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Les grandes voies métaboliques Glycolyse (1ère partie dégradation glucose) Cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique (2ème partie dégradation glucose, acides gras, AA) Voie des pentoses phosphate (pouvoir réducteur, pentoses pour acides nucléiques) Gluconéogenèse ou néoglucogenèse (synthèse glucose) Glycogène (synthèse et dégradation) Biosynthèse & dégradation des acides gras Biosynthèse & dégradation des acides aminés 1 2 VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE 1. Introduction vue d’ensemble de la voie 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates 3. Bilan de la voie des pentoses phosphates 4. Régulation de la voie des pentoses phosphates

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Les grandes voies métaboliques

•Glycolyse(1ère partie dégradation glucose)

•Cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique(2ème partie dégradation glucose, acides gras, AA)

•Voie des pentoses phosphate(pouvoir réducteur, pentoses pour acides nucléiques)

•Gluconéogenèse ou néoglucogenèse(synthèse glucose)

•Glycogène (synthèse et dégradation)

•Biosynthèse & dégradation desacides gras

•Biosynthèse & dégradation desacides aminés 1

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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

1. Introductionvue d’ensemble de la voie

2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates

3. Bilan de la voie des pentoses phosphates

4. Régulation de la voie des pentoses phosphates

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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

1. Introductionvue d’ensemble de la voie

2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates

3. Bilan de la voie des pentoses phosphates

4. Régulation de la voie des pentoses phosphates

Glucose

2 Pyruvate

2 Acétyl-CoA

2 NADH

2 NADH

6 NADH

2 FADH2

2 GTP

3 ATP

2 ATP

5 ATP

15 ATP

3 ATP

2 ATP

4

GLYCOLYSE

• Par l'intermédiaire de la voie glycolytique, les glucides sont à l'origine de laformation d'ATP et de NADH.Les électrons stockés sous forme de NADH constituent la majeure partie de l'énergiemétabolique. Elle est destinée à la fabrication de l'ATP dans la phosphorylationoxydative (chaîne respiratoire dans la membrane interne mitochondriale, cf. coursBioénergétique BIO75, L3)

Nb: Le NADH de la glycolyse donne moinsd’ATP que celui du cycle de Krebs parce que sontransport dans le mitochondrie demande del’énergie.

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• Par l'intermédiaire de la voie des pentoses phosphates, les glucides sont àl'origine de la formation de:

VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

Glucose

Glucose 6P

NADPH+

Ribose 5-phosphate

• pouvoir réducteur (NADPH) pour les réactions anaboliques,en oxydant le glucose‐6P• pentoses, en particulier ribose‐5P, constituant essentiel descoenzymes pyridiniques (NAD, NADP) et flaviniques (FMN, FAD),du coenzyme A, de l'ATP et des acides nucléiques (ADN, ARN).

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NADH et NADPH n’ont pas lemême rôle métabolique tout enayant les mêmes propriétés redox.

Le groupement phosphate permet aux enzymes de discriminer entre les deux formes decofacteur redox. Les enzymes cataboliques utilisent le NAD+/NADH (pour la productiond’ATP), tandis que les enzymes anaboliques utilisent le NADPH/NADP+ (pour les biosynthèsesréductrices). De cette façon le rapport des concentrations des formes oxydée et réduite nesont pas directement liés et peuvent être différents dans les deux cas.

Nicotinamide

Ribose

Adénosine

réduction

X = H NAD+ (Nicotinamide adénine dinucléotide)X = PO3

2- NADP+ (Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate)

NAD(P)+ NAD(P)H

NADH ET NADPH

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Réaction catabolique:pour que la réaction ait lieu, la concentrationde NAD+ doit être élevée et celle de NADHfaible. Dans le cas contraire la réactionprocédera en sens inverse.

Réaction anabolique:réactif + NADPH ↔ produit + NADP+

la concentration de NADPH doit être élevéeet celle de NADP+ doit être faible

NADH/NAD+≈0.01; NADPH/NADP+≈1000

S’il en était autrement, il ne pourrait y avoirdans une même cellule de catabolisme ETanabolisme concomitant .La gestion redox de l’anabolisme et ducatabolisme est permise par l’utilisation deco-facteurs diversifiés.

GAP (un aldose)

1,3-bisphosphoglycerate (1,3 BPG)

Glycéraldéhyde 3P déshydrogénase (GAPDH)

POURQUOI DEUX COFACTEURS, NADH ET NADPH ?

8

La voie des pentoses phosphates peut être divisée en deux branches et trois phases:

Branche oxydative (phase 1)Série de réactions qui mène à l’oxydation duglucose-6P, à la réduction du NADP+ enNADPH et à la production de pentoses.

Branche non oxydative (phases 2-3)Série de réactions réversibles d’isomérisationet transfert d’unités à 2 ou 3 carbones qui mèneà la formation d’hexoses et trioses à partir depentoses

Isomérisation (phase 2)

Transfert des unités (phase 3)

3 G6P + 6 NADP+ + 3 H2O 3 Ribulose-5P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2

3 Ribulose-5P ↔ Ribose-5P + 2 Xylulose-5P

Ribose-5P + 2 Xylulose-5P ↔ 2 F6P + GAP

Nomenclature:Glucose-6P = G6PFructose-6P = F6PGlycéraldéhyde-3P = GAPRibulose-5P = Ru5PRibose-5P = R5PXylulose5P = Xu5P

VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

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Phase 1: oxydations (1‐3)

Phase 2: réorganisationpar isomérisation etépimérisation (4 et 5)

Phase 3: réorganisationpar transfert de groupes

carbonés (6‐8)

Transaldolase

Transcétolase

Phosphopentoseisomérase

Phosphopentoseépimérase

Transcétolase

6-Phosphogluconolattonase

6-Phosphogluconate

déshydrogénase

Glucose-6-phosphate

déshydrogénase

Ribulose 5-P6-Phospho

gluconolactoneGlucose 6-P

6-Phosphogluconate

Ribose 5-p

Xylulose 5-p

Fructose 6-P Érythrose 4-P Fructose 6-P Glycéraldéhyde 3-P

Glycéraldéhyde 3-P Sédoheptulose 7-P

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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

1. Introductionvue d’ensemble de la voie

2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates

3. Bilan de la voie des pentoses phosphates

4. Régulation de la voie des pentoses phosphates

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La phase 1 comprend la fonction principale de la voie: la synthèse de NADPH

Glucose-6-phosphate

déshydrogénase

6-Phosphogluconolattonase

6-Phosphogluconate

déshydrogénase

- Les réactions 1 et 3 sont des oxydoréductions (la 3 avec décarboxylationconcomitante); la réaction 2 est une réaction d’hydrolyse de la liaison esterintramoléculaire.- La première réaction de la voie (oxydation du glucose) a un ΔG << 0 et donc laréaction est irréversible.

PHASE 1 : OXYDATIONS (RÉACTIONS 1‐3)

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SuiteVoie

Synthèse ADN+ ARNPhosphopentose

isomérase

Phosphopentoseépimérase

Réactions similaires à celles de la glycolyse pour laconversion du G6P F6P et du DHAP GAP

Réaction 4

Réaction 5

Phosphopentoseisomérase

Épimères:Deux oses sont épimères s'ils diffèrent, sur un carbone asymétrique, par la position d' un seul groupe hydroxyle (-OH)

PHASE 2 : RÉORGANISATION PAR ISOMÉRISATION OU ÉPIMÉRISATION (RÉACTIONS 4 & 5)

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Série de réactions qui transfèrent des groupes à 2 ou 3 atomes de carbone, catalysées par deux enzymes: Transcétolase et Transaldolase

2 (Transcétolase)

3 (Transaldolase)

2 (Transcétolase)

Transcétolase: 2 atomes de C Transaldolase: 3 atomes de C

Les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphates, catalysent l’interconversiondes glucides à 3, 4, 5, 6 et 7 atomes de carbones.

final

PHASE 3 : RÉORGANISATION PAR TRANSFERT DE GROUPES CARBONÉS (RÉACTIONS 6‐8)

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Réaction 7

Bilan total:Ribose-5P + 2 Xylulose-5P ↔ 2 F6P + GAP

Le cétose est toujoursle donneur descarbones et l’aldose estl’accepteur. Le cétoseaprès la réactiondevient un aldose etvice-versa.

Réaction 6

Réaction 8

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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

1. Introductionvue d’ensemble de la voie

2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates

3. Bilan de la voie des pentoses phosphates

4. Régulation de la voie des pentoses phosphates

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La voie des pentoses phosphates peut devenir un cycle qui oxyde leglucose en CO2

Glycolyse

Voie des pentosesphosphate

Glucose

Pyruvate

Nucléotides

Gluco-néogenèse

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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

1. Introductionvue d’ensemble de la voie

2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates

3. Bilan de la voie des pentoses phosphates

4. Régulation de la voie des pentoses phosphates

• La première étape de la branche oxydative , catalysée par la Glucose‐6‐phosphatedéshydrogénase, est irréversible et contrôle donc le flux dans la voie:

‐ le facteur régulateur le plus important est la concentration du NADP+ (disponibilité du substrat)

‐ le NADPH est inhibiteur compétitif de la Glucose‐6‐phosphate déshydrogénase(compétition avec le NADP+ pour la liaison à l’enzyme)

• Les étapes de la branche non oxydative sont toutes réversibles, donc la direction des réactions dans cette branche dépend de la disponibilité des substrats

Glucose-6-phosphate

déshydrogénase

Glucose 6P

6-Phosphogluconolactone

(+) NADP+

(-) NADPH

4. RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE

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Glucose

Glycogène

Glucose-6-phosphate

Pyruvate

Ribose 5-phosphate

Acides aminés Lactate

Acetyl-CoA

Dégradation du glycogène Synthèse du glycogène

Voie des Pentoses Phosphates

NéoglucogenèseGlycolyse

Cycle de l’acide citrique (ou de Krebs) → CO2

Les connections de la glycolyse et de la néoglucogenèse

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MODES DE RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES

PHOSPHATE

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Exemple: les cellules en division rapide ont besoin de beaucoup de ribose-5P pour la synthèse d’ADN.

Transcétolase+

Transaldolase

La phase 3 de la voie est utilisée:‐ le glucose‐6P est converti en fructose‐6P et glycéraldéhyde‐3P par la glycolyse.‐ transcétolase et transaldolase catalysent la formation du ribose‐5P à partir du F6P et GAPpar les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphate (en sens opposé).

BILAN:

5 Glucose-6P + ATP 6 Ribose-5P + ADP + H+

La phosphopentose isomérase et laphosphopentose épimérase catalysent laconversion du xylulose-5P en Ribose-5P

MODE 1: une quantité plus grande de ribose‐5P que de NADPH est nécessaire

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Phase 1: oxydations (1‐3)

Phase 2: réorganisationpar isomérisation etépimérisation (4 et 5)

Phase 3: réorganisationpar transfert de groupes

carbonés (6‐8)

Transaldolase

Transcétolase

Phosphopentoseisomérase

Phosphopentoseépimérase

Transcétolase

6-Phosphogluconolattonase

6-Phosphogluconate

déshydrogénase

Glucose-6-phosphate

déshydrogénase

Ribulose 5-P6-Phospho

gluconolactoneGlucose 6-P

6-Phosphogluconate

Ribose 5-p

Xylulose 5-p

Fructose 6-P Érythrose 4-P Fructose 6-P Glycéraldéhyde 3-P

Glycéraldéhyde 3-P Sédoheptulose 7-P

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BILAN:

Glucose-6P + 2 NADP+ + H2O Ribose-5P + 2 NADPH + 2 H+ + CO2

La branche oxydative de la voie des pentoses phosphate est utilisée:‐ Le glucose‐6P est converti en ribulose‐5P par la branche oxydative de la voie des pentosesphosphate.‐ Le ribulose‐5P est ensuite isomérisé en ribose‐5P par la phosphopentose isomérase

Phosphopentoseisomérase

MODE 2: les besoins en ribose‐5‐phosphate et NADPH sont équilibrés

Exemple: les cellules du tissuadipeux ont besoin debeaucoup de NADPH pour lasynthèse des acides gras

BILAN:

Glucose-6P + 12 NADP+ + 7 H2O 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi

Toute la voie est utilisée:‐ le fructose‐6P et le glycéraldéhyde‐3P obtenus par la phase 3 sont reconvertis en glucose‐6Ppar la voie de la gluconéogenèse (la voie fonctionne comme un cycle qui permet d’oxydercomplètement une molécule du G6P).

Gluconéogenèse

MODE 3: une quantité plus grande de NADPH que de ribose‐5P est nécessaire

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Réactions partielles:

(1) 6 Glucose-6P + 12 NADP+ + 6 H2O 6 Ribose-5P + 12 NADPH + 12 H+ + 6 CO2

(2) 6 Ribose-5P 4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P

(3) 4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P + H2O 5 Glucose 6-phosphate + Pi

TOT Glucose-6P + 12 NADP+ + 7 H2O 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi

Gluconéogenèse

(1)(1)

(2)

(2)

(3)

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Glycolyse

Glycolyse

‐Toute la voie est utilisée:‐le fructose‐6P et le glycéraldéhyde‐3P obtenus par la phase 3 sont convertis en pyruvate par lavoie de la glycolyse. On obtient du NADH et de l’ATP .

BILAN:

3 G6P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP 5 Pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8 H+

MODE 4: une quantité plus grande de NADPH que de ribose‐5P est nécessaire

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(1) 3 Glucose-6P + 6 NADP+ + 3 H2O 3 Ribose-5P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2

(2) 3 Ribose-5P 2 Fructose-6P + 1 Glycéraldéhyde-3P

(3) 2 Fructose-6P + 4 NAD+ + 6 ADP + 4 Pi 4 Pyruvate + 4 NADH + 6 ATP + 4 H2O + 2 H+

(4) 1 Glycéraldéhyde-3P + NAD+ + 2 ADP + 1 Pi 1 Pyruvate + 1 NADH + 2 ATP + 1 H2O

3 G6P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP 5 Pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8 H+

Pentoses phosphate

Glycolyse

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Le squelette de carbone pour la synthèse des AA provient des intermédiaires de laglycolyse, de la voie de pentoses phosphate ou du cycle de Krebs