Biochimie Métabolique - UVT - Université Virtuelle de … Métabolique La glycolyse Université...

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  • Ministre de lEnseignement Suprieur, de la Recherche Scientifique et de la Technologie

    Universit Virtuelle de Tunis

    Biochimie Mtabolique

    La glycolyse

    Mounir FERCHICHI

    Attention !

    Ce produit pdagogique numris est la proprit exclusive de l'UVT. Il est strictement interdit de le reproduire des fins

    commerciales. Seul le tlchargement ou impression pour un usage personnel (1 copie par utilisateur) est permis.

  • Biochimie Mtabolique La glycolyse

    Universit Virtuelle de Tunis

    Objectifs

    1. Retenir les caractristiques dune voie catabolique : rduction du nombre de carbones du substrat, formation de cofacteurs rduits riches en nergie et/ou de lATP, gnration de prcurseurs de biosynthse.

    2. Apprendre les squences de la glycolyse en portant une attention particulire aux enzymes catalysant les ractions rversibles et irrversibles.

    3. Retenir les ractions de consommation de lATP et celles lorigine de la

    production de lATP.

    4. Connatre le devenir du pyruvate lissue de la glycolyse, les enzymes qui sont impliques. Revoir la squence de loxydation du pyruvate en actyl-CoA, les enzymes et lordre dintervention des coenzymes libres ou activateurs impliqus.

    5. Apprendre et retenir les formules dveloppes et cycliques des hexoses et

    hexoses phosphates : glucose, glucose 6-phosphate, fructose, fructose 6-phosphate, fructose 1,6-bisphosphate ; les formules dveloppes des trioses phosphates : glycraldhyde 3-phosphate et du dihydroxyactone 3-phosphate.

    6. Apprendre les principales ractions catalyses par la glycogne phosphorylase et

    la glycogne synthase, les deux enzymes-cls de la dgradation et de la synthse du glycogne.

    7. Apprendre et connatre les diffrentes tapes enzymatiques de la dgradation et

    de la synthse du glycogne.

    2 Mounir FERCHICHI

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    1. Introduction

    La glycolyse est encore appele voie D'emben-Meyeroff-Parnas. Elle dgrade le glucose avec production dATP et de mtabolites intermdiaires qui peuvent tre repris dans dautres squences mtaboliques. C'est la premire voie qui a t lucide compltement dans les processus fermentaires avec tous les constituants (substrats, enzymes, cofacteurs, et squence). La glycolyse se droule entirement dans le cytosol. Cest le processus indispensable qui prpare la dgradation des glucides mtabolisables, qui les conduit tous un intermdiaire commun, le glycraldhyde-3-phosphate.

    La glycolyse arobie conduit la formation de 2 ATP, de 2 NADH,H+ et 2 pyruvate. Elle est ainsi nomme car la rgnration de NAD+ ncessite loxydation de NADH,H+ form par loxygne. Elle est aussi considre comme phase indispensable la formation du pyruvate et de sa conversion mitochondriale en Actyl-CoA, carburant essentiel du cycle de Krebs. Le glucose, dans ces conditions, subit une oxydation totale en CO2 et en H2O.

    La glycolyse anarobie produit aussi 2 ATP, 2 NADH,H+ et 2 pyruvate. Les ractions suivantes dpendent, la fois, de lquipement enzymatique de la cellule et de la disponibilit en oxygne. Elles conduisent la roxydation du NADH,H+ avec une production finale :

    - Soit du lactate (fermentation lactique) : Cest ce systme qui fournit de lATP aux cellules qui ne possdent pas de mitochondries comme les globules rouges et aux cellules en hypoxie comme les muscles stris en contraction rapide.

    - Soit de lthanol (fermentation alcoolique).

    La glycolyse semble tre le processus le plus simple et le plus primitif qui ait t utilis depuis l'origine lorsque les organismes vivaient dans une atmosphre prive d'oxygne. Les organismes actuels, vivant en arobiose, ont conserv la glycolyse comme une tape prparatoire au catabolisme arobie des glucides.

    3 Mounir FERCHICHI

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    2. Entre du glucose dans la cellule

    Le glucose ne peut pntrer dans la cellule par simple diffusion. Son entre est assure par les deux mcanismes suivants :

    - Transport facilit : On connat actuellement 5 transporteurs membranaires de glucose appels GLUT numrots de 1 5 soit GLUT-1 GLUT-5. Ces protines ont une certaine homologie dans les premires squences mais prsentent ensuite des squences spcifiques leurs membranes de rsidence. Cest ainsi que GLUT-4 est abondant dans les adipocytes et les cellules des muscles stris alors que les rythrocytes sont riches en GLUT-1. Le nombre et lactivit de GLUT-4 sont augments par linsuline.

    - Cotransport : Ce type de transport est un processus actif qui consomme de lnergie. Le glucose est transport contre le gradient cest--dire dun milieu concentration faible en glucose vers lintrieur de la cellule concentration plus leve en glucose. Le glucose et le Na+ sont transports dans le mme sens et en mme temps travers la membrane. Ce type de transport intervient dans les cellules pithliales, dans lintestin, dans le rein, etc.

    3. Etapes enzymatiques de la glycolyse

    La glycolyse est une srie de ractions enzymatiques au nombre de 10, catalyses par 10 enzymes. Elles sont toutes localises dans la fraction soluble du cytoplasme ou cytosol. Tous les intermdiaires de la glycolyse entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryls. Leur groupement phosphoryl a 3 fonctions essentielles :

    Il affecte chaque intermdiaire d'un groupe polaire charg ngativement, qui le rend incapable de traverser la membrane cellulaire, pH 7, par simple diffusion.

    Le groupement phosphate intervient comme un groupe de liaison et de reconnaissance pour la formation des complexes enzyme-substrat.

    Enfin ce groupement phosphate intervient dans la conservation de l'nergie qui

    contribuera la formation des 2 ATP de la glycolyse.

    La glycolyse est divise en deux grandes phases :

    4 Mounir FERCHICHI

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    - La premire phase est celle o convergent un grand nombre d'hexoses mtabolisables aprs leur phosphorylation ou la phosphorolyse des polyosides aux dpens de l'ATP. Ils sont ensuite tous transforms en un produit commun qui est le glycraldhyde 3- . On lappelle encore phase de consommation de lATP.

    - La deuxime phase, commune tous les hexoses, est caractrise par une squence de ractions qui conduisent la formation dun pyruvate, 2 ATP et dun NADH,H+, suite loxydation dun glycraldhyde 3- .

    A. ETAPES ENZYMATIQUES DE LA PREMIERE PHASE

    3.1. PHOSPHORYLATION DU GLUCOSE PAR L'ATP

    C'est la premire grande tape. Elle est consommatrice d'une molcule d'ATP (ou dune liaison phosphate riche en nergie). La raction, irrversible, est catalyse par l'hexokinase ou la glucokinase. La glucokinase est spcifique du glucose alors que l'hexokinase, qui est rencontre dans la plupart des cellules, phosphoryle le glucose mais aussi les autres hexoses comme le fructose, le galactose, la glucosamine, etc. Comme dans toutes les phosphorylations Mg++ est indispensable. La raction catalyse est la suivante :

    ATP + glucose ADP + Glucose-6-phosphate + ADP

    ATP + CH2OH-(CHOH)4-CHO -O-CH2-(CHOH)4-CHO + ADP

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    3.2. ISOMERISATION DE GLUCOSE 6- EN FRUCTOSE 6-

    Cette raction est catalyse par la phosphoglucoisomrase (PGI). C'est une raction d'isomrisation, rversible. Elle est spcifique de ces deux composs au point qu'en partant de l'un on arrive toujours au mme quilibre.

    Glucose-6- Fructose-6-

    -O-CH2-(CHOH)4-CHO -O-CH2-(CHOH)3-CO-CH2OH

    3.3. PHOSPHORYLATION DU FRUCTOSE 6- EN FRUCTOSE 1,6-BIS

    La raction est assure par la phosphofructokinase 1 (PFK1) ou fructose-6-phosphate kinase comme suit :

    ATP + fructose 6- Fructose-1,6-bis + ADP

    ATP + -O-CH2-(CHOH)3-CO-CH2OH ADP + -O-CH2-(CHOH)3-CO-CH2-O-

    LUTP peut remplacer l'ATP. C'est une enzyme allostrique ou rgulatrice qui est inhibe par les fortes concentrations d'ATP. Le Mg2+ est indispensable. La raction est totalement irrversible.

    3.4. CLIVAGE DU FRUCTOSE -1,6-BISPHOSPHATE

    La raction, rversible, est catalyse par la fructose-1,6-bisphosphate aldolase (aldolase 1 ou ). Cest une aldhyde lyase.

    Fructose 1,6-bis 3- glycraldhyde + 3- dihydroxyactone

    -O-CH2-(CHOH)3-CO-CH2O- -O-CH2-CHOH-CHO + -O-CH2-CO-CH2OH

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    3.5. INTERCONVERSION DES TRIOSES-PHOSPHATES

    Seul le glycraldhyde 3- est dgrad dans la suite des ractions de la glycolyse. La 3- dihydroxyactone est utilise aprs conversion en 3- glycraldhyde. La raction est catalyse par une phosphotriose isomrase (Oxydorduction isomrase). Cette raction termine la premire phase de la glycolyse.

    3- glycraldhyde 3- dihydroxyactone

    -O-CH2-CO-CH2OH -O-CH2-CHOH-CHO

    A la fin de cette phase tous les hexoses prsentent la raction globale suivante :

    Hexose + 2 ATP 2 glycraldhyde 3- + 2 ADP

    La figure 1 ci-dessous rsume la squence des ractions de la phase 1.

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    Figure 1. La premire phase de la glycolyse conduit la formation de 2 glycraldhyde 3- . Il y a consommation de 2 liaisons phosphates riches en nergie sous forme de 2 ATP

    B. ETAPES ENZYMATIQUES DE LA SECONDE PHASE

    Cette 2me phase est celle de production de lATP et du pyruvate. Elle contient la seule raction d'oxydorduction de la glycolyse qui conduira la formation de NADH,H+. Les deux glycraldhyde obtenus dans la premire phase vont subir une squence de ractions jusquau pyruvate. La squence sera dcrite avec une molcule de glycraldhyde 3-

    3.6. OXYDATION DU 3- GLYCERALDEHYDE EN 3- GLYCEROYL-1-

    L'enzyme qui catalyse la raction est la 3-Phosphoglycraldhyde dshydrognase. Elle exige la prsence du phosphate minral. Le groupe carboxyle issu de loxydation de la fonction aldhyde est li, par une liaison riche en nergie au phosphate. Le produit obtenu est le 3-phosphoglycroyl-1-phosphate. Les lectrons librs sont pris en charge par le NAD+. La squence des ractions est rversible et illustre sur la figure 2

    8 Mounir FERCHICHI

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    3- glycraldhyde + NAD+ + Pi 3- glycroyl - + NADH,H+

    -O-CH2-CHOH-CHO + H3PO4 + NAD+ -O-CH2-CHOH-CO-O- + NADH,H+

    3.7. TRANSFERT DU PHOSPHATE SUR ADP - SYNTHESE DE L'ATP

    Il est catalys par la 3-phosphoglycrate kinase (Phosphotransfrase). La raction est rversible. On obtient :

    3- glycroyl-1- + ADP 3- glycrate + ATP

    En rsum, par l'intermdiaire des deux enzymes (Complexe multi-enzymatique de la 3-phosphoglycrade dshydrognase) nous avons la raction rsultante qui conduit la formation de l'ATP.

    Glycraldhyde 3- + NAD+ + ADP + Pi glycrate 3- + NADH,H+ + ATP

    -O-CH2-CHOH-CHO + NAD+ + ADP + Pi

    -O-CH2-CHOH-COO- + NADH,H+ + ATP

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    Figure 2 : La seconde phase est la squence des ractions transformant le glycraldhyde 3- en pyruvate. Elle comporte la seule raction doxydorduction de la glycolyse. Le bilan de cette phase, lorsquon part des deux glycraldhyde 3- fournis par la phase 1, est :

    2 glycraldhyde 3- + 4 ADP + 2 Pi +2 NAD+ 2 Pyruvate + 4 ATP + 2 NADH,H+

    3.8. ISOMERISATION DE 3-PHOSPHOGLYCERATE EN 2-PHOSPHOGLYCERATE

    Le phosphate est dplac de la position 3 la position 2. La raction est catalyse par la phosphoglycrate mutase (Isomrisation avec transfert intramolculaire de radical); Mg2+ est indispensable. La raction est rversible.

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    Glycrate 3- glycrate 2-

    3.9. DESHYDRATATION DU GLYCERATE 2- EN PHOSPHOENOLPYRUVATE

    C'est la seconde raction qui va donner naissance la formation dune liaison phosphate riche en nergie. Elle est catalyse par une nolase (hydratase). Cette limination d'eau entrane unrarrangement lectronique dans la molcule. Elle conduit la formation du phosphonolpyruvate, la molcule la plus riche en nergie fabrique par la cellule.

    Glycrate 2- Phosphnolpyruvate + H2O

    3.10. TRANSFERT DU PHOSPHATE DU PHOSPHOENOLPYRUVATE SUR ADP

    Cette raction est catalyse par la pyruvate kinase (phosphotransfrase). Mg++ ou Mn++ est indispensable. La formation du pyruvate termine la squence des ractions de la glycolyse :

    Phosphonolpyruvate + ADP Pyruvate + ATP

    C. BILAN ENERGETIQUE DE LA GLYCOLYSE

    Pour chaque glucose il y a eu :

    Consommation de 2 ATP lors de la formation du glucose-6- et du fructose-1,6-bis .

    Chaque molcule de glucose donne 2 glycraldhyde 3- . Au niveau de chaque triose phosphate il y a formation d'un NADH,H+, de 2 ATP et dun pyruvate.

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    Le bilan final conduit la formation de 4 ATP et consommation de 2 ATP. La dgradation d'une molcule de glucose dans la glycolyse conduit donc la synthse de 2 ATP et la formation de 2 NADH,H+ et de 2 pyruvate, do la raction globale :

    Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH,H+

    4. Rgnration du NAD+ cytosolique

    Le pool de NAD+ cytosolique constitue le pouvoir oxydant de la glycolyse. Il est utilis lors de la seule raction doxydorduction de la voie avec la formation de NADH,H+. Ce dernier doit tre rgnr pour permettre la glycolyse de se poursuivre.

    En prsence doxygne, les organismes dont les cellules disposent de mitochondries rgnrent le NAD+ par un systme de navettes. Les lectrons de NADH,H+ cytosoliques sont rcuprs et transports sur des NAD+ ou FAD de la matrice mitochondriale. Ils alimenteront le transport des lectrons dans la phosphorylation oxydative, (voir navettes dans le chapitre des phosphorylations cellulaires).

    En labsence doxygne, en condition dapprovisionneur insuffisant et dans les cellules ne disposant pas de mitochondries, la rgnration de NAD+ est lie au devenir du pyruvate.

    5. Devenir du pyruvate

    A la fin des 10 ractions enzymatiques de la glycolyse on obtient, partir du glucose, la formation de 2 molcules d'ATP, de 2 NADH,H+, et de 2 pyruvate dans toutes les cellules. Le devenir du pyruvate va dpendre des conditions suivantes :

    La prsence ou l'absence de l'oxygne dans l'environnement de la cellule La situation nergtique de la cellule Lquipement enzymatique dont la cellule va disposer pour oxyder le NADH,H+.

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    Le pyruvate peut alors

    - dans le cytosol tre transform en lactate ou en thanol

    - dans les mitochondries tre converti en en oxaloactate ou tre totalement oxyd en CO2.

    Figure 3 : Rsum du devenir du pyruvate dans le cytosol et dans les mitochondries

    5.1. REDUCTION DU PYRUVATE EN LACTATE

    Lorsque la cellule ne dispose pas de mitochondries (cas des hmaties), est prive d'oxygne (anarobiose) ou en conditions hypoxiques (tissu musculaire en contraction rapide), le pyruvate est rduit en lactate par le NADH,H+ form au cours de la glycolyse. La raction catalyse par la lactate dshydrognase rgnre le NAD+.

    CH3-CO-COO- + NADH,H+ CH3-CHOH-COO- + NAD+

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    Dans les conditions cites, la raction globale de la dgradation du glucose est :

    Glucose + 2 ADP + 2 Pi 2 lactate + 2 ATP

    Le lactate est le produit final de la dgradation du glucose. Il diffuse dans le milieu extracellulaire et constitue un dchet. Ce dernier, dvers dans le sang chez le mammifre, peut tre retransform dans le foie en glucose. (Voir le cycle des Cori et la noglucogense).

    5.2. TRANSFORMATION DU PYRUVATE EN ETHANOL

    Cette transformation du pyruvate en thanol se rencontre dans les levures qui ne possdent pas de lactate dshydrognase mais possdent la place une pyruvate dcarboxylase (lyase).

    Le pyruvate est dcarboxyl en actaldhyde par la pyruvate dcarboxylase dont le coenzyme est la thiamine pyrophosphate (TPP). Cette raction est irrversible.

    CH3-CO-COO- CH3-CHO + CO2

    L'actaldhyde est rduit en alcool ou thanol. La raction est catalyse par l'alcool dshydrognase avec consommation de NADH,H+ form dans la glycolyse et rgnration de NAD+.

    CH3-CHO + NADH,H+ CH3-CH2OH + NAD+

    Lorsque les ractions de la glycolyse sont poursuivies par la transformation du pyruvate en thanol, on parle de fermentation alcoolique. La raction globale de la dgradation dune molcule de glucoses scrit :

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    Glucose + 2 ADP + 2 Pi 2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP

    5.3. CARBOXYLATION DU PYRUVATE EN OXALOACETATE

    En condition arobie, le pyruvate, une fois transport dans la mitochondrie, peut tre transform en oxaloactate par la pyruvate carboxylase, une ligase allostrique, active par lactyl-CoA. Cette enzyme utilise la biotine comme coenzyme.

    CH3-CO-COO- + CO2 + ATP CH3-CO-CH2-COO- + ADP + Pi

    Loxaloactate form est, la fois, un accepteur catalytique du cycle de Krebs et le mtabolite intermdiaire travers lequel les carbones du pyruvate sont injects dans noglucogense.Voir mcanisme figure 4.

    Figure 4 : Squence des tapes de la raction catalyse par la pyruvate carboxylase, enzyme mitochondriale

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    5.4. OXYDATION DU PYRUVATE EN CO2

    Elle se fait dans la mitochondrie.

    Le pyruvate est transport dans la mitochondrie. Il est dabord transform par le complexe multi-enzymatique de la pyruvate dshydrognase en actyl-CoA.

    CH3-CO-COO- + HSCoA + NAD+ CH3-COSCoA + CO2 + NADH,H+

    Loxydation complte de lactyl-CoA est ralis dans le cycle de Krebs et s'accompagne de la formation de 3 NADH,H+, 1 FADH2 et de 1 GTP. Nous allons le voir dans le cycle de Krebs. La raction globale de loxydation de lactyl-CoA est :

    CH3-COSCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi

    2 CO2 + HSCoA +3 NADH,H+ + FADH2 + GTP

    Lensemble des coenzymes rduits forms (NADH,H+ cytosoliques et

    mitochondriaux, FADH2) au cours de la dgradation complte du glucose sont rgnrs au cours de leur oxydation par la chane respiratoire.

    6. La glycolyse est source de prcurseurs biosynthtiques

    Une voie est considre comme catabolique si elle gnre de lnergie (ATP) ou/et des cofacteurs rduits riches en nergie (NADH,H+ et FADH2) et des prcurseurs de biosynthse. La glycolyse peut tre considre comme une voie catabolique par excellence puisquelle forme les 3 types de composs. Le tableau ci-dessous donne un aperu de quelques prcurseurs biosynthtiques issus de la glycolyse et de leur devenir.

    La glycolyse est gnratrice de prcurseurs de biosynthse :

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    Prcurseurs Produits forms

    Phosphodihydroxyactone

    (PDHA)

    - synthse du glycrol-3- (triglycrides et phospholipides).

    3-Phosphoglycrate

    - synthse de la srine (acide amin important)

    Pyruvate - glucose (noglucogense)

    - Actyl-CoA : synthse des acides gras et des lipides chez les animaux et les vgtaux, synthse des glucides (moisissures et graines des olagineuses en germination)

    - Ethanol (fermentation alcoolique).

    - Formation de loxaloactate (raction anaplrotique)

    - Synthse de lalanine (transamination)

    Phosphonolpyruvate -Synthse de phnylalanine, tyrosine, tryptophane

    Glucose-6- - Synthse du glycogne

    - Synthse du ribose

    - Synthse du glucuronate (dtoxification) et polysaccharides acides ou mucopolysaccharides)

    - synthse de la vitamine C

    7. Entre des autres glucides dans la squence glycolytique

    Tous les glucides mtabolisables sont dgrads travers la squence glycolytique. La seconde phase est commune tous les glucides polymriss ou non. Chaque glucide utilise une squence de ractions qui lui est propre lissue de laquelle il est converti en 3-

    glycraldhyde. Les glucides qui sont dgrads par la voie glycolytique sont : les polysaccharides de rserve comme l'amidon et le glycogne, les disaccharides, les monosaccharides autres que le glucose.

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    7.1. GLYCOGENE ET AMIDON

    Le glycogne et l'amidon alimentaires, soumis laction des enzymes hydrolytiques de la salive, du pancras et de lintestin grle, sont absorbs sous forme de glucose libre, qui est phosphoryl ensuite en glucose 6- . La raction globale peut scrire :

    Glycogne ou amidon (n glucose) + n H2O + n ATP n Glucose 6- + n ADP.

    Exemple : Le glucogne

    Lenzyme principale de la dgradation du glycogne endogne (hpatique et musculaire) est la glycogne phosphorylase qui libre des glucose1- et une dextrine limite. Deux autres enzymes, une glycosyltransfrase et une (1-6) glucosidase interviennent dans la conversion complte du glycogne en glucose 6- . Seul le foie peut transformer le glucose-6- en glucose, excrt dans le sang.

    Phosphorolyse du glycogne :

    La phosphorolyse proprement dite est catalyse par la glycogne phosphorylase. Cette enzyme coupe la liaison (1-4) partir de l'extrmit non rductrice et fixe, sur le carbone 1 du glucose libr, un groupement phosphate, apport par l'ATP, en donnant du glucose 1- . La phosphorolyse est rpte de faon squentielle sur le glycogne jusqu' 4 rsidus glycolyses sur chaque chane avant la liaison (1-6). La structure rsiduelle est appele dextrine limite, rsistant laction plus pousse de la phosphorylase (figure 5).

    Glycosyl-4,4-transfrase :

    La glucosyl-4 :4-transfrase intervient sur la dextrine limite en enlevant sur chaque chane de la dextrine limite un oligosyle form de 3 rsidus glucose pour aller allonger une autre chane de la dextrine limite permettant ainsi la reprise de la phosphorolyse sur cette chane. Aprs laction de cette enzyme il demeure la place de la chane latrale un glucose li par la liaison (1-6).

    18 Mounir FERCHICHI

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    Figure 5 : Dgradation du glycogne : diffrentes tapes enzymatiques.

    Enfin une -glucosidase hydrolyse les rsidus glucose relis par la liaison (1-6) et libre les glucose.

    Aprs laction de ces trois enzymes le glycogne libre essentiellement du glucose 1- (par phosphorolyse) et une faible quantit de glucose (hydrolyse). Le glucose1- est isomris en glucose-6- par la phosphoglucomutase. Le glucose 6- peut entrer dans la glycolyse dans le foie et dans le muscle. Mais lobjectif de la dgradation du glycogne hpatique est avant tout le maintien de la glycmie. Pour ce faire seul le foie, aprs dgradation du glycogne, dispose de la glucose 6-phosphatase, permettant

    19 Mounir FERCHICHI

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    lhydrolyse du glucose 6- en glucose et lexcrtion de ce dernier dans le sang. Les deux ractions catalyses sont les suivantes :

    Glucose 1- Glucose 6- (Phosphoglucomutase) Glucose 6- + H2O Glucose + Pi (Glucose 6-phosphatase)

    7.2. LES DISACCHARIDES

    Les disaccharides ingrs sous forme de saccharose, maltose et lactose sont d'abord hydrolyss en leurs oses constituants. Les enzymes spcifiques sont secrtes par la muqueuse intestinale et leur demeurent fixes :

    Saccharose + H2O glucose + fructose (-fructosidase)

    Maltose + H2O 2 glucose (-glucosidase) Lactose + H2O glucose + galactose (-galactosidase)

    Ces oses vont entrer dans la glycolyse aprs phosphorylation selon les ractions dcrites ci-dessous.

    7.3. LES MONOSACCHARIDES

    Le fructose peut tre phosphoryl sur le carbone 6 par lhexokinase mais cette dernire est sature par le glucose. Il est surtout trait par la fructokinase hpatique qui le phosphoryle sur le carbone 1. La squence des ractions conduisant au glycraldhyde 3- mettra en uvre, dans lordre, la fructokinase, la fructose-1-phosphate aldolase (aldolase 2 ou ), glycraldhyde kinase et la phosphotriose isomrase.

    - Fructose + ATP fructose 1-phosphate + ADP (fructokinase)

    - Fructose 1- glycraldhyde + 3- dihydroxyactone. (Aldolase 2)

    - Glycraldhyde + ATP 3- Glycraldhyde + ADP (Glycraldhyde kinase)

    - 3- dihydroxyactone glycraldhyde 3- (Phosphotriose isomrase)

    20 Mounir FERCHICHI

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    La raction globale est :

    Fructose + 2 ATP 2 glycraldhyde 3- + 2 ADP

    Lactivit de la fructose1-phosphate aldolase est faible et constitue le facteur limitant du mtabolisme du fructose.

    Le galactose peut aussi tre phosphoryl sur le carbone 6 par lhexokinase mais pour les mmes raisons que pour le fructose il est trait par la galactokinase hpatique qui le phosphoryle sur le carbone 1. Il est ensuite engag dans une voie secondaire dinterconversion du galactose en glucose pour son injection dans la glycolyse. La squence fait intervenir, dans lordre, galactokinase, uridylyltransfrase, UDPhexose 4-pimrase et enfin la phosphoglucomutase. Les trois ractions suivent :

    Ractions Enzymes

    1 Galactose + ATP Galactose 1- + ADP galactokinase

    2 Galactose 1- + UDPglucose Glucose 1- + UDPgalactose uridylyltransfrase

    3 UDPgalactose UDP glucose UDPhexose 4-pimrase

    En additionnant les 2 dernires ractions on obtient :

    Galactose 1- Glucose 1-

    Le glucose 1- est isomris par la Phosphoglucomutase en glucose 6- , substrat de la glycolyse.

    8. Rgulation de la glycolyse

    La glycolyse fournit la fois de l'ATP, essentiel pour couvrir les besoins nergtiques des organismes anarobies, et des prcurseurs biosynthtiques. La vitesse de

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    la glycolyse s'tablit de manire satisfaire ces deux besoins. Le processus est donc rgul. Dans les voies mtaboliques les ractions irrversibles sont souvent les lieux de contrle (lieux de rgulation). Les trois sites de rgulation se situent au niveau des 3 enzymes allostriques catalysant les ractions irrversibles de la glycolyse savoir :

    L'hexokinase, la phosphofructokinase 1 (PFK1) et la pyruvate kinase.

    8.1. REGULATION ALLOSTERIQUE

    La rgulation de la glycolyse est conditionne par ltat nergtique de la cellule. Les principaux signaux qui vont dclencher le phnomne sont : le rapport ATP/AMP, le taux de citrate et le niveau de fructose 2,6-bisphosphate fabriqu par le foie, voir figure 6.

    8.1.1. Phophofructokinase 1 (ou PFK1) :

    ATP/AMP : La phophofructokinase 1 est l'lment le plus important dans le contrle de la glycolyse. Elle est inhibe par les fortes concentrations cellulaires de l'ATP (ATP/AMP lev) qui abaissent l'affinit de l'enzyme pour le fructose 6-phosphate. Les besoins en ATP sont satisfaits. Cette enzyme est le type de l'enzyme allostrique. L'ATP se fixe sur un site rgulateur diffrent du site catalytique de lenzyme. L'effet inhibiteur de l'ATP est lev par AMP (ATP/AMP faible). Dans ce cas le niveau de lATP est devenu faible suite sa consommation. Il faut alors ramorcer la formation du fructose 1,6-bisphosphate pour alimenter la seconde phase de la glycolyse en mtabolites intermdiaires.

    Citrate : La phosphofructokinase 1 est aussi inhibe par le citrate, premier produit form dans le cycle de Krebs. Un taux lev de citrate indique que le cycle de Krebs fonctionne au ralenti et que les prcurseurs biosynthtiques sont en quantit suffisante. Dans ces conditions la dgradation du glucose n'est plus ncessaire. En rsum le citrate renforce l'action inhibitrice de l'ATP.

    Fructose 2,6-bisphsphate : Ce compose est issu de la phosphorylation du fructose 6-phosphate par la phosphofructokinase 2 hpatique (PFK2). Il active la phosphofructokinase 1 donc la glycolyse. En fait il intervient dans la rgulation rciproque de la glycolyse et de la noglucogense hpatiques. Nous en reparlerons ultrieurement.

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    8.1.2 Hexokinase :

    L'inhibition de la phosphofructokinase 1 entrane, en amont par voie de consquence, l'lvation de la teneur en glucose 6 . Ce dernier est un effecteur ngatif de l'hexokinase mais il est sans effet sur la glucokinase hpatique.

    Figure 6 : Rgulation allostrique de la glycolyse.

    8.1.3. Pyruvate kinase :

    La pyruvate kinase est la troisime enzyme allostrique de la glycolyse. Elle est inhibe par lATP mais fortement active par le fructose 1,6-bis .

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    8.2. REGULATION HORMONALE

    La consommation dun aliment riche en glucides ou linjection dinsuline augmente la teneur du foie en glucokinase, en phosphofructokinase et en pyruvate kinase. Ces changements rsultent de lactivation de la transcription des gnes correspondants. Laugmentation de ces enzymes active la glycolyse. Inversement la transcription de ces gnes est abaisse et les concentrations des enzymes dcroissent lorsque le plasma sanguin est riche en glucagon comme dans le jene ou en cas de diabte (figure 7).

    Figure 7 : Rgulation hormonale de la glycolyse.

    9. Coopration entre le muscle stri et le foie (cycle des CORI)

    Le muscle squelettique, en contraction rapide, fonctionne presque exclusivement avec l'ATP issu de la glycolyse, soit 2 ATP par molcule de glucose avec formation de deux lactate. Ceci suppose la dgradation dune norme quantit de glucose pour satisfaire les besoins du muscle. Le stock du glycogne musculaire tant limit, un

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    approvionnement en glucose extrieur savre indispensable. Il fait intervenir le processus connu sous le nom de cycle des CORI.

    Le lactate, form lissue de la glycolyse dans la cellule musculaire, est repris par le sang et conduit jusqu'au foie o il est transform en pyruvate, puis en glucose. Ce glucose est rapport au muscle par le sang pour y tre utilis. La transformation du pyruvate en glucose est appele la noglucogense et le processus du stockage du glucose excdentaire dans le foie ou dans le muscle est la glycognognse.

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    MUSCLE

    SANG FOIE

    Glucose sang Glucose

    Glucose 6-P Glucose 6-P

    CYCLE

    Glycolyse des Noglucogense

    CORI

    Pyruvate Pyruvate

    Lactate sang Lactate

    Figure 8 : Coopration entre le muscle squelettique et le foie ou Cycle des CORI. Le lactate form dans le muscle est rejet dans le sang qui le transporte jusquau foie. Une fois retransform en glucose (noglucogense), ce dernier est retourn au muscle.

    10. Synthse du glycogne

    La synthse du glycogne a pour but la mise en rserve, dans le foie, dune partie du glucose excdentaire lissue dune alimentation riche en glucides et en protines, et dans les muscles la rgnration du stock glycognique dont une fraction a t consomme par une activit physique. La synthse du glycogne se droule essentiellement dans le foie et dans le muscle. Lenzyme principale est la glycogne synthase. Le prcurseur est le glucose 6- .

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    SEQUENCES DES REACTIONS ENZYMATIQUES :

    Isomerisation du glucose 6 en glucose 1- :

    L'enzyme qui catalyse cette raction est la phosphoglucomutase

    Glucose 6- glucose 1-

    Formation de l'UDPglucose :

    Le donneur du rsidu glucose dans la raction de polymrisation des glucoses en glycogne est UDP-glucose. Sa formation est assure par lUDP-glucose pyrophosphorylase qui transfre le radical glucosyle sur lUDP avec libration du pyrophosphate (PPi). Lhydrolyse de ce dernier par une pyrophosphatase favorise la raction.

    UTP + glucose 1- UDP-glucose + PPi

    Synthse dun primer pour initier la synthse du glycogne :

    La glycogne synthase qui assure la formation de la liaison (1-4) est une enzyme dlongation et ne peut initier de novo la synthse du glycogne partir du glucose. Il faut un primer (ou une amorce) qui peut tre obtenu de diffrentes faons :

    utilisation dun fragment de glycogne sous forme de dextrine En labsence de ce fragment, intervention dune protine spcifique : la

    glycognine.

    Elle possde une chane latrale de tyrosine qui sert daccepteur, grce sa fonction -OH, au premier rsidu glucosyle provenant de lUDP-glucose. La formation de la premire liaison osidique est catalyse par une glycogne synthase initiatrice. La glycognine, elle-mme, peut rajouter quelques units glucose lies par des liaisons (1-4) pour terminer le primer (8 units de glucose). Voir figure 9.

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    Elongation de la chaine par la glycogene synthase :

    Llongation de la chane est assure par la glycogne synthase qui transfre le rsidu glucosyle de lUDP-glucose lextrmit non rductrice de la chane du primer ou du glycogne en longation et ralise de faon squentielle la liaison (1-4) suivant la raction :

    Glycogne (n glucose) + UDP-glucose glycogne[(n+1)]glucose + UDP

    LUDP est reconverti ensuite en UTP par une nucloside diphosphate kinase en prsence de lATP.

    ATP + UDP UTP + ADP

    Formation des chanes latrales :

    A tous les 8 rsidus glucose sur la chane linaire synthtise par la glycogne synthase, se forme une branche donnant au glycogne une structure fortement ramifie, ce qui accrot le nombre dextrmits non rductrices, favorables lactivit de la glycogne phosphorylase au moment de la mobilisation des rserves glycogniques. Cette ramification lui assure aussi une solubilit trs grande par rapport lamylose qui possde une structure uniquement linaire. Les ramifications sont assures par une enzyme branchante : amylo(-1,4 -1,6) transglycosylase ou glycosyl(4,6)transfrase. Elle prlve un oligoside de 5 8 rsidus glucose de lextrmit non rductrice de la chane en longation et lattache sur un rsidu glucosyle de la chane principale par une liaison (1-6) (Voir figure 9).

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    Figure 9 : Mcanisme de la synthse du glycogne : diffrentes tapes enzymatiques.

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    Objectifs2. Entre du glucose dans la cellule3. Etapes enzymatiques de la glycolyse3.1. PHOSPHORYLATION DU GLUCOSE PAR L'ATP 3.2. ISOMERISATION DE GLUCOSE 6-( EN FRUCTOSE 6-(3.3. PHOSPHORYLATION DU FRUCTOSE 6-( EN FRUCTOSE 1,6-BIS(3.4. CLIVAGE DU FRUCTOSE -1,6-BISPHOSPHATE 3.5. INTERCONVERSION DES TRIOSES-PHOSPHATES3.6. OXYDATION DU 3-(GLYCERALDEHYDE EN 3-(GLYCEROYL-1-(3.7. TRANSFERT DU PHOSPHATE SUR ADP - SYNTHESE DE L'ATP3.8. ISOMERISATION DE 3-PHOSPHOGLYCERATE EN 2-PHOSPHOGLYCERATE3.9. DESHYDRATATION DU GLYCERATE 2-( EN PHOSPHOENOLPYRUVATE3.10. TRANSFERT DU PHOSPHATE DU PHOSPHOENOLPYRUVATE SUR ADPC. BILAN ENERGETIQUE DE LA GLYCOLYSE

    4. Rgnration du NAD+ cytosolique5. Devenir du pyruvate5.1. REDUCTION DU PYRUVATE EN LACTATE5.2. TRANSFORMATION DU PYRUVATE EN ETHANOL5.3. CARBOXYLATION DU PYRUVATE EN OXALOACETATE5.4. OXYDATION DU PYRUVATE EN CO2

    6. La glycolyse est source de prcurseurs biosynthtiques7. Entre des autres glucides dans la squence glycolytique7.1. GLYCOGENE ET AMIDON Phosphorolyse du glycogne: Glycosyl-4,4-transfrase:

    7.2. LES DISACCHARIDES7.3. LES MONOSACCHARIDES

    8. Rgulation de la glycolyse8.1. REGULATION ALLOSTERIQUE8.1.1. Phophofructokinase 1 (ou PFK1):8.1.2 Hexokinase:8.1.3. Pyruvate kinase:

    8.2. REGULATION HORMONALE

    9. Coopration entre le muscle stri et le foie (cycle des CORI)SANG

    10. Synthse du glycogneSEQUENCES DES REACTIONS ENZYMATIQUES: Isomerisation du glucose 6( en glucose 1-(: Formation de l'UDPglucose: Synthse dun primer pour initier la synthse du glycogne: Elongation de la chaine par la glycogene synthase: Formation des chanes latrales: