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METABOLISME DES GLUCIDES
- VOIE DE LA GLYCOLYSE
• Définition
• Description de la voie métabolique
• Bilan de la glycolyse
• Régulation de la glycolyse
- DEVENIR DU NADH, H+ ET L’ACIDE PYRUVIQUE FORMES AU COURS DE LA GLYCOLYSE
• En anaérobiose dans le cytoplasme
• En aérobiose dans la mitochondrie
- NADH, H+
- Acide pyruvique
- VOIE DES PENTOSES - PHOSPHATES
• Description de la voie métabolique
• Intérêt de la voie des pentoses-phosphates
• Régulation de la voie des pentoses-phosphates
- METABOLISME DU GLYCOGENE
• Synthèse du glycogène : glycogénogénèse
• Dégradation du glycogène : glycogénolyse
• Régulation du métabolisme de glycogène
- NEOGLUCOGENESE
• Définition
• Généralités
• Description de la voie métabolique
- A partir de l'acide lactique
- A partir d’acides aminés glucoformateurs
- A partir du glycérol
• Régulation des enzymes clés de la néoglucogénèse
- METABOLISME DES AUTRES HEXOXES
• Fructose
• Galactose
• Mannose
2
VOIE DE LA GLYCOLYSE FORMATION DE FRUCTOSE 1,6-BISPHOSPHATE A PARTIR DU GLUCOSE Phosphorylation du glucose
OH
H1
OH
H
CH2
O
H
H
H
OHHO
hexokinase
ADPATP
HO
Glucose 6-phosphate
CH2
O
H
H
H
H
OH
H
OH
OH
HO
O
O6
OPO
5
4
3 2
Mg2+
Glucose Conversion du glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate
Glucose 6-phosphate
isomérasephosphohexose
Mg2+
CH2OH
HOH
OH H
OH
1
2
34
5
H
OO P O CH2
6
O
OO
O
HO
OH
OH
H
OH
H
H
H
H
O
1
23
4
5
6
CH2OPO
Fructose 6-phosphate Phosphorylation du fructose-6-phosphate en fructose-1,6-bisphosphate
O
O
POCH2
HOH
OH H
OHH
OO P O CH2
O
O
Fructose 1,6-bisphosphate
OHCH2
Fructose 6-phosphate
O
O
CH2OPOO
H OH
HOH
H HO Phosphofructokinase
Mg2+
ATP ADP
3
FORMATION DU GLYCERALDEHYDE 3-PHOSPHATE PAR CLIVAGE ET ISOMERISATION
3-phosphateGlycéraldéhyde
phosphate
Dihydroxyacétone
P
O
O
OCH2
HCOH
C
HO
+
CH2OH
CO
O
POPOCH2
O
O
OO
HOH
OH H
OHH
OO P O CH2
O
O
Fructose 1,6-bisphosphate
CH2
AldolaseO
Glycéraldéhyde 3-phosphate
triose phosphate isomérase
OO
O
O
POCH2
O H
C
HCOH
Dihydroxyacétone phosphate
O
OO
POCH2
C
CH2OH
TRANSFORMATION DU 3-PHOSPHO GLYCERALDEHYDE EN 3 PHO SPHOGLYCERATE
Oxydation du glycéraldéhyde-3-phosphate en 1,3-bis phosphoglycérate
+
1,3-Bisphosphoglycérate
3
-2
O
C
HCOH
CH2OPO
Phosphateinorganique
glycéraldéhyde-3- phosphatedéshydrogénase
NAD NADH + H+
O
O
P OHO+-
32
CH2OPO
3-phosphateGlycéraldéhyde
HCOH
C
HO OPO
O
O
Transfert de phosphate du 1,3-bisphosphoglycérate à l’ADP
O
O
O P O
CH2OPO
HCOH
C
O
2-
3
1,3-Bisphosphoglycérate
+ P
P
O
Rib Adénine
O
3
-2
O
C
HCOH
CH2OPO
+
AdénineRib
O
P
P
OPO
ADP 3-Phosphoglycérate ATP
phosphoglycérate kinase
Mg2+
O
PASSAGE DU 3-PHOSPHO-GLYCERATE AU PYRUVATE
Phosphoglyceromutase Enolase
ATP+ H+ADPH2O
OH
OPO32- OPO32- O
CH3
C
OO
C
H
H C
C
OO
C
H
H C
CH
OO
C
H
OPO32-H C
OHCH
3-Phosphoglycérate 2-Phosphoglycérate Phosphoenolpyruvate Pyruvate
OO
C
pyruvatekinase
4
Réactions de la glycolyse
Etape Réaction Enzyme Type* ∆G°, ∆G 1 Glucose + ATP glucose 6-phosphate + ADP + H+ Hexokinase a - 4,0 - 8,0
2 Glucose 6-phosphate ⇌ fructose 6-phosphate Phosphoglucose isomérase c + 0,4 - 0,6
3 Fructose 6-phosphate + ATP fructose 1,6-bisphosphate + ADP+H +
Phosphofructokinase a - 3,4 - 5,3
4 dihydroxyacétone phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate
Fructose 1,6-bisphosphate
Aldolase e + 5,7 - 0,3
5 Dihydroxyacétone phosphate glycéraldéhyde 3-phosphate
Triose phosphate isomérase c + 1,8 + 0,6
6 Glycéraldéhyde 3-phosphate + Pi + NAD +1,3-bisphosphoglycérate + NADH + H+
Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase
f + 1,5 - 0,4
7 1,3-bisphosphoglycérate + ADP 3-phosphoglycérate + ATP
Phosphoglycérate kinase a - 4,5 + 0,3
8 3-phosphoglycérate 2-phosphoglycérate
Phosphoglycéromutase b + 1,1 + 0,2
9 2-phosphoglycérate phosphoénolpyruvate + H 2O
Enolase d + 0,4 - 0,8
10 Phosphoénolpyruvate + ADP + H+ → pyruvate + ATP Pyruvate kinase a - 7,5 - 4,0
Note : ∆G°, et ∆G sont exprimés en kcal/mol. ∆G, la modification vraie d’énergie libre, a été calculée à partir de ∆G'0, et les concentrations connues de réactants dans des conditions physiologiques typiques. * réactions type : a) transfert de phosphoryle. b) Déplacement de phosphoryle. c) Isomération. d) Déshydratation. e) Clivage d’un aldol. f) Phosphorylation couplée à l’oxydation.
Consommation et formation de l’ATP dans la glycolyse Réaction Modification de l’ATP par glucose
Glucose glucose 6-phosphate - 1 Fructose 6-phosphate fructose 1,6-bisphosphate - 1 2 1,3-bisphosphoglycérate 2 3-phosphoglycérate + 2 2 phosphoénolpyruvate 2 -pyruvate + 2 Total 2
Pi
Aldolase
hexokinase ATP
ADP Glucose 6-phosphate
Phosphoglucoce isomérase
Fructose 6-phosphate ATP
ADP Phosphofructo
kinase Fructose 1,6-bisphosphate
Dihydroxyacétone phosphate
triose phosphate isomérase
Glycéraldéhyde 3-Phosphate
déshydrogénase
Glycéraldéhyde 3-Phosphate
N A D + +
H + N A D H +
1,3-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate
kinase
3-Phosphoglycérate
mutase
2-Phosphoglycérate
H 2 O
ATP
ADP
Phosphoglycéro-
Enolase
Phosphoénolpyruvate Pyruvate
kinase
La voie de la glycolyse
Pyruvate
5
DEVENIR DU NADH, H+ ET DE L'ACIDE PYRUVIQUE FORMES AU COURS DE LA GLYCOLYSE
- En anaérobiose dans le cytoplasme réduction en acide lactique
CH3 C COOH CH3 CH COOH
OHONAD+NADH + H+
lactico-deshydrogénase
Fermentation alcoolique chez les micro-organismes
NADH + H+NAD+
éthanol
CH2OHCH3
alcooldéshydrogénase
pyruvatedécarboxylase H
OCCH3
CO2Ac. pyruvique
O
COOHCCH3
acetaldéhyde
- En aérobiose dans la mitochondrie Des navettes sont nécessaires à l’oxydation du NADH,H+ extra-mitochondrial
mitochondriesdans lesDiffuse
E-FADE-FADH2
HHO
CH2OH
C
CH2OPO32-
CH2OPO32-
CH2OH
HCHONavette du glycérol phosphate
CH2OH
C O
CH2OPO32-
cytosoldans leDiffuse
CH2OPO32-
OC
CH2OH
phosphateDihydroxyacétone
NADH
cytosolDans le
mitochondriesDans les
NAD++ H+
Glycérol3-phosphate
6
Devenir de l’acide pyruvique - Décarboxylation oxydative et formation d’acétyl-coenzyme A
Pyruvate + NAD+ + CoA Acétyl-CoA + NADH + H+ + CO2
- Carboxylation
- Résumé de l’utilisation du NADH, H+ et de l’acide pyruvique produits au cours de la
glycolyse
anaérobiose2 NADH + H+
2 (NADH + H+)
2 NAD+
2 NAD+aérobiose
mitochondries
ATP
glucose
2-phosphoglycéraldéhyde
2 acide 1-3 bisphosphoglycérique
2 acide pyruvique
2 acide lactique
mitochondriescytoplasme
citrate
ac. oxaloacétique
acétyl-CoA
néoglucogénèse
acide lactique
alanine
acide pyruvique
glucose
Cycle del'acide citrique
glycolyse
oxaloacétate + ADP + Pi pyruvate carboxylase
P y r uv ate + H C O - 3 + A T P
7
VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES
La voie des pentoses-phosphates produit du NADPH et synthétise des oses à cinq carbones VOIE METABOLIQUE Partie oxydative
H2O
gluconiqueacide 6-phospho-
CH2O PCH2O P
PCH2O
OHCH
HHO C
OHCH
OHCHlactonase
Glucose 6-phosphate
OH
NADPH + H+NADP+
glucose-6-phosphate déshydrogénase
6 phospho-glucono-lactone
O
OH
OH
OHOH
OHOH
O
COOH
O
NADP+H+NADP+
ribose 5-phosphate
CH2O P
H C OH
H C OH
O=C
CH2OH
gluconiqueacide 6-phospho-
PCH2O
OHCH
HHO C
OHCH
OHCH
COOH 6-phosphogluconate-déshydrogenase
Partie non oxydative Réaction d’isomérisation
Xylulose 5-phosphate ribose 5-phosphate
OHCH
CH2O P
H C OH
H C OH
CHO
isoméraseépimérase
ribulose 5-phosphate
C = O
OHCH
OHCH
PCH2O
HO
CH2OH
C = O
OHCH
C
PCH2O
CH2OH
H
Réaction de transfert de radicaux
C5 + C5
C7 + C3
C5 + C4
C3 + C7
C4 + C6
C3 + C6
transcétolase
transaldolase
transcétolase
Schéma
8
Résumé
Réaction Enzyme
PARTIE OXYDATIVE Glucose 6-Phosphate + N A D P +
6-phosphoglucono- δ -lactone + NADPH + H + Glucose 6-phosphate déshydrogénase
6-phosphoglucono- δ -lactone + H 2 O 6-phosphogluconate + H + Lactonase
6-phosphogluconate + NADP + ribulose 5-phosphate + C O 2 + NADPH 6-Phosphogluconate déshydrogénase
PARTIE NON OXYDATIVE
Ribulose 5-phosphate ribose 5-phosphate
Ribulose 5-phosphate xylulose 5-phosphate
Xylulose 5-phosphate + ribose 5-phosphate
sédoheptulose 7-phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate Transcétolase
Sédoheptulose 7-phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate Transaldolase fructose 6-phosphate + érythrose 4-phosphate
Xylulose 5-phosphate + erythose 4-phosphate
fructose 6-phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate Transcétolase
Phosphopentose épimérase
Phosphopentose isomérase
Xylulose 5-P
transcétolase
O H C C H O
H P C H
2 O H O
C H 2 O H C = O
O H C H C
P C H 2 O
H O O = C
C H 2 O H
O H C
érythrose 4-P
C H O
H H C O H
P C H 2 O
P C H 2 O H C O H H C O H
H O
C H 2 O H
C H 2 O P
O H C H H
C H O
ribose 5-P
C O H H C O H
C H C O H
O = C
sedoheptulose 7-P
O H C H
P C H 2 O
C
fructose 6-P
glycéraldéhyde transaldolase
transcétolase
H O O = C
C H 2 O H
Xylulose 5-P C H 2 O P
C H C O H
O = C C H 2 O H
H O C H 2 O P
H C O H C H O
phospho- O H C H O H C H
P C H 2 O
C
fructose 6-P
H H
phospho- glycéraldéhyde
H
H H
O H C H
9
METABOLISME DU GLYCOGENE GLYCOGENOGENESE Synthèse des chaînes linéaires
uridyl-transférase
Glucose 1-phosphate + UTP UDP-glucose + PPi
PPi +H2O 2 Pi
Glucose 1-phosphate + UTP + H2O UDP-glucose + 2 Pi
(UDP-glucose)
O
OO
HN
CN
CH
CHC
Uridine diphosphoglucose
HH
OHHO
CH2O
HH
O
O
O
P
O
O
O P O
HOCH2
Glucose
HO
OH
H
OH
H
H
H
H
O
OO
HOCH2
OH
H
OH
H
H
H
H
O
HOCH2
OH
H
OH
H
H
H
H
O
HOCH2
HO
OH
H
OH
H
H
H
H
O
OR + uridineO
O
O
P
O
O
O P O
UDPGlygogène(n+1 résidus)
glycogène-synthétase
UDP-Glucose(n résidus)Glycogène
+ OR
O
H
H
H
H
OH
H
OH
HOCH2
O
H
H
H
H
OH
H
OH
HO
HOCH2
OuridineO
O
O
P
O
O
O P O
HOCH2
HO
OH
H
OH
H
H
H
H
O
Synthèse de chaînes ramifiées
ADP + 2 Pi+ glycogènen+1
+ H2Oglycogènen Somme : Glucose 6-phosphate + ATP +
UTP + ADPUDP + ATP (5)
glycogènen+1+ UDPUDP-glucose + glycogènen (4)
2 PiH2OPPi + (3)
UDP-glucose + PPiGlucose 1-phosphate + UTP (2)
glucose 1-phosphate(1) Glucose 6-phosphateBilan
10
Schéma du métabolisme du glycogène hépatique
PO4H3
uridyl-transférase
amylo-1,4-1,6-transféraseglycogène-synthase
UDP
UDP-glucose
phosphoglucomutase
phosphataseglucose-6-
voie de la glycolyse
glucose-6-phosphate
glucose-1-phosphate
glucose
par un seul résidu glucosylramification α-1,6 constituée
chaîne portant une
linéairesbranchées
chaînes
glycogène
α1,4-α-1,6glucanne transférase
α1,6 glucosidase
hexokinaseglucokinase
REGULATION
Glycogen synthetase b(inactive)
Glycogen synthetase a(active)
Phosphatase
(active)(inactive)Phosphorylase b Phosphorylase a
Protein kinase(active)
cAMP
Protein kinase
(inactive)
11
AMP
OH
H H
OH
H
OO P O CH2
O
O
H
Adenine
H2O
H+
Cyclic AMP
O H H
OH
H
O
P
O CH2
OO
H
Adenine
cyclaseAdenylate
PPi
ATP
O
OO P
O
Adenine
H
HO
O
O
O P
O
CH2OPOO
H
OH
HH
Phosphodiesterase
SYNTHESE ET DEGRADATION ENZYMATIQUE DE L’AMP CYCLIQUE
12
NEOGLUCOGENESE
A PARTIR DU PYRUVATE : Trois dérivations par rapport à la glycolyse. Première dérivation : passage Pyruvate → Phospho-énol-pyruvate Le phospho-énol-pyruvate est formé à partir du pyruvate par l’intermédiaire de l’oxalo-acétate.
Phosphoénolpyruvate-carboxykinase
PO
C-COOH + GDP + CO2CH2COOH-CH2-CO-COOH + GTP
pyruvate carboxylaseCH3-CO-COOH + CO2 + ATP + H2O COOH-CH2-CO-COOH + ADP + Pi
enolase
Certains Acides Aminés Lactate
Pyruvate
P i + A D P
C O 2 + A T P Pyruvate carboxylase
[PEP] carboxykinase Phosphoenolpyruvate
Oxaloacétate
C O 2 + G D P
GTP
Phosphoenolpyruvate
3-Phosphoglycerate
dehydrogenase Glycéraldéhyde 3-phosphate
glycérol Triose phosphates
Aldolase
Fructose 1,6-bisphosphate
fructose 1,6-bisphosphatase Phosphofructokinase
Fructose 6-phosphate
Glucose 6-phosphate isomérase
Glucose 6-phosphate
Glucose 6-phosphatase
Glucose
13
La pyruvate carboxylase est localisée dans les mitochondries, la phosphoénolpyruvate carboxykinase est localisée dans le cytosol.
Le pyruvate doit pénétrer dans la mitochondrie et l’oxalo-acétate doit en sortir. Trois mécanismes possibles pour effectuer ce transfert :
Intra-mitochondrial
Extra-mitochondrial
Acétyl-CoACitrate
Glutamate
GlutamateAspartate
Malate
MalateOxaloacétate
Aspartate
mitochondriale
Membrane
CoAAcétyl
Phosphoénolpyruvate
glutarateα ceto- Citrate
OxaloacétatePyruvate
Pyruvate
Deuxième dérivation : passage Fructose-1,6-diphosphate → Fructose 6-phosphate
Fructose 1,6-bisphosphate + H2O fructose 6-phosphate + Pi
fructose 1,6-bisphosphatase
Troisième dérivation : passage Glucose-6-phosphate → Glucose
glucose-6-phosphatase
glucose + PiH2OGlucose-6-phosphate +
BILAN : la stoechiométrie de la néoglucogénèse est :
NAD+Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 H2O2 Pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2
Six liaisons phosphates riches en énergie sont dépensées dans la synthèse du glucose à partir du pyruvate.
14
A PARTIR DES ACIDES AMINES GLUCOFORMATEURS
A PARTIR DU GLYCEROL
ATP ADP NAD+ NADH, H+
3 P Glycérol
glycérol-kinase glycérol 3-phosphate déshydrogénase
Glycérol P. dihydroxy-acétone
Glucose
Pi
Glucose-6- P Glucose-1- P
Fructose-6- P
Fructose1-6-di- P
P Triose- P -glycérate
PEP N A D H .H + N A D +
Oxaloacétate GTP C O 2
Malate
Acides aminés
Cytosol
Alanine Sérine Cystéine Aspartate
Pyruvate Oxaloacétate Malate
Acides aminés acides α -cétoniques
Mitochondrie
15
CATABOLISME DU FRUCTOSE, DU GALACTOSE ET DU MANNOSE
Fructose • Voie de la fructokinase
kinase
ADPATP
Fructose 1-phosphateFructose
Fructokinase
aldolase
Glycéraldéhyde + Dihydroxyacétone-phosphate
Triose ATP
ADP
Glycéraldéhyde 3-phosphate
• Voie de l’hexokinase
ADPATP
Fructose 6-phosphateFructose
Hexokinase
16
Galactose
UDP GluUDP Gal
UDP Gal 4 epimérase
UDP Glu-Gal 1 P uridyl transférase
UDP Gal + Glu 1 P Gal 1P + UDP Glu
Gal 1P + ADPGal + ATP
Galactokinase
Bilan
Glu 1P + ADPGal + ATP
Galactokinase, transferase, épimérase
Mannose
Hexokinase
Mannose Mannose 6P
ATP ADP
F6P