Chapitre 17: La glycolyse

• La voie glycolytique• Réactions de la glycolyse• La fermentation• Régulation métabolique• Métabolisme d’hexoses autre que le glucose

La glycolyse: réaction globale

• Glucose arrive dans le sang suite à l’hydrolyse de di- et poly-saccharides (saccharose, amidon),

• Ou après sa synthèse (dans la gluconéogenèse).• Glucose entre dans la cellule à l’aide d’un

transporteur• Addition de groupements phosphoryle au glucose• Conversion des intermédiaires phosphorylés en

composées de haute énergie.• Hydrolyse de ces composées avec synthèse d’ATP et

formation de pyruvate.

• Réaction globale:• Glucose + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi

--> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

La glycolyse est une voie

métabolique commune à toutes les cellules (1)

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

Réactions enzymatiques de la glycolyse

• Catalyse la phosphorylation de glucose en glucose 6-phosphate aux dépens d ’une molécule d ’ATP Glucose + ATP --> Glucose 6-phosphate + ADP + H+

• La réaction est quasi irréversible• Dans le fois une glucokinase remplace la hexokinase • Hexokinase est inhibé par ATP et glucose 6-phosphate

1. Hexokinase

1. Hexokinase

glucose glucose

Modèle compact d’une sousunité

• Catalyse la conversion de glucose 6-phosphate en fructose 6-phosphateGlucose 6-phosphate <---> Fructose 6-phosphate

• La réaction est en équilibre

2. Phosphoglucose isomérase

Phosphoglucose isomérase (2)

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

3. Phosphofructokinase-1 (PFK-1)

• Catalyse une étape-clé du contrôle de la glycolyseFructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 1,6-bisphosphate + ADP + H+

• Elle utilise à nouveau une molécule d ’ATP

• La réaction est quasi irréversible• Le produit de la réaction est le

fructose 1,6-bisphosphate• Enzyme allostérique• L ’activité enzymatique est modulée

par des métabolites:fructose 2,6-bisphosphate, ADP et AMP stimulent, ATP et citrate inhibent

4. Aldolase

• Catalyse la scission du fructose 1,6-bisphosphate en deux triose phosphates fructose 1,6-bisphosphate <--> dihydroxyacétone phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate

• La réaction est quasi réversible

• L’Aldolase hépatique utilise fructose 1-phosphate ainsi que fructose 1,6-bis-phosphate comme substrats

5. Triosephosphate isomérase (1)

• Catalyse l ’interconversion des glycéraldéhyde 3-phosphate et dihydroxyacétone phosphate:

dihydroxyacétone phosphate <--> glycéraldéhyde 3-phosphate

• La réaction est réversible

Triosephosphate isomérase

6. Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase

• Catalyse la seule réaction d ’oxydation de la glycolyse

glycéraldéhyde 3-phosphate + NAD+ + Pi <--> 1,3-bisphosphoglycérate + NADH + H +

• La réaction est quasi réversible

L ’arsenic est toxique

• L ’Arséniate est une analogue du phosphate inorganique. L ’enzyme ne fait pas la distinction.

• L ’analogue instable formé est vite hydrolysé.

7. Formation d ’ATP

• ATP est formé par l ’action de la phosphoglycérate kinase:

1,3-bisphosphoglycérate + ADP <--> 3-

phosphoglycerate + ATP

• La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre

• Le groupe phosphoryle riche en énergie est transferé à l ’ADP pour former de l ’ATP

• Le transfert d ’un group phosphoryle riche en énergie est une phosphorylation au niveau du substrat

Formation d ’ATP (2)

R-CO-PO32-

O

R-C-O-H + HOPO32-

OH2O

R-C=O

O-H

R-CH2 - O-PO32- R-CH2-O-H + HOPO3

2-

H2O

G ≤ 12.6 KJ/mol

G > 30 KJ/mol

8. Phosphoglycérate mutase

• Catalyse la conversion de 3-phosphoglycérate en 2-phosphoglycérate

• La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre

9. Enolase

• Catalyse le passage du 2-phosphoglycérate au phosphoénolpyruvate (PEP)

2-phosphoglycérate <--> PEP + H2O

• La réaction est réversible

• Phosphoénolpyruvate est porteuse d ’un groupe phosporyle riche en énergie.

Phospoester de haute énergie

10. Pyruvate kinase (1)

• Catalyse le transfert du groupe phosphoryle du phosphoénolpyruvate à l ’ADP pour former de l ’ATP:

PEP + ADP + H+ --> pyruvate + ATP

• La réaction est métaboliquement irréversible

• Le transfert du groupe phosphoryle riche en énergie permet la formation de l ’ATP.

La fermentation

Fermentation lactice

• En absence d ’oxygène la plupart des cellules transforment le pyruvate en lactate pour assurer la réoxydation de NADH en NAD+

Fermentation alcoolique

• La levure et certaines autres microorganismes comme des protistes et des bactéries peuvent transformer le pyruvate en éthanol

• Le NADH formé dans la réaction de la GAPDH peut être réoxydé en NAD+ par l ’action de l ’alcool déshydrogénase qui catalyse la réduction d ’acétaldéhyde en éthanol

• Cette régénération de NAD+ permet à la fermentation de se maintenir en l ’absence d ’oxygène.

Regulation: variations d ’énergie libre (1)

1kcal=4,2 kJ

Variations d ’énergie libre (2)

• Variations d ’énergie libre standard comparées aux variations d ’énergie libre réelle dans les érythrocytes pour les réactions enzymatiques de la glycolyse

1kcal=4,2 kJ

1,3-bis phosphoglycérate

• Les globules rouges peuvent transformer le 1,3-bisphosphoglycérate en 2,3-bisphosphoglycerate, la molécule dont dépend un transport efficace d ’O2.

Courbe d’oxygénation de la hémoglobine pour des érythrocytes différentes

Régulation allostérique de la PFK-1

Activateurs ADP, AMP, AMPc FBP, F2,6P2, F6P, NH4

+,Pi

Inhibiteurs ATP, citrate, PEP

Phosphofructokinase-2 (PFK-2)

Fructose 2,6-bisphosphate

• la fructose 2,6-bisphosphate est synthétisée par la PFK-2Fructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 2,6-bisphosphate + ADP + H+

• La PFK-2 est régulée par phosphorylation du façon indirect par AMP-cyclique et la glucagon

L’hormone glucagon contrôle l’activité de la PFK-1

• Glucagon• AMP cyclique• Protéine kinase• PFK-2• Fructose 2,6-bisphosphate• PFK-1

AMPcyclique (1)

• Différentes étapes dans une régulation hormonale

• Premier messager: glucagon,protéine de 29 acides aminées produit par les cellules du pancréas

• Le récepteur de glucagon est une AMP cyclase

• Second messager: cAMP

• Enzyme effectrice: protéine kinase

• Phosphorylation de l ’enzyme cible: PFK-2

• Fru-6-P + ATP --> Fru-2,6-P2 + ADP (Fru-2,6-P2 est une activateur allosterique de la PFK1)

AMPcyclique (2)

• Conversion de l ’ATP en AMP cyclique (AMPc) catalysée par l ’adénylate cyclase

Régulation de la pyruvate kinase

• Pyruvate kinase est une enzyme allostérique• Beaucoup de métabolites peuvent moduler son activité (voir

fructose 1,6-bisphosphate)• L  ’activité enzymatique peut être modulé par

phosphorylation (voir glucagon)

Pyruvate kinase de Leishmania mexicana

Métabolisme d’ hexoses autres que la glucose

• Fructose– Saccharose (sucre, sucrose),

disaccharide de glucose et fructose

– Jus de fruits

• Galactose– Lactose (produits

laitières): disaccharide de glucose et galactose

• Mannose– Glycoprotéines

Saccharose

• Le saccharose (un disaccharide de glucose et fructose) est catabolisé via la glycolyse.

• L ’enzyme saccharase (invertase) l ’hydrolyse du saccharose des aliments en glucose et fructose. Le fructose est métabolisé par le fois.

• Le fois possède une glucokinase, une fructokinase, une aldolase à double spécificité et une triose kinase

• La catabolisme du fructose évite la PFK-1 et le point de contrôle qui y est associé

Lactose

• Le lactose, un disaccharide de glucose et galactose présent dans le lait, est aussi catabolisé via la glycolyse grâce à une enzyme intestinale: la lactase.

• Galactosémie: déficience en galactose-1-phosphate uridyltransférase

• Intolérence au lactose : déficience en lactase

Mannose

F6P