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FACULTÉ DE MÉDECINE D’ORAN1ère Année de MédecineMODULE DE BIOCHIMIE
Biochimie Structurale et MétaboliqueCHAPITRE 1: Les Glucides
Digestion et absorption des glucides&
Glycolyse
Dr M. Nachi
Maitre de conférences A en Biochimie
Année Universitaire 2020-2021
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Plan du cours
Introduction
1 DIGESTION ET ABSORPTION DES GLUCIDES ..............................................................3
1.1 Digestion pré-intestinale par l’amylase salivaire ......................................................3
1.2 Digestion intestinale ..................................................................................................4
1.3 Absorption des glucides ............................................................................................4
2 TRANSPORT SANGUIN ET CELLULAIRE DU GLUCOSE .............................................5
2.1 Transport sanguin ......................................................................................................5
2.2 Transport cellulaire....................................................................................................6
3 LA GLYCOLYSE...................................................................................................................6
3.1 Définition...................................................................................................................6
3.2 Lieu de déroulement ..................................................................................................6
3.3 Les différentes phases de la glycolyse.......................................................................6
3.4 Étapes enzymatiques de la glycolyse ........................................................................8
3.5 Le bilan énergétique de la glycolyse .......................................................................13
3.6 Régulation de la glycolyse.......................................................................................13
3.6.1 Régulation enzymatique...................................................................................13
3.6.2 Régulation hormonale ......................................................................................16
4 DEVENIR DU PYRUVATE ................................................................................................17
5 PATHOLOGIES....................................................................................................................18
5.1 Anomalies de la digestion .......................................................................................18
5.2 Anomalie de l’absorption ........................................................................................18
5.3 Déficiences enzymatiques héritée ...........................................................................18
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Introduction
Les glucides fournissent 50 à 60% de la ration énergétique quotidienne (1g de glucides =
4Kcal). 80 à 90% de l’énergie fournie par les hydrates de carbone est sous forme
de glucose. Le D glucose est le principal carburant de la plupart des organismes et occupe
une position centrale dans le métabolisme cellulaire, il est riche en énergie potentielle.
1 DIGESTION ET ABSORPTION DES GLUCIDES
L’alimentation est principalement composée de polysaccharides (amidon, cellulose,
…) et de disaccharides (saccharose, lactose).
Seuls les monosaccharides (glucose, fructose, galactose) peuvent être absorbés par
les entérocytes ce qui implique une digestion complète de grosses molécules non
absorbables. Le site majeur de digestion est l’intestin grêle.
Les mammifères ne possèdent pas d’enzymes capables de digérer des polysaccharides
avec des liaisons β-glucose (cellulose, hémicellulose,…). Ces liaisons de type β peuvent
être hydrolysées par des enzymes bactériennes au niveau du gros intestin chez toutes
les espèces.
1.1 Digestion pré-intestinale par l’amylase salivaire
Permet de digérer chez l’Homme environ 70% de l’amidon
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1.2 Digestion intestinale
Dans la lumière intestinale par l’amylase pancréatique :
Digestion très rapide (plus puissante que l’amylase salivaire)
Obtention de : Maltose, maltotriose, dextrines à partir de l’amidon
Le lactose et saccharose ne sont pas hydrolysés.
Au niveau de la bordure en brosse par les oligosaccharidases produites par les
entérocytes.
Au niveau du gros intestin : digestion microbienne.
1.3 Absorption des glucides
Seuls les monosaccharides (glucose, fructose, galactose) peuvent être absorbés par les
entérocytes.
Absorption essentiellement dans le duodénum et le jéjunum.
La membrane est lipophile ce qui empêche le passage direct des sucres.Les sucres
simples ont besoin de transporteurs pour être absorbés.
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Deux familles de transporteurs coexistent :
Transporteurs ne nécessitant pas d’ATP (Diffusion facilitée ou passive) : Famille
GLUT : glucose transporter (glycoprotéines transmembranaires).
Transporteurs nécessitant de l’ATP (Absorption active secondaire) : SGLT
« sodium-glucose linked transporter ».
Au niveau de la membrane apicale
SGLT1 : glucose, galactose
GLUT5 : fructose
Au niveau de la membrane basolatérale
GLUT2 : glucose, fructose et galactose
2 TRANSPORT SANGUIN ET CELLULAIRE DU GLUCOSE
2.1 Transport sanguin
- Les oligosaccharides (glucose, fructose et galactose) sont molécules hydrosolubles, ils
circulent librement dans le sang. Le glucose est capté à 30 à 40 % par le foie mais aussi
par d’autres tissus (cerveau, hématies, muscles, tissu adipeux).
- Le glucose retrouvé dans le sang en période alimentaire provient de l’intestin.
- En période de jeûne, il provient du foie (glycogénolyse + néoglucogenèse).
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2.2 Transport cellulaire
Les oses franchissent la membrane cellulaire à l’aide des Glut
Glut 1 : au niveau des hématies, favorisent l’entrée du glucose quand la glycémie est
basse;
Glut 2 : au niveau du foie et du pancréas, favorisent l’entrée du glucose quand
la glycémie est élevée;
Glut 3 : au niveau du cerveau, favorise également l’entrée du glucose quand la
glycémie est basse;
Glut 4 : tissu adipeux et muscles, affinité régulée par l’insuline;
3 LA GLYCOLYSE
3.1 Définition
La voie d’EMBDEN MEYERHOFF-PARNAS est la voie du catabolisme oxydatif
anaérobie du glucose en pyruvate. Ne nécessite pas d’oxygène mais a lieu même en
présence d’oxygène avec production d’ATP et de métabolites intermédiaires.
3.2 Lieu de déroulement
Procaryotes, eucaryote. La glycolyse a lieu dans toutes les cellules mais à des degrés variables :
Les GR et le cerveau tissus dits: gluco-dépendants n’utilise que le glucose,
Le muscle et le myocarde: utilise le glucose en période post prandiale,
Le foie et les tissus adipeux utilisent peu le glucose.
3.3 Les différentes phases de la glycolyse
La glycolyse est divisée en deux grandes phases comportant une série de 10 réactions
enzymatiques catalysées par 10 enzymes de localisation cytoplasmique.
Phase préparatoire d’investissement énergétique : réactions d’activation avec utilisation
d’ATP (réactions 1 et 3).
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Phase de remboursement ou retour d’investissement : oxydation avec production d’ATP
et de NADH (réactions 6,7 et 10).
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3.4 Étapes enzymatiques de la glycolyse
Réaction 1 : Phosphorylation du glucose par l’ATP
La réaction est catalysée par une hexokinase. C’est une réaction irréversible
qui représente le point de contrôle.
Les kinases sont des enzymes qui calalysent le transfert d’un groupe phosphoryle de
l’ATP à un accepteur. Ainsi l’hexokinase catalyse le transfert d’un groupe phosphoryle
de l’ATP a toute une série d’oses à six carbones tels que le mannose et le glucose.
Réaction 2 : Isomérisation du glucose-6phosphate
C’est une réaction de réarrangement d’atomes pour former des isomères (réactionréversible) : Conversion d’un aldose en cétose.
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Réaction 3 : Synthèse de fructose 1,6 biphosphate
Transfert de phosphoryle par une phosphotransférase : Phosphofructokinase (PFK1)
La réaction est irréversible consommant de l’énergie (ATP) (2ème point de contrôle).
La PFK à un rôle très important dans la régulation de la glycolyse. Cette étape
engage définitivement le glucose vers le catabolisme.
Réaction 4 : Clivage du fructose 1,6 diphosphate
C’est une réaction réversible catalysée par la fructose -1,6-biphosphate aldolase.
Aldolase : c’est une lyase qui sert à additionner ou éliminer un groupement pour former
des doubles liaisons. L’aldolase produit le glyceraldehydes 3-phosphqte (GAP) et le
dihydroxyacetone phosphate (DHAP). Seulement GAP est utilisé par les réactions
suivantes.
Réaction réversible
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Réaction 5 : Inter conversion des trioses phosphates
C’est une réaction d’isomérisation catalysé par la triose phosphate isomérase conduisantà la conversion d’un cétose(DHAP) en aldose(GAP) pour être utilisé dans les réactionssuivantes.
Réaction 6 : Synthèse du 1,3 diphosphoglycérate
C’est une réaction d’oxydation couplée à la phosphorylation avec formation d’une liaisonanhydride d’acide, riche en énergie et production de NAD, un coenzymed’oxydoréduction.
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Réaction 7: Synthèse de 3 phosphoglycérate
Transfert de phosphoryle par une phosphotransférase : Phosphoglycerate kinase
C’est une réaction réversible fournissant de l’énergie (ATP).
Réaction 8: Synthèse de 2- phosphoglycérate
C’est une réaction réversible d’isomérisation catalysée par une phosphoglycératemutase entrainant le transfert intramoléculaire du phosphate de la position 3 à laposition 2.
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Réaction 9 : Synthèse du phosphoenolpyruvate (PEP)
C’est une réaction de déshydratation (élimination d’une molécule d’eau) réversible,catalysée par une Enolase avec formation d’une liaison riche en énergie (PEP).
Réaction 10 : Synthèse du Pyruvate
Transfert de phosphoryle par une phosphotransférase, la Pyruvate kinase.
C’est réaction irréversible produisant de l’énergie(ATP) (3ème point de contrôle).
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3.5 Le bilan énergétique de la glycolyse
Deux molécules d’ATP consommées durant la première phase d’investissement et deux
ATP produites pour chaque GAP transformé en pyruvate.
Au total une molécule de glucose donne deux molécules de GAP et donc deux pyruvates
et un gain de deux ATP.
.
3.6 Régulation de la glycolyse
3.6.1 Régulation enzymatique
Dans les voies métaboliques, les enzymes qui catalysent les réactions essentiellement
irréversibles sont des sites potentiels de contrôle.
L’enzyme catalysant l’étape d’engagement dans une séquence métabolique est l’élément
de contrôle le plus important de la voie.
Phosphofructokinase (PFK1) (Enzyme clé dans le contrôle de la glycolyse)
Trois mécanismes permettent de moduler l’activité de la PFK1:
Induction de la synthèse de cette enzyme
Modification covalente des enzymes par phosphorylation ou déphosphorylation
Régulation allostérique par des effecteurs
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La PFK1 est inhibée par :
ATP: elle se fixe sur un site régulateur différent du site catalytique ce qui abaisse son
affinité pour le substrat.
Une augmentation de la charge énergétique inhibe la glycolyse, une diminution de celle-
ci l’augmente : rapport ATP/AMP diminué ce qui stimule l’activité de l’enzyme
PFK1.
Citrate: Intermédiaire du cycle de l’ac citrique (cycle de krebs)
L'augmentation de la concentration en citrate signifie que les précurseurs biosynthétiques
sont abondants et le glucose n’a pas à être dégradé dans ce but.
Le citrate inhibe la PFK en augmentant l’effet inhibiteur de l’ATP
La PFK1 est activée par :
Le Fructose2-6 biphosphate qui est :
Activateur puissant de la PFK, il l’active dans le foie en augmentant son affinité pour
le Fructose6P et en diminuant l’effet inhibiteur de l’ATP. Ce composé n’est pas un
intermédiaire de la glycolyse mais plutôt un activateur allostérique de la PFK1.
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Hexokinase/glucokinase
L’hexokinase a une activité limitée:
Une accumulation de G6P l’inhibe par rétrocontrôle allostérique exercé par le G6P.
Lorsque la PFK est inactive, la concentration de F6P augmente. Le taux de G6P augmente
car il est en équilibre avec le F6P ainsi l’inhibition de la PFK conduit à l’inhibition de
l’HK.
Regulation de la glucokinase
L’activité de la glucokinase dans le foie est proportionnelle à la concentration
intracellulaire de glucose(reflet de la concentration plasmatique) . Elle phosphoryle le
glucose uniquement lorsqu’il est abondant car elle a un Km élevé.
Elle est Inhibée par fructose6-phosphate.
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Régulation de la Pyruvate kinase
Enzyme allostérique.
Son inhibiteur est l’ATP et alanine pour ralentir la glycolyse lorsque la charge
énergétique est élevée.
Son activateur est le fructose 1,6 biphosphate afin de la rendre capable de maintenir une
vitesse adaptée à un flux élevé d’intermédiaire métabolique.
Régulé par son état de phosphorylation :
Lorsque le taux du glucose sanguin est bas le glucagon déclenche une cascade contrôlé
par l’AMPc conduisant à la phosphorylation de la pyruvate kinase ce qui diminue son
activité.
3.6.2 Régulation hormonale
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4 DEVENIR DU PYRUVATE
Le devenir du Pyruvate va dépendre des conditions suivantes:
La présence ou l’absence de l’oxygéne dans l’environnement de la cellule ;
La situation énergétique de la cellule ;
L’équipement enzymatique dont la cellule va disposer pour oxyder le NADH,H.
En presence d’oxygène
Le pyruvate s’oriente vers la voie de l’acide citrique ou cycle de krebs pour produire le
CO2, l’H2O et des intermédiaires énergétiques qui permettront la fabrication de l’énergie
par le processus de la phosphorylation oxydative.
En absence d’oxygène
La fermentation lactique
Lorsque la cellule ne dispose pas de mitochondries,cas des hématie ou privée d’oxygène (anaérobiose)ou en condition hypoxique (Tissu musculaire encontraction), le Pyruvate est réduit en lactatepar le NADH ,H+ formé au cours de la glycolyse.La réaction catalysée par la lactate déshydrogénaserégénère le NAD+.
La fermentation alcoolique
Cette transformation de Pyruvate en éthanol serencontre dans les levures qui ne possèdent pasde lactate déshydrogénase mais possèdent a laplace une Pyruvate décarboxylase.Le Pyruvate est décarboxylé en acétaldéhydepar la Pyruvate décarboxylaseL’acetaldehyde est réduit en alcool ou éthanolpar l’alcool déshydrogénase avec consommationde NADH,H+ formé dans la glycolyse etrégénération de NAD+.
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5 PATHOLOGIES
5.1 Anomalies de la digestion
Dues à des carences en enzymes de la digestion : responsables d’affections spécifiques.
Le plus fréquent : Intolérance au lactose par déficience en lactase
- Déficience congénitale nécessite un régime sans lactose
- Faible activité lactasique : diminution graduelle avec l’âge
5.2 Anomalie de l’absorption
Malabsorption congénitale des aldohexoses (glucose et lactose)
- Diarrhée aqueuse en période néo-natale : entraîne une mort par déshydratation
- Déficit en SLGT1
- Traitement : régime alimentaire sans glucides sauf fructose et inuline
5.3 Déficiences enzymatiques héritée
Exprimé essentiellement dans les érythrocytes.
95% présente une déficience en pyruvate kinase et 4% en phosphoglucoisomérase.
Quelques déficiences conjointes de la pyruvate kinase et de l’hexokinase.
Le déficit en pyruvate kinase dans les GR est très grave :
Les GR ne possèdent pas de mitochondries et dépondent exclusivement de la glycolyse
pour leur aprovisionnement en ATP. Il s’installe alors un mauvais fonctionnement de
la glycolyse et une production insuffisante de l’ATP pour le maintien, l’entretien et
le fonctionnement de leur structure membranaire.
La membrane se déforme et les GR sont prématurément phagocytés par les cellules
du système reticulo-endoplasmique ce qui est à l’origine de l’anémie hémolytique.
