 2 raisons : - Le glucose entre dans le foie par un transporteur que est le GLUT2 qui a un Km= 15 à 20 mM (concentration que l’on retrouve dans le foie et le cellules B du pancréas (là où le transporteur est fortement exprimée)) du coup, un Km très élevé. Le Km de GLUT2 est plus important que le Km de GLUT4 qui lui est exprimé dans les muscles et le tissu adipeux, son Km=5 mM. Donc à de faible concentration sanguine en glucose, le glucose ira dans les muscles et les tissus adipeux mais pas dans le foie. - L’affinité de la glucokinase pour le glucose est 50 fois plus faible que celle de l’hexokinase (exprimée dans les muscles alors que la glucokinase est exprimée dans le foie). Or, cette glucokinase permet de séquestrer le glucose dans le foie, étant bien moins affiné pour le glucose que l’hexokinase, il y aura peu de séquestration du glucose dans le foie à faible glycémie (il faudra attendre d’atteindre une glycémie suffisamment haute pour que la quantité de glucose phosphorylé par la glucokinase soit plus importante). Donc, s’il y a une faible glycémie, le glucose sera laissé dans le sang pour le cerveau et le muscle. Si la glycémie est forte, comme après un repos, le glucose sera importé par le foie pour être mis en réserve sous forme de glycogène et sera importée par le pancréas et va stimuler la synthèse d’insuline (ce qui va encore permettre l’entrée du glucose dans le foie). Il est à noter que la glucokinase n’est pas régulée par le G6P contrairement à l’hexokinase. La Glucokinase qui est hépatique à une localisation subcellulaire qui est régulée par le fructose-1-phosphate dans le foie et pancréas. Sans Fr1P, la glucokinase est séquestrée dans le noyau. Quand il y a du Fr1P, il va interagit avec GKRP (GlucoKinaseRegulatoryProteine) et permettre du coup la translocation du glucokinase du noyau vers le cytoplasme. Une fois dans le cytoplasme, il va y avoir phosphorylation du glucose en glucose-6-phosphate. C’est donc un autre moyen de réguler, ici la glycolyse hépatique. 12 2. Pyruvate kinase Autre point de régulation. Il existe plusieurs isoformes de cette pyruvate kinase - Un isoforme musculaire, PKM - Un isoforme dans les globules rouges, PKR (red blood cell) - Un isoforme dans le foie, PKL (liver) Le phosphoénolpyruvate peut être transformer en pyruvate par la pyruvate kinase si elle est activée. Cette pyruvate kinase L est régulée de façon allostérique par la Fr-1,6-BP de manière positive et de manière négative par l’ATP (jusqu’ici, cela ressemble à la pyruvate kinase musculaire). La pyruvate kinase du foie est AUSSI régulée par phosphorylation qui est le relais hormonal. Quand la concentration en glucagon augmente, il y a augmentation dans les pathocytes de la concentration en AMP cyclique à activation de la protéine Kinase A, qui va grâce à de l’ATP, phosphorylée la pyruvate kinase. Dans cet état phosphorylé, elle est moins active que lorsqu’elle est déphosphorylée à moins de transformations du phosphoénolpyruvate en pyruvate à inhibition la glycolyse (en taux de glucose sanguin bas). Dans le foie, il y aura inhibition de la glycolyse pour permettre au glucose de rester dans le sang. Lorsqu’au contraire, il y a un taux de glucose élevée, cette pyruvate kinase sera des phosphorylée et donc rendu plus active pour accélérer la glycolyse. On a donc 2 niveaux de contrôle, un contrôle allostérique (positif ou négatif) et un contrôle de façon covalente avec une pyruvate kinase du foie qui est active quand elle est déphosphorylée. 3. Phosphofructokinase 1 (PFK1 hépatique) Dans le foie, il n’y a pas de production de lactate à partir du pyruvate donc il n’a a pas de régulation par l’acidité de cette PFK1. Par contre, il y a une régulation négative par l’ATP et par le citrate et une régulation positive par l’AMP et le Fr2,6 BP (ps : les formules ne sont pas à apprendre pour ce cours (dit-il)). En ordonnée la vitesse de la PFK1, son activité, et on peut voir, quand il n’y a pas de Fr-2,6-BP, quand concentration faible, on a une courbe sigmoïde qui devient hyperbolique (activité augmentée) quand la concentration en Fr-2,6- BP est augmentée. Donc le Fr 2,6 BP exerce une régulation allostérique positive sur PFK1. L’ATP exerce une régulation allostérique négative sur PFK1. On voit que plus la concentration en ATP augmente, plus l’activité de cette PFK1 diminue. 13 Le Fr-2,6-BP est produit à partir du Fr-6-P. Lorsque la glycémie augmente à la quantité de Fr- 6-P va augmenter. La PFK2 va produire ici du Fr-2,6-BP à partir du Fr-6-P. Cette production se fait via l’activité kinase de cette enzyme bi fonctionnelle. La PFK2 est bi fonctionnelle, un domaine kinase et un domaine phosphatase. Quand le domaine kinase est actif, il phosphoryse le Fr-6-P à Fr-26-BP et ce Fr- 2,6-BP active PFK1. Lorsqu’il y a beaucoup de glucose dans le sang, la concentration en insuline augmente puisque c’est une hormone hypoglycémiante. Cette insuline entraine une activation de la phosphoprotéine phosphatase (PP2A) qui va dé-phosphorylée l’enzyme bi fonctionnelle qui aura donc comme domaine actif, le domaine kinase, ce sera donc le PFK de type 2. Cette PFK2 est activée quand il y a déphosphorylation de l’enzyme à son n/x N-terminal et cette enzyme va phosphorysé le fructose-6-phosphate à Fr 2,6 BP. Ce Fr-2,6-BP va activé PFK1. Donc l’activité de PFK2/FBPase 2 est déterminé par l’état de phosphorylation de sa région régulatrice N-terminale. - Quand la protéine est déphosphorylée, c’est le domaine kinase actif. - Quand elle est phosphorylée, c’est le domaine phosphatase qui est actif. Quand la glycémie est faible, il y aura activation de la protéine kinase de type A. Le glucagon entraine une augmentation de l’AMP cyclique qui active la PkA qui va phosphoryler l’enzyme bi fonctionnelle qui sera donc active sous forme de phosphatase. Il y aura hydrolyse du fructose-2,-BP en Fr-6-P à pas de stimulation de PFK1. En période de jeun, le glucagon va freiner la glycolyse et cette façon via l’inhibition de PFK1. On a ici le schéma récapitulatif de cette régulation hormonale de PFK1. Cette enzyme fonctionnelle, quand la glycémie est basse, on a le domaine phosphatase actif car cette enzyme est phosphorylé sur le domaine N-terminaleà hydrolyse et le taux de Fr-2,6-BP va diminuer donc l’activité de PFK1 va diminuer 14 A contrario, quand la glycémie est élevée, il DOIT y avoir glycolyse dans le foie, il y aura déphosphorylation en raison de l’insuline qui cause l’activation de PP2A qui entraine la déphosphorylation de l’enzyme bi-fonctionnelle qui sera sous une forme de phosphorylé et donc avec le domaine kinase actif. On aura alors une phosphorylation du Fr-6-P en Fr-2,6-BP qui va réguler allostériquement et positivement l’activité de PFK1. En résumé pour la régulation hépatique de la glycolyse On a du glucose à Fr-6-P par plusieurs étapes mais l’étape qui permet de transformer le Fr-6-P à Fr-1,6-BP par la Phosphofructose kinase est régulée de manière allostérique par des régulateur allostérique positif : - Le Fr-2,6-BP - l’AMP Par des régulateurs négatifs : - ATP, - le citrate - H+ Il y a ensuite plusieurs étapes jusqu’à atteindre le phosphoéthanolpyruvate qui est transformé par la pyruvate kinase en pyruvate. Cette enzyme est régulée positivement par la Fr-1,6-BP et négativement par l’ATP et l’alanine. Ainsi la consommation de glucose par le foie est limitée par plusieurs paramètres : - Fort Km de GLUT2, qui empêche que le glucose entre dans le foie à faible glycémie - Faible affinité du glucose pour la glucokinase - La phosphorylation de PkA par le PkA de la pyruvate kinase du foie et de PFK2 Tout cela concoure à rendre le glucose disponible dans le sang pour le cerveau et les muscles Fin… Bon travail ! 15  Cours 7, 2nde partie I. 2. Glycolyse et pathologies Le GR mature ne produit de l'ATP que par glycolyse. Dans la mesure où il n'a pas de mitochondries, il ne peut pas réaliser le cycle de KREBS. Il n'y a pas de production d’ATP par la chaîne respiratoire. Un déficit en pyruvate kinases, PK-R ( = isoforme élytrocitaire du pyruvate kinase, pyruvate de GR): ➡ Entraîne de faibles niveaux de glycolyse et d'ATP produits causant une anémie hémolytique. Il y aura peu d'ATP et par des mécanismes on aura une perte de la biconcavité du GR, aisément visualisable au microscope. ➡ Ce déficit en PK et l'enzymopathie glycolytique la plus fréquente. ★ Diabète de type Mody-2 (Maturity-onset diabetes of the young) C'est une forme de diabète héréditaire se manifestant avant l'âge de 25 ans. 14 types de diabète Mody selon les 14 gènes qui sont responsables de ce type de diabète. Pour le diabète de type MODY-2: du à une mutation du gène codant pour la GK (= Gluco-kinase) exprimée dans le foie est dans le pancréas. Cette mutation du gène entraîne une hyperglycémie qui résulte elle-même d'anomalies telles que : - Hépatique (foie) : glycogénogenèse diminuée et Neoglucogénèse augmentée En effet, il y a trop de phosphorylation du glucose, donc trop peu de glucose-6-phosphate, donc peu de synthèse de glycogène. - Pancréatiques ( Cellules β): synthèse d'insuline diminuée, car elles reçoivent moins de glucose. La diapositive suivante n'est pas à apprendre mais elle a juste pour notre culture. Il est dis qu'il y a des modulations de la glycolyse dans les tumeurs cancéreuses. Ces cellules cancéreuses sont caractérisées par une croissance très rapide et plus rapide que la croissance des vaisseaux sanguins. Cela entraîne donc une hypoxie. Hif-1 est un facteur de transcriptions codant pour de nombreux gènes. VEGF: Vasculor Endothelial Grow factor GLUT 1 et 3 sont des transporteurs et ont un KM de 1mm molaire contre 5 mm molaire pour GLUT 4 et 15-20 mm molaire pour GLUT 2 (foie). Page 1 sur 9 Pour la diapo de droite: Le PET-Scan sera perfusé au patient et on va détecter sa présence par les tumeurs malignes, signalé par le T avant la thérapie. Il sera aussi retenu dans les reins. Après quatre semaines de traitement avec un inhibiteur de tyrosine kinase, on ne voit plus l’adbsorption du FDG de l’analogue non métabolisable par les tumeurs mais on voit l’excrétion par les urines. II. Interconnexion des oses: Fructose/Galactoses Deux autres sucres sont aussi très abondants dans l'alimentation et peuvent intégrer la glycolyse : le fructose et le galactose. ➡ Le fructose provient principalement du saccharose (1 unité Glucose et 1 Fructose) La Saccharase clive ce saccharose en Glucose + Fructose tel que : On retrouve du fructose libre dans les fruits, les légumes, et le miel. ➡ Le Galactose provient principalement des produits laitiers qui peut être hydrolyser en Galactose + glucose: Page 2 sur 9 1- Le Fructose Le fructose entre dans les cellules via GLUT 2 et GLUT 5, et il ne provoque pas de production d’insuline contrairement au glucose Son entrée dans le muscle et tissu adipeux et non insulino- dépendante (contrairement au glucose). Une fois rentrée, il sera phosphorylé en Fr6P par L’ HK ( hexo- kinase). La majorité du fructose métabolisé par le foie en DHAP ( Di- hydroxy-acétone-phosphate) et GAP ( Glycéraldéhyde-3- phosphate). Dans le foie, voie hépatique: ➡ La majorité du fructose et métabolisés par le foie via la voie du Fr1P. ➡ Ce métabolisme est rapide car il y a un shunt de la PFK1. ➡ L’entrée se fait directement a/n des Trioses Glycéaldéhyde 3- phosphate et Dihydroxyacétonephosphate. - Le fructose est phosphorylé par la fructose-kinase en Fructose 1- phosphate - Ce dernier est clivé en Glycéraldéhyde ( GA) Dihydroxyacétonephosphate (DHAP) )par l’ Aldolase B. - Ce DHAP est un intermédiaire de la glycolyse et va l’intégrer directement - GA sera phosphorylé par la GA kinase et grâce a de l’ ATP ,en Glycéraldéhyde-3- phosphate (= intermédiaire glycolyse aussi). Selon l'état énergétique, le fructose hépatique intègre la glycolyse ou la glycogénogenèse. Pour la glycogénogénèse, Ces trioses permettent de fabriquer grâce à l’aldolase B du fructose-1-6-Biphosphate ( F-1,6,BP), qui sera transformé en Fructose 6P, en Glucose 6P. Ce dernier est le point d’entré vers la Glycogénogénèse. 2- Pathologies associé au Fructose Page 3 sur 9  Un déficit en Fructokinase ( hépatique) = Fructosurie béguine, pas de complication dans la mesure où il n’a pas été séquestré dans le foie. Le déficit en Aldolase B (hématique): - Intolérance au fructose, toxicité hépatique du Fr1P, hypoglycémie sévère, ingestion de sucre ou de fruits suivi de vomissements. - Traitement: Exclusion du saccharose, du fructose de l'alimentation, ainsi que sources cachés (médicaments). 3- Le Galactose Entrée du Gal non-insulinodépendante, via GLUT1, GLUT2, et sGLUT1 (cotransport). Le galactose est séquestré, phosphorylé en Galactose-1- phosphate par la Galactokinase. Par la suite, il y aura transfert de l’UDP Glucose et la GALT, d’un groupe uridine pour obtenir de l’UDP Galactose et un glucose 1 phosphate. Épimérisation en UDP-Glc pour pouvoir recommencer le cycle. Le Gluco-1-phosphate doit être isomérie par la phospho-gluco-mutase, Glucose-6- Phosphate. Page 4 sur 9 Le Galactose peut intégrer la Glycolyse a/n du Glucose-6- phosphate. Il sera transformé en Glucose 1 phosphate et sera épimérisé en Glucose 6 Phosphate. Selon la charge énergétique il va intégrer soit la glycolyse soit la glycogénogenèse. ★ Les autres utilisations du galactose 4- Métabolisme du Galactose et Pathologies Un déficit dans l’enzyme GALT ( Galactose 1-phosphate uridyltransférase) ➡ Cause une Galactosémie Congénitale ( retard mental, insuffisance hépatique, cataracte précoce) ➡ Il y a accumulation de Gal1P, cela augmente le GAl circulant est capté par le cerveau et le cristallin. Il sera réduit dans le cristal en galactitol. ➡ Le galactose étant osmotiquement actif va entraîner l’entré d’eau dans le cristallin et entraîner son opacification= catarate précoce ➡ Le traitement: supprimer l’apport de produits laitiers, fruits, légumes. Page 5 sur 9 III. Néoglucogénèse La Néoglucosegenèse sert à maintenir la glycémie (concentration circulant de Glc), en particulier pour tous les tissus gluco-dépendant (cerveau et GR). Le Glc et aussi indispensable aux muscles qui sont dépendant du Glc en condition anaérobie (recyclage du l’acétate). La néoglucogénèse a lieu dans le foie ( 90%), les reins et l'intestin. Indispensable en période de jeûne (plus d'apport alimentaire et réserve épuisées) pour le cerveau et les GR. La Néoglucosegenèse nécessite 3 éléments: - Un substrat glucoformateur ( Alanine, Pyruvate, Glycérol…) - Des équivalents réduits ( NADH,H+) - De l’énergie ( ATP et AGP). En effet, elle ne produit pas d’énergie mais consomme de l’énergie. Page 6 sur 9 - Le tissu adipeux contient des triglycérides qui peuvent être clivées par une lipase en Acides gras et en Glycérol. Le Glycérol lui pourra intégrer la néoglucogenèse pour formelle glucose. - Dans les GR, il y a Glycolyse qui aboutit au pyruvate et à la production de lactate. - Dans le muscle, en condition anaérobie ( lors d’une activité musculaire très intense), il y a glycolyse. Cette glycolyse qui aboutit au pyruvate grâce à l’action de l’acte déshydrogénase. Le pyruvate va se transformer en lactate et rejoindra la circulation sanguine et sera retransformer en glucose par néoglucogenèse dans le foie. - En condition de jeûne prolongé il y a catabolisme protéique dans le muscle. Les protéines sont clivées. L’alanine retrouvé est un glucoformateur. Ce glucose sera rendu à la circulation et ira en direction du cerveau et des GR qui sont gluco-dépendants. La néoglucogénèse comporte : ➡ Les 7 réactions réversibles de la glycolyse ➡ Contournement de 3 réactions irréversibles de la glycolyse via 4 réactions La dernière réaction, La 4 n’a pas lieu dans tous les tissus et en particulier , elle a lieu dans le foie. Pour pouvoir réaugmenter la glycémie. Tandis que dans le muscle la néoglucogénèse n’est pas complète. Les réactions de la Néoglucogénèse Page 7 sur 9 L’oxano-acétate ne peut pas franchir la membrane mitochondriale interne. Elle ne peut pas sortir de la mitochondrie. Il y a donc 2 stratégies pour lui permettre de sortir de la mitochondrie: 1- passage par la Malate déshydrogénase ( MDH) : Réduction de l’OA en malate par la Malate déshydrogénase (MDH) mitochrondriale, puis sortie du malate de la mitochondrie via le transporteur malate/⍺-cétoglutarate, et enfin oxydation du malate en OA par la MDH cytosolique. 2- Transamination de l’OA en Aspartate par l’ASAT, puis transfert vers le cytosol par le transporteur glutamate/ aspartate, et enfin désamination en OA par l’ASAT cytosolique Ce transport de l’aspartate se fait par un transporteur Glutamate-aspartate. Au final dans cette première réaction nous avons le pyruvate, qui est transformé en oxaloacétate , puis ce dernier est exporté de 2 façon hors du cytosol. Réaction anaplérotique: permettant de réalimenter le cycle de Krebs. Page 8 sur 9  Ces réactions constituent le contournement. La réaction numéro 3, est une hydrolyse du fructose 1,6-BP, en fructose-6-phosphate. Elle est catalisée par la 1,6-biphosphatase La 4ème réaction ne se fait que dans le foie et dans le reins car la glucose 6 phosphatase n’est présente que dans le foie et le reins. Il y a hydrolyse du glucose 6 phosphate par la glucose 6 phosphatase en Glucose. La Glucose-6-phosphatase est une enzyme qui est présente dans la membrane du réticulum endoplasmique hépatique et des hépatocytes. Ici nous voyons le glucose 6 phosphate qui entre dans le réticulum endoplasmique de cet hépathocyte grâce à une molécule d’eau. La glucose 6 phosphatase va hydrolyser ce glucose 6 phosphate en phosphatino organique qui va ressortir dans le cytosol et le glucose qui a aussi ressortir par le cytosol. Ce dernier va ensuite être transporté par GLUT2 jusque’a la circulation sanguine. Voila comment la Glycémie va pour augmenter par néoglucogénèse. Voili Voilou les amis, Bon courage, tenez bon!!! Page 9 sur 9