Métabolisme de glucides final faiza (1) PDF

Métabolisme des glucides Pr. Faiza SOUNA 1  Métabolisme Protéines polysaccharides Lipides ADP + Pi ADP + Pi...

Métabolisme des glucides Pr. Faiza SOUNA 1  Métabolisme Protéines polysaccharides Lipides ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi ATP ATP ATP Acides aminés Hexoses Acides gras ADP + Pi Pentoses ADP + Pi ADP + Pi ATP ADP + Pi ATP ATP Pyruvate ATP Urée Acétyl-CoA ADP + Pi Cycle de O2 ATP L’urée Chaîne de transport e- des électrons Cycle de Phosphorylation l’acide citrique oxydative CO2 2 ATP  Définition Les glucides constituent un ensemble de substances dont les unités de base sont les sucres simples appelés oses ou monosaccharides. Les oses ont été définis comme des aldéhydes ou des cétones polyhydroxylées. Ce sont des composés hydrosolubles et réducteurs. 3 Structure des glucides Rappels 4  Les glucides ou hydrates de carbone – Formule empirique: Cn(H2O)n – Formule générale: CnH2nOn 5  Nomenclature des oses les oses qui possèdent une fonction aldéhydique sont appelés des aldoses et ceux qui possèdent une fonction cétonique sont appelés des cétoses 6  Nomenclature des oses La nomenclature des atomes de carbone des aldoses attribue le numéro 1 à celui qui porte la fonction aldéhyde. Dans le cas des cétoses, le carbone qui porte la fonction cétone porte le numéro 2 7  Nomenclature des oses CHO Pour déterminer la série d’un ose (D ou L) on se base sur la position du OH porté par le carbone asymétrique le plus éloigné de la fonction aldéhyde ou cétone. S'il est situé à droite, le sucre appartient à la série D CH2OH Par convention: D- Aldose – On ne montre pas les H – les OH sont symbolisés par un trait. 8 La classe des glucides comprend: 1. Les monosaccharides Glucose Fructose Galactose 2. Les disaccharides Maltose Saccharose Lactose 3. Les polysaccharides… …de réserve …structuraux Amidon Cellulose Glycogène Chitine 9 Rôles des glucides 10 1- Rôle énergétique majeur – 50 à 55% de l’apport énergétique – Seul substrat à produire ATP même en anaérobiose – Indispensables aux cellules glucodépendantes (hématies) – Principale source énergétique du cerveau – Maintien glycémie: critique pour survie 2- Rôle structural: – glycolipides, glycoprotéines….. 11 3- Rôle dans la synthèse des nucléotides, précurseurs des: – Acides nucléiques: ADN et ARN 4- Rôle dans l’épuration des produits insolubles et toxiques 12 13 Généralités 14 Les glucides ont différents rôles au sein de l’organisme : production énergétique ou mise en réserve, synthèse de glycoprotéines et de macromolécules, synthèse des nucléotides (ribose,…), épuration des produits insolubles et toxiques 15  Schéma général de l’assimilation des glucides alimentaires Au niveau de l’intestin on trouve du glucose provenant des glucides, des acides-aminés provenant des protéines et des Acides gras provenant des lipides. Le glucose passe ensuite dans la circulation pour rejoindre les cellules du foie ou hépatocytes, dans lesquelles il sera stocké. Il pourra également être utilisé directement par les cellules de l’organisme en manque d’énergie. En effet le glucose est dégradé dans le cytosol puis dans la mitochondrie en CO2, H2O et ATP. 16  Schéma général de l’assimilation des glucides alimentaires (suite) Dans la lumière intestinale on trouve du glucose, du fructose et du galactose qui iront tous les trois au niveau du foie par le sang où ils seront dégradés. Lors d’une trop grande assimilation de sucres le foie sera saturé obligeant l’organisme à les stockés sous forme de graisse au niveau des tissus adipeux. Par la suite, lorsque l’organisme en aura à nouveau besoin, le foie sera cette fois-ci responsable de la fabrication de glucose à partir de substances non-glucidiques, on parle de la néoglucogenèse. 17  Régulation de la glycémie La glycémie normale, qui correspond au taux de glucose sanguin, est de 4 à 6 mmol par litre de sang (ou 0,8 g/L). L’organisme doit pouvoir gérer l’alternance « apport alimentaire- jeûne » et ceci principalement par les sécrétions d’insuline et de glucagon qui sont responsables du maintien permanent de la glycémie par action au niveau des cellules hépatiques. 18  Insuline L’insuline est l’hormone de la phase alimentaire, dans le sens où elle sera responsable de la régulation de l’augmentation importante de la glycémie qui suit un repas. Cette diminution de la glycémie est la conséquence de la mise en stock du glucose au niveau du foie sous forme de glycogène, on parle de glycogénogenèse. 19  Glucagon Le glucagon est l’hormone du jeûne, dans le sens où elle sera responsable de la régulation de la diminution progressive de la glycémie entre deux repas due à la consommation des organes. Cette stabilisation de la glycémie est la conséquence d’une libération de glucose par le foie, on parle de glycogénolyse. 20 Métabolisme des glucides 21 I. Catabolisme des glucides 22  Catabolisme glucidique Le catabolisme glucidique correspond à la dégradation des molécules de glucose permettant la formation de molécules riches en énergie. 23 Catabolisme glucidique 1) La glycolyse (ou voie d’Embden-Meyerhof) 2) Métabolisme du pyruvate 3) Le cycle de Krebs 4) Voies annexes a) La voie des pentoses-phosphates b) La voie du 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG) 24  La glycolyse (ou voie d’Embden-Meyerhof) Glycolyse dérive du grecque glik (sucre) et lyssis (dissolution) La glycolyse est la première chaîne du catabolisme des glucides, elle s’effectue dans le cytosol par des enzymes solubles et en anaérobie (sans apport d’oxygène). 25  La glycolyse (ou voie d’Embden-Meyerhof) C’est la première étape de la respiration cellulaire, cette étape est indispensable car les mitochondries ne peuvent pas utiliser le glucose directement. La glycolyse a comme fonction la synthèse de molécule riche en énergie, ainsi que la formation de pyruvate qui aura plusieurs destinées 26  La glycolyse (ou voie d’Embden-Meyerhof) Origines du glucose: - Alimentaire: digestion de polysaccharides et de disaccharides - Origine métabolique: catabolisme du glycogène hépatique et musculaire, précurseurs non glucidiques Voie du catabolisme cytoplasmique, anaérobique avec production de: 2 molécules de pyruvate (C3) Molécules riches en énergie (NADH,H+ et ATP) 27  La glycolyse (ou voie d’Embden-Meyerhof) 1940: Embden, Mayerhof et Parnas proposent la séquence des réactions de la glycolyse 10 réactions catalysées par 10 enzymes 2 phases: – Activation des réactifs: utilisation d’énergie (réaction 1 à 5) – Oxydation et production d’enérgie (réaction 6 à 10) 28 29  Les différentes étapes de la glycolyse La glycolyse est composée de 10 grandes étapes, faisant intervenir 10 enzymes : 1. Phase de préparation 2. Phase de restitution 30  Phase de préparation Cette première Cette phase conduit à 2 molécules de glycéraldéhyde- 3-phosphate à partir d'une molécule de glucose avec consommation de l’ATP. (5 réactions) 31  Les différentes étapes de la glycolyse 1. Réaction de transphosphorylation du glucose en glucose-6- phosphate catalysée par la glucokinase au niveau du foie ou par l’hexokinase au niveau des autres organes. Cette réaction consomme une molécule d’ATP. 32 Réaction 1: Réaction de transphosphorylation du glucose en glucose-6- phosphate Réaction : irreversible, réaction clé Enzyme: Hexokinase et Glucokinase -Hexokinase: non spécifique du glucose, forte affinité, toujours active, soumise à régulation -Glucokinase: hépatique et pancréatique, spécifique du glucose, faible affinité, n’est active qu’en période post-prandiale 33 34 35 Réaction 2: Réaction d’isomérisation du glucose-6-phosphate en fructose- 6-phosphate catalysée par la 6-phosphohexose-isomérase. glucose 6-P- isomérase transformation d’un aldose en cétose Glucose-6-phosphate Fructose-6-phosphate Réaction réversible Aldose Cétose 36 37 Réaction 3 : Réaction de transphosphorylation du fructose-6- phosphate en fructose-1,6-biphosphate catalysée par la 6- phosphofructo-kinase. Cette réaction consomme une molécule d’ATP. Réaction: spontanée, exergonique -La Phosphofructokinase (PFK1): - enzyme clé de la glycolyse - Etape la plus lente de la glycolyse, 38 39  Réaction 4: Réaction de dégradation du fructose-1,6-biphosphate en dihydroacétone-phosphate et en gycéraldéhyde-3-phosphate catalysée par l’aldolase. Fructose-1,6-bisphosphate 2 trioses phosphate (isomères) 40 41 Réaction 5: Réaction d’isomérisation du dihydroacétone-phosphate en glycéraldéhyde-3-phosphate catalysée par la triosephosphate-isomérase. Dihydroxyacétone-phosphate Glycéraldéhyde-3-phosphate 42 43  Phase de restitution Cette deuxième phase de la glycolyse comprend des réactions d'oxydo-réduction et de phosphorylation permettant la régénération de l’ATP. 44 Réaction 6: L'oxydation du glycéraldéhyde-3 phosphate (G3P) en 1,3- bisphosphoglycérate (1,3BPG) couple une phosphorylation à une déshydrogénation. Glycéraldéhyde-3-phosphate 1,3-bisphosphoglycérate Mécanisme réactionnel couplant : oxydoréduction + transfert de phosphate Formation de NADH, H+ 45  Phase de préparation 46 Phase de restitution Réaction 7: Formation du 3-phospho-D-glycérate (3PG). Cette réaction est catalysée par la phosphoglycérate kinase. Elle récupère les deux premiers ATP de la glycolyse 1,3-Bisphosphoglycérate 3-Phosphoglycérate - Réaction de phosphorylation liée au substrat: Produit une molécule d’ATP 47  Phase de préparation 48 Phase de restitution Réaction 8: Isomérisation en 2-phosphoglycérate Le 3-phospho-D-glycérate (3PG) est isomérisé en 2-phospho-D- glycérate (2PG). 3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate 49  Phase de préparation 50 Phase de restitution Réaction 9: Formation de phosphoénolpyruvate (PEP) Le 2-phospho-D-glycérate (2PG) est déshydraté pour former le phosphoénolpyruvate (PEP). Cette réaction est catalysée par l'énolase ou phosphopyruvate hydratase et a recours à deux ions Mg++ Réaction de déshydratation Mg++-dependent 51  Phase de préparation 52 Phase de restitution Réaction 10: Formation du pyruvate Réaction de tautomérie cétone-énol de l’énolpyruvate en pyruvate catalysée par la pyruvate-kinase. Cette réaction passe par un composé intermédiaire, l'énolpyruvate, qui subit une tautomérisation, pour former du pyruvate, et dépend : d'une enzyme, la pyruvate kinase, d'un co-facteur, l'ion Mg++ et d'ions K+ pour stabiliser le 53 phosphoénolpyruvate.  Phase de préparation 54 Phase de restitution Récapitulatif des réactions de la glycolyse 55  Phase de préparation 56 Phase de restitution 57 Résumé des Réactions de la glycolyse 58 Consommation et formation de l’ATP dans la glycolyse 59  Bilan énergétique de la glycolyse La glycolyse peut être divisée en trois grandes parties : 2 parties dans la phase de préparation: 1.Activation du glucose avec consommation d’énergie (2 ATP) : Le premier du glucose au glucose-6-phosphate. Le deuxième du fructose-6-phosphate au fructose-1,6-biphosphate 2. Formation du glycéraldéhyde 60  Bilan énergétique de la glycolyse 3. Synthèse du pyruvate et formation de molécules riches en énergie (4 ATP et 2 NADH, H+) : Les deux premiers ATP du 1,3-Biphosphoglycérate au 3- Phosphoglycérate. Les deux derniers ATP du phosphoénolpyruvate à l’énolpyruvate. Les deux NADH, H+ du Glycéraldéhyde-3-phosphate au 1,3- Biphosphoglycérate ; ils permettront chacun d’eux la formation théorique de 3 ATP chacun. Le bilan final théorique est donc de 8 ATP. 61  Bilan énergétique de la glycolyse 1 glucose + 2 ATP + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 10 enzymes 2 pyruvate + 2 NADH, H+ + 2 H2O + 4 ATP Le bilan final 8 ATP 62 La déstinée de NADH et Pyruvate Aérobie ou anaérobie?? 63 Oxydation mitochondriale Réduction en lactate Reduction en ethanol 1 NADH --> ~3 ATP (Muscle non oxygéné) (levure) 64  Devenir de l’acide pyruvique Suite à la glycolyse les deux pyruvates, formés à partir d’une molécule de glucose, auront plusieurs destinées : En aérobie (avec consommation d’O2), le pyruvate aura différents devenirs suivant les besoins de l’organisme : – Le pyruvate entrera dans la mitochondrie pour être transformé en ACoA (Acétylcoenzyme A). Cette étape sera responsable de la synthèse d’un NADH, H+. L’ACoA aura lui aussi plusieurs destinées : Il entrera dans le cycle de Krebs. Il jouera le rôle de précurseurs pour des réactions de synthèse Le pyruvate pourra également jouer un rôle dans la synthèse d’acides aminés. 65  Devenir de l’acide pyruvique (Suite) En anaérobie (sans consommation d’O2), le pyruvate aura différents devenirs suivant l’organisme dans lequel il se trouve : -Chez l’Homme, le pyruvate formera de l’acide lactique (lactate) par la lactate-déshydrogénase, avec consommation d’un NADH, H+ (formé au niveau de la glycolyse). Le lactate formé est envoyé continuellement vers le foie permettant ainsi une production rapide d’énergie lors d’un effort important ; une partie de lactate sera également éliminé dans les urines. Chez les levures, le pyruvate formera de l’éthanol (fermentation alcoolique) avec également consommation d’un NADH, H+. 66 En anaérobiose dans le cytoplasme réduction en acide lactique Fermentation alcoolique chez les micro-organismes 67 Résumé de l’utilisation du NADH, H+ et de l’acide pyruvique produits au cours de la glycolyse (Suite) 68  A Retenir La respiration comprend trois stades qui permettent de libérer l'énergie emmagasinée dans le glucose :  la glycolyse qui a lieu dans le cytosol  le cycle de Krebs qui a lieu dans la matrice de la mitochondrie  la phosphorylation oxydative qui a lieu dans la membrane de la mitochondrie. 69  A Retenir La Glycolyse: Est une oxydation partielle du Glucose en anaérobie et qui permet de produire Du pyruvate De l’ATP Et du NADH,H+ 70 A Retenir 71 72  Exercice 1. Donner la définition d’un glucide 2. Quels sont les rôles majeurs des glucides? 3. La glycolyse produit 2 molécules de Pyruvate dans le cytosol à partir d’une molécule de glucose: – Donner le bilan énergétique de la glycolyse – Quels sont les destinés de l’acide pyruvique produit? 73  Le cycle de Krebs Le cycle de Krebs (ou cycle de l’acide citrique) est la plateforme énergétique de la cellule, continuant le catabolisme des glucides après la glycolyse. Il se réalise dans la matrice mitochondriale et se fait exclusivement en aérobie. 74  Le cycle de Krebs -le cycle de Krebs est la voie unique du catabolisme aérobie qui permet l’oxydation de l’acétyl coA provenant « de la décarboxylation oxydative du pyruvate ; de la ß oxydation des acides gras ou de la dégradation de certains aminoacides en CO2 » -Le cycle de Krebs est une voie commune au catabolisme des glucides ; des lipides et des protéines. - l’oxydation d’acétyl coA est la voie cellulaire qui contribue le plus à la synthèse d’ATP 75  Le cycle de Krebs Le cycle de Krebs a différents rôles : la dégradation du substrat (ACoA) en CO2 grâce à l’oxygène, la prise en charge d’hydrogène et d’électrons riches en énergie par les FAD et les NAD+, la production d’énergie sous forme d’ATP. 76  Historique du cycle de Krebs Le cycle de Krebs a été élucidé grâce aux travaux de Hans Krebs 1937. Étudie le cycle de décomposition du pyruvate provenant de la glycolyse Réaction se déroulant dans la mitochondrie Prix Nobel de médecine en 1953. 77 Localisation du cycle de Krebs La décarboxylation du pyruvate pour former l’acétyl coA ainsi que tout le cycle de krebs ont lieu dans la matrice mitochondriale. 78 Le cycle de Krebs 79 Le cycle de Krebs 80 Le cycle de Krebs 81 Le cycle de Krebs 82 Bilan de la réaction de décarboxylation oxydative En aérobie, le pyruvate entre dans la mitochondrie où il subit une décarboxylation et une oxydation combinée en acétyl-CoA. 83 84 85 86  Les différentes étapes du cycle de Krebs Le cycle est composé de 9 grandes étapes, faisant intervenir 8 enzymes : 1.Réaction de condensation de l’acétylcoenzyme A (ACoA) et de l’oxaloacétate en citrate catalysée par la citrate-synthase. Cette réaction nécessite une molécule d’H2O et relargue une molécule de CoA-SH. 87 88 2. Réaction d’isomérisation du citrate en isocitrate catalysée par l’aconitase. 89 90 3.Réaction de déshydrogénation de l’isocitrate en oxalosuccinate catalysée par l’isocitrate-déshydrogénase. Cette réaction permet la formation de NADH, H+ à partir de NAD+. 91 4. Réaction de β-décarboxylation non oxydative de l’oxalosuccinate en α- cétoglutarate. Cette réaction entraîne un dégagement de CO2. 92 93 5. Réaction de α-décarboxylation oxydative de l’α-cétoglutarate en succinyl-CoA catalysée par l’α-cétoglutarate-déshydrogénase. Cette réaction nécessite une molécule de CoA-SH et entraîne un dégagement de CO2 ; elle permet également la formation de NADH, H+ à partir de NAD+. 94 95 6. Réaction de transphosphorylation du succinyl-CoA en succinate catalysée par la succinyl COA synthétase. Cette réaction nécessite une molécule de phosphate et relargue une molécule de CoA-SH ; elle permet également la formation de GTP à partir de GDP. 96 97 7. Réaction de déshydrogénation du succinate en fumarate catalysée par la succinate- déshydrogénase. Cette réaction permet la formation de FADH2 à partir de FAD. 98 99 8. Réaction d’hydratation du fumarate en malate catalysée par la fumarase. Cette réaction nécessite une molécule d’H2O. 100 101 9. Réaction de déshydrogénation du malate en oxaloacétate catalysée par la malate- déshydrogénase. Cette réaction permet la formation de NADH, H+ à partir de NAD+. 102 103  Bilan énergétique du cycle de Krebs Comme dit précédemment, en aérobie l’acétylcoenzyme A entre dans le cycle de Krebs. Un tour de cycle, c’est-à-dire l’utilisation d’une molécule d’acétylcoenzyme a permet la formation : 3 NADH, H+ qui permettront théoriquement la formation de 3 ATP chacun au niveau de la chaîne respiratoire, et donc au total la formation de 9 ATP 1 FADH2 qui permettra théoriquement la formation de 2 ATP au niveau de la chaîne respiratoire. 1 ATP. De cette manière une molécule d’acétylcoenzyme A permet la formation théorique de 12 ATP. 104  Bilan énergétique du catabolisme glucidique On considérera ici la dégradation d’une molécule de glucose par la glycolyse et le cycle de Krebs, sans prendre en compte les voies annexes. 1) En anaérobie Bilan de la glycolyse : formation de 2 ATP et de 2 NADH, H+ Bilan du cycle de Krebs : en anaérobie le cycle de Krebs ne fonctionne pas Bilan de la formation de lactate : les deux molécules de pyruvate formées par la glycolyse sont dégradées en lactate, nécessitant chacune un NADH, H+ (ceux formés lors de la glycolyse). Le bilan global de la dégradation d’une molécule de glucose en anaérobie est donc de 2 ATP qui sont immédiatement mobilisable. 105  Bilan énergétique du catabolisme glucidique En aérobie Bilan de la glycolyse : formation théorique de 8 ATP Bilan du catabolisme du pyruvate : formation de 3 ATP par molécule de pyruvate et donc de 6 ATP pour une molécule de glucose. Bilan du cycle de Krebs : en théorie 12 ATP par molécule d’acétylcoenzyme A et donc en théorie 24 ATP pour une molécule de glucose. Le bilan global théorique de la dégradation d’une molécule de glucose en aérobie est donc de 38 ATP qui ne sont pas immédiatement mobilisable car la majorité des ATP formés proviennent de la phosphorylation oxydative. 106 Exercice La glycolyse produit 2 molécules de pyruvate à partir d’une molécule de glucose, les 2 molécules de pyruvate sont transformés en 2 Acétyl-CoA par une autre réaction dans la membrane externe de la mitochondrie. 1. Quelle est cette réaction? Écrire la réaction en question. 2. Dans quel cycle sera dégradé l’Acétyl-CoA produit. 3. Donner le bilan énergétique du cycle de Krebs 107 108 GLYCOGENOGENESE GLYCOGÉNOLYSE 109 Glycogène des muscles est beaucoup plus supérieur que celui du foie (Masse musculaire élevée/foie) 110 Pourquoi glucose est actif et glycogène inactif au niveau des cellules ? 111 112 GLYCOGENOGENESE 113 Introduction Le glycogène peut être défini comme un polymère de glucose hautement ramifié, utilisé comme forme de stockage du glucose chez les animaux et les humains. Il s'agit d'une molécule complexe formée par la liaison de nombreuses unités de glucose par des liaisons glycosidiques (α-1,4), avec des ramifications fréquentes (α-1,6). 114 Introduction Ces chaîne de glucose sont fixés sur des protéines appelées glycogénine qui servent de support. Le glycogène agit comme une réserve d'énergie immédiatement disponible, notamment dans le foie et les muscles, pour répondre aux besoins métaboliques de l'organisme. La concentration du glycogène est plus élevée dans le foie (65g/kg≃100g) que dans le muscle (14g/kg≃400g) , mais plus de glycogène est mis en réserve dans l’ensemble des muscles squelettiques en raison de la masse plus importante de ces derniers. 115 116 Introduction Le glycogène est présent dans le cytosol et apparait au ME sous forme de granules de 10– 40 nm qui contiennent jusqu’à 120.000 unités de glucoses. Sachant que ces granules contiennent aussi des enzymes qui catalysent sa synthèse et sa dégradation et d’autres enzymes qui régulent ces processus. Dans le foie, la synthèse et la dégradation du glycogène sont régulés pour maintenir le taux du glucose sanguin afin de satisfaire les besoins de l’organisme dans son ensemble. En revanche, dans le muscle, ces processus sont régulés pour répondre aux besoins énergétiques du muscle lui-même. 117 Vue d’ensemble sur le métabolisme du glycogène La glycogénolyse n’est pas la voie inverse de la glycogénogénèse mais une voie distincte (aucune enzyme n’est partagée par les 2 voies, à part la phosphoglucomutase), ce qui augmente les possibilités de contrôle du stock de glycogène et de la production du glucose par glycogénolyse 118 119 GLYCOGENOGENESE 120 121 122 123 GLYCOGÉNOLYSE 124 GLYCOGÉNOLYSE 125 126 127 Métabolisme du glycogène 128  GLYCOGENOGENESE Définition: La glycogénogenèse correspond au stockage du glucose sous forme d’un polysaccharide (polymère de glucose), appelé le glycogène. La synthèse du glycogène se réalise au niveau du cytosol par une enzyme appelée la glycogène-synthase. 129  GLYCOGENOGENESE Le glucose est tout d’abord phosphorylé pour donner le glucose-6- phosphate qui sera isomérisé en glucose-1-phosphate, lui-même activé par de l’UTP (uridine triphosphate) entraînant la formation d’UDP-glucose ; ces deux premières étapes consomment 2 ATP. 130 131 Les étapes enzymatiques 1. Activation du glucose en glucose -6-phosphate Le glucose est d'abord phosphorylé par une enzyme, la glucokinase (dans le foie) ou la hexokinase (dans les muscles), pour former du glucose-6-phosphate (G6P). Cette réaction consomme une molécule d'ATP : Glucose+ATP→Glucose-6-phosphate+ADP 132 Les étapes enzymatiques Le glucose-6-phosphate est ensuite converti en glucose-1-phosphate par l'enzyme phosphoglucomutase. 133  Les étapes enzymatiques 3. Synthèse de l’UDP-Glucose L’UDP-Glucose est le précurseur activé du glucose: substrat des biosynthèses des polyosides dont le glycogène. L’UDP-Glucose est synthétisé à partir du Glucose-1-phosphate et de l’Uridine triphosphate (UTP) dans une réaction catalysé par l’UDP- glucose pyrophosphorylase (=UTP-glucose-1-phosphate uridyl transférase) avec libération du pyrophosphate (PPi), qui sera hydrolysé en deux phosphates inorganiques, fournissant de l'énergie pour la réaction Glucose-1-phosphate+UTP→UDP-glucose+PPi Le pyrophosphate (PPi) est hydrolysé : PPi→2PiPPi→2Pi 134 135 Les étapes enzymatiques 4. Allongement de la chaîne de glycogène : Une fois activés les UDP-glucoses se lient les uns après les autres à la chaîne en voie d’élongation. L'UDP-glucose se lie à une chaîne de glycogène existante grâce à l'enzyme glycogène synthase, formant une nouvelle liaison α(1→4). L'UDP est libéré dans cette étape : UDP-glucose+glycogène→glycogène allongé+UDP 136 Les étapes enzymatiques 5. Création des branchements : Pour créer des ramifications dans la molécule de glycogène, l'enzyme enzyme branchante (amylo-(1,4→1,6)-transglycosylase) transfère une portion de la chaîne linéaire pour former une liaison α(1→6). Cette enzyme transfère un bloc de 5 à 8 unités en C6 d’un résidu d’au moins 11 unités entraînant la formation d’une ramification. La synthèse reprend ensuite jusqu’à l’obtention du polysaccharide désiré. 137 GLYCOGENOGENESE 138 + Glycogène synthase 139  Bilan énergétique de Glycogénogenèse Le bilan énergétique tient compte des molécules d'ATP et d'UTP consommées durant la synthèse d'une molécule de glycogène : 1. Phosphorylation du glucose : 1 molécule d'ATP est consommée. 2. Activation du glucose : 1 molécule d'UTP est consommée pour chaque molécule de glucose incorporée dans le glycogène. 140  Bilan énergétique de Glycogénogenèse Donc, pour chaque unité de glucose incorporée dans le glycogène, 2 liaisons riches en énergie (1 ATP et 1 UTP) sont consommées. Le bilan énergétique global peut être résumé ainsi : Consommation nette : 1 ATP + 1 UTP par molécule de glucose ajoutée au glycogène. Cela fait de la glycogénogenèse un processus consommateur d'énergie, mais c'est un mécanisme essentiel pour stocker le glucose sous une forme dense et non osmotiquement active. 141  Bilan énergétique de Glycogénogenèse Bilan énergétique : Pour la mise en réserve d’une molécule de glucose, il y’a dépense de deux molécules d’ATP. 142  GLYCOGÉNOLYSE Définition: La glycogénolyse est l’ensemble de réactions enzymatiques qui permettent la dégradation du glycogène en glucose. et se réalise principalement dans le foie et dans les muscles, mais à des fins différentes 143  muscle Foie Anaérobie Aérobie Utilisation locale 144  Tissus impliqués Le foie joue un rôle dans le maintien de l’homéostasie, et ceci grâce à différentes caractéristiques : La présence de transporteurs du glucose insulinodépendants, La présence de récepteurs au glucagon, La présence de l’enzyme glucose-6-phosphatase. Cette dernière enzyme donne la caractéristique du foie d’être le seul à pouvoir libérer en quantité du glucose dans le sang. 145  Tissus impliqués Les muscles stockent le glucose pour une utilisation ultérieure. En effet ils ne peuvent en aucun cas reverser du glucose dans le sang pour d’autres organes, ne possédant pas la glucose-6-phosphatase permettant le retour au glucose et les transporteurs membranaires étant spécifiques du glucose ne permettent pas le passage de glucose-6- phosphate. De cette manière tout le glucose entrant dans les muscles est strictement utilisé par les muscles. 146 147  Etapes de la glycogénolyse La glycogénolyse se réalise en trois étapes principales : 1.Tout d’abord le glycogène est lesté d’une unité par la glycogène- phosphorylase, entrainant la formation de glucose-1-phosphate. Cette étape se fera dans le cytosol. 148  Etapes de la glycogénolyse 2.Le glucose-1-phosphate est ensuite isomérisé en glucose-6- phosphate, réaction catalysé par la phospho-glucomutase. Cette étape se fera également dans le cytosol. 149  Etapes de la glycogénolyse 3.Et finalement le glucose-6-phosphate est transformé en glucose par la glucose-6-phosphatase, et ceci au niveau du réticulum endoplasmique des cellules hépatiques, les seules à posséder (avec les reins) cette enzyme ou bien il rejoint la glycolyse et synthèse de pyruvate au niveau des cellules musculaire. 150  Régulation des réserves de glycogène La glycogénolyse et la glycogénogenèse sont des mécanismes alternatifs qui sont dirigés par des signaux régulateurs importants qui lorsqu’ils activent l’un, ils inhibent l’autre. La glycogénolyse et la glycogénogenèse ne peuvent donc pas avoir lieu en même temps. 151  Régulation des réserves de glycogène Cas du jeûne:  Le glucagon et les catécholamines En effet, les catécholamines (adrénaline) au niveau des muscles et le glucagon au niveau du foie entraînent l’activation de protéines kinases qui auront deux fonctions différentes mais complémentaires : 1. La phosphorylation de la glycogène-synthase active pour la désactiver, stoppant ainsi la glycogénogenèse. 2. La phosphorylation de la phosphorylase-kinase inactive pour l’activer, déclenchant ainsi la glycogénolyse. 152  Régulation des réserves de glycogène L’insuline L’insuline aura un effet inverse au niveau du foie et ceci en agissant à différent niveau de la mise en réserve du glucose sous forme de glycogène : L’insuline et l’augmentation de glucose (et donc de glucose-6- phosphate) entraîne l’activation de la glucokinase (foie), induisant une diminution de la glycémie. 153 Voies annexes 154  La voie des pentoses-phosphates La voie des pentoses phosphates est une autre voie métabolique du glucose. Cependant elle ne produit pas d’ ATP mais permet de générer du NADPH. Celui-ci est indispensable aux réactions réductrices de biosynthèse (en particulier, lors de la synthèse des acides gras et des stéroïdes) et pour lutter contre l'accumulation des espèces réactives de l'oxygène produites par la mitochondrie. 155  La voie des pentoses-phosphates également, la voie des pentoses phosphates fournit du ribose 5-phosphate précurseur de la synthèse des nucléotides, des acides nucléiques et de coenzymes. Cette voie est présente essentiellement dans le cytosol des cellules des glandes mammaires, du tissu adipeux, du foie et du cortex surrénal. 156  La voie des pentoses-phosphates La voie des pentoses-phosphates se réalise en parallèle à la glycolyse et permet la formation de pentose- phosphate indispensable à la biosynthèse d’acides nucléiques (ADN et ARN) et la formation de NADPH, H+ pour les réactions de biosynthèse 157 158  VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES La voie des pentoses-phosphates produit du NADPH et synthétise des oses à cinq carbones 159 VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 160 VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 161 VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 162 VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 163  VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 1. La phase oxydative:  Oxydation du glucose-6-phosphate : Le glucose-6-phosphate est oxydé par l'enzyme glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PD), produisant du 6-phosphogluconolactone et du NADPH : Glucose-6-phosphate+NADP+→6-phosphogluconolactone+NADPH  Conversion en ribulose-5-phosphate : Le 6-phosphogluconolactone est ensuite hydrolysé en 6-phosphogluconate, qui est décarboxylé par l'enzyme 6-phosphogluconate déshydrogénase, libérant du CO₂, du NADPH, et du ribulose-5-phosphate. 6-phosphogluconate+NADP+→Ribulose-5-phosphate+NADPH+CO₂ 164  VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 1. La phase oxydative: Le glucose 6-phosphate est transformé en ribulose 5-phosphate avec production de deux NADPH et d'un CO2. 165  VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 2. La phase non oxydative: Cette phase réorganise les squelettes carbonés et permet la conversion de ribose-5-phosphate en intermédiaires glycolytiques.  Conversion du ribulose-5-phosphate : Le ribulose-5-phosphate peut être converti en ribose-5- phosphate (utilisé pour la synthèse des nucléotides) par l'enzyme phosphopentose isomérase. Il peut aussi être converti en xylulose-5-phosphate par la phosphopentose épimérase. 166  VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES 2. La phase non oxydative: une interconversion (isomérisation) des pentoses phosphates. 167 RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES Glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PD) est l'enzyme clé de la régulation de cette voie. Elle est activée par le NADP⁺ et inhibée par le NADPH. En cas de besoin élevé en NADPH (pour la biosynthèse des lipides ou pour la lutte contre le stress oxydatif), cette enzyme est activée, orientant le glucose-6-phosphate vers la voie des pentoses phosphates. 168 Résumé 169  Le bilan énergétique de la voie des pentoses phosphates Le bilan énergétique de la voie des pentoses phosphates varie en fonction des phases et des besoins de la cellule, car cette voie ne vise pas principalement à produire de l'énergie sous forme d'ATP. Son objectif principal est de produire du NADPH (pour la synthèse et la protection contre le stress oxydatif) et des pentoses (pour la biosynthèse des acides nucléiques). 170  Le bilan énergétique de la voie des pentoses phosphates  Phase oxydative : Cette phase produit du NADPH et du ribulose-5-phosphate à partir du glucose-6-phosphate. Réactions importantes : Oxydation du glucose-6-phosphate en 6-phosphogluconolactone : Glucose-6-phosphate+NADP+→6-phosphogluconolactone+NADPH Conversion du 6-phosphogluconate en ribulose-5-phosphate (et libération d'un CO₂) : 6-phosphogluconate+NADP+→Ribulose-5-phosphate+NADPH+CO₂ 171  Le bilan énergétique de la voie des pentoses phosphates  Bilan de la phase oxydative : Pour chaque molécule de glucose-6-phosphate entrant dans la phase oxydative, on obtient :  2 molécules de NADPH.  1 molécule de CO₂ (décarboxylation).  1 molécule de ribulose-5-phosphate. 172  Le bilan énergétique de la voie des pentoses phosphates  Bilan de la phase non oxydative : La phase non oxydative réarrange les sucres produits dans la phase oxydative (comme le ribulose-5-phosphate) en intermédiaires glycolytiques ou en ribose-5-phosphate pour la synthèse des acides nucléiques. Cette phase ne produit ni ATP ni NADPH. Elle sert surtout à adapter les besoins en intermédiaires glycolytiques ou en ribose selon les besoins de la cellule. 173 Néoglucogenèse (ou gluconéogenèse) 174  Néoglucogenèse (ou gluconéogenèse) La néoglucogenèse est une voie métabolique (Anabolique) qui permet la production de glucide et ceci à partir de précurseurs non glucidiques. Elle est réalisée au niveau du cytosol, majoritairement au niveau du foie mais également au niveau du rein et d’autre organe (principalement à partir d’acides aminés). 175  NG Déroule Principalement Peut se dérouler exceptionnellement Le foie et le rein sont les seuls organes qui permettent de libérer le glucose dans le sang 176  Néoglucogenèse (ou gluconéogenèse) La néoglucogenèse est activée lors d’une période de jeûne prolongé, lorsque les nutriments apportés par la nutrition ainsi que les stocks de glycogène ne permettent plus de satisfaire les besoins énergétiques de l’organisme. On observe dans cette situation un manque d’ATP. 177 Néoglucogenèse (ou gluconéogenèse) Si pas d’apport supplémentaire en alimentation LA NÉOGLUCOGENÈSE Obtenir du glucose à partir de substrats non glucidiques 178 NEOGLUCOGÉNÈSE 179  Les précurseurs de la Néoglucogenèse Les précurseurs non glucidiques sont de différents types : le lactate formé au niveau des muscles et transformé en pyruvate par l’action de la lactate-déshydrogénase. les acides-aminés glucoformateurs provenant de l’alimentation et de la dégradation des protéines des muscles squelettique. Parmi eux on compte l’alanine, la sérine, la cystéine, la thréonine, la glycine, la tyrosine, la phénylalanine et l’isoleucine. le glycérol provenant de la dégradation des triglycérides au niveau des cellules adipeuses. 180  Les précurseurs de la Néoglucogenèse Ces précurseurs sont tout d’abord convertis en des intermédiaires de la glycolyse : le pyruvate pour le lactate et les acides aminés ; le dihydroacétone pour le glycérol. 181 182 183 184 NEOGLUCOGÉNÈSE 185  NEOGLUCOGÉNÈSE Bien que la néoglucogenèse soit habituellement définie comme la transformation du pyruvate en glucose et que la glycolyse soit la dégradation du glucose en pyruvate, la néoglucogenèse n'est pas l'inverse de la glycolyse. En effet, trois réactions de la glycolyse sont irréversibles et se situent au niveau des sites de contrôle : 186  NEOGLUCOGÉNÈSE Pour contourner ces 3 difficultés, la cellule fait appel à d'autres réactions thermodynamiquement plus favorables avec la coopération des mitochondries. 187 X X X 188  NEOGLUCOGÉNÈSE La plupart des étapes qui conduisent du pyruvate au glucose sont catalysées par les enzymes de la glycolyse qui interviennent en sens inverse (réactions réversibles). Les trois réactions irréversibles sont remplacées par d'autres réactions à équilibre thermodynamique plus favorable et catalysées par des enzymes spécifiques de la néoglucogenèse. Le démarrage de la néoglucogenèse exige la conversion du pyruvate en phosphoénolpyruvate. Deux pyruvates sont nécessaires pour faire un glucose. 189 1ére Réaction: Transformation du pyruvate en phosphoenolpyruvate C'est la première étape. Elle ne peut être réalisée par l'action de la pyruvate kinase selon la réaction suivante qui est endergonique. Pour obtenir cette phosphorylation du pyruvate il y a coopération entre la mitochondrie et le cytosol. 190 X X X 191 Phase mitochondriale  Conversion du pyruvate en oxaloacétate : Le pyruvate (souvent issu du lactate ou des acides aminés) est d'abord converti en oxaloacétate dans la mitochondrie par l'enzyme pyruvate carboxylase. Cette réaction nécessite de l'ATP et du CO₂ : 2 Pyruvate + 2ATP + 2CO₂ → 2Oxaloacétate + 2ADP + 2Pi  Réduction de l’oxaloacétate en malate: L’oxaloacétate formé est réduit en malate par la malate déshydrogénase mitochondriale. Le malate est ensuite transporté de la mitochondrie dans le cytosol. 2 Oxaloacétate + 2NADH,H+ 2 Malate + 2NAD+ 192 193 Phase cytosolique  Le malate est réoxydé en oxaloacétate par la malate déshydrogénase cytosolique 2 Malate + 2NAD+ 2Oxaloacétate + 2NADH,H+  Conversion de l'oxaloacétate en phosphoénolpyruvate (PEP): L'oxaloacétate est ensuite converti en phosphoénolpyruvate (PEP) par l'enzyme phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK), une réaction qui consomme du GTP : 2 Oxaloacétate +2 GTP → 2 PEP + 2GDP+ 2 CO₂ Après la formation du PEP, plusieurs réactions de la néoglucogenèse suivent celles de la glycolyse en sens inverse, permettant la conversion du PEP en fructose-1,6-bisphosphate. 194 En résumé, la réaction globale de la transformation du pyruvate en phosphoénolpyruvate est: 2 Pyruvate +2 GTP+ 2ATP → 2 PEP + 2GDP+ 2 ADP+2Pi 195 X X X 196 2 éme Réaction: Déphosphorylation du fructose-1,6- bisphosphate L'enzyme fructose-1,6-bisphosphatase hydrolyse le fructose- 1,6-bisphosphate en fructose-6-phosphate, contournant l'étape irréversible de la glycolyse catalysée par la phosphofructokinase-1 (PFK-1) : Fructose-1,6-bisphosphate → Fructose-6-phosphate+Pi 197 2 ème réaction 198  3 éme Réaction: Formation du glucose Le glucose-6-phosphate est ensuite converti en glucose par l'enzyme glucose-6-phosphatase, contournant l'étape catalysée par la glucokinase dans la glycolyse : Glucose-6-phosphate→Glucose+Pi Cette étape se produit dans le réticulum endoplasmique des cellules du foie et des reins (les muscles n'ont pas cette enzyme, c'est pourquoi ils ne peuvent pas libérer de glucose directement dans le sang). 199 3 ème réaction Autres tissus- Arrêt de la réaction- Utilisation locale 200 201 202 203  Bilan énergétique de la Néoglucogenèse La néoglucogenèse est un processus énergétiquement coûteux. Pour convertir deux molécules de pyruvate en une molécule de glucose, les éléments suivants sont consommés : 4 ATP 2 GTP 2 NADH Le bilan énergétique global est donc de 6 molécules d'ATP (ou équivalent) et 2 NADH consommées pour la synthèse d'une molécule de glucose. 204 Bilan énergétique de la Néoglucogenèse 205 206