Cours 1ière année Pharmacie 2014-2015Biochimie métabolique

Pr Sanae Bouhsain

Plan 1- Définition

2- Réactions de la glycolyse

3- Bilan énergétique de la glycolyse

4- Régulation de la glycolyse

5- Utilisation d’autres sucres dans la glycolyse

6- Principales anomalies de la glycolyse

Conclusion

1- Définition Glycolyse dérive du grecque glik

(sucre) et lyssis (dissolution)

Glycolyse: voie du catabolisme oxydatif , cytoplasmique, anaérobique avec production de:2 molécules de pyruvate (C3)Molécules riches en énergie (NADH,H+

et ATP)

Historique 1897: Hans et Buchner découvrent que des

extraits acellulaires de levure permettent la fermentation des sucres.

1905: Harden et Young découvrent que pour dégrader les sucres il faut du phosphate.des réactifs comme l’acide iodoacétique et le fluorure

de sodium bloquent le métabolisme des sucres.

1940: Embden, Mayerhof et Parnas proposent la séquence de 10 réactions de la voie de « glycolyse ».

II

• 10 réactions catalysées par 10 enzymes: 2phases• Phase 1

• Préparation avec phosphorylation • Utilisation d’énérgie• Réactions 1 à 5

• Phase 2– Oxydation– production d’énérgie – Réactions 6 à 10

Réaction 1: Hexokinase/ Glucokinase

Réaction : spontanée , irreversible, réaction clé

Hexokinase Glucokinase

Site Ubiquitaire Hepatocytes

Cellule beta pancreas

Cinétique Faible Km

Vmax basse

Km élevé

Vmax élevée

Régulation G-6-phosphate (G6P)

Non assurée par G6P

Conditions d’activité

Faible concentration de glucose.

Haute concentration de glucose

Réaction 2: Glucose 6-P- isoméraseTransformation d’un aldose en cétose

Aldose Cétose

Réaction 3: Phosphofructokinase (PFK 1) utilise ATP

Réaction: spontanée, exergonique, limitante

Réaction 4: Aldolase Scission en 2 trioses isomères

+++

Aldose

Cétose

Réaction 5: Triose Phosphate Isomérase

Réaction 6: Glycéraldéhyde 3- phosphate déshydrogénase

Réaction 7: Phosphoglycérate kinase (PGK)

C

C

CH 2 O PO 32

O O PO 32

H O H

C

C

CH 2 O PO 32

O O

H O H

A D P A T P

1

22

3 3

1

M g 2+

1 , 3 - b i s p h o s p h o - 3 - p h o s p h o g l y c e r a t e g l y c e r a t e

P h o s p h o g l y c e r a t e K i n a s e

- Réaction de phosphorylation liée au substrat: Produit une molécule d’ATP

RappelPhosphorylation au niveau du substrat

Phosphorylation de l’ADP en ATP par couplage avec une réaction d’hydrolyse d’une molécule riche en énergie

Processus au cours duquel de l’ATP est produit en dehors de la chaine respiratoire

Survient au cours du métabolisme à 3 endroits:Glycolyse: réactions catalysées par la:

phosphoglycérate kinase (PGK)pyruvate kinase (PK)

Cycle de Krebs: réaction catalysée par succinyl CoA synthétase

Réaction 8: Phosphoglycérate mutase

Réaction 9: Enolase

C

C

C H 2 O H

O O

H O P O 32

C

C

C H 2 O H

O O

O P O 32

C

C

C H 2

O O

O P O 32

O H

2

3

1

2

3

1

H

2 -p h o s p h o g ly c e r a t e e n o la t e in t e r m e d ia te p h o s p h o e n o lp y r u v a te

E n o la s e

Réaction de déshydratation Mg++-dependante

Réaction 10: Pyruvate Kinase

C

C

CH 3

O O

O2

3

1A D P A T PC

C

CH 2

O O

O PO 32

2

3

1 C

C

CH 2

O O

O H2

3

1

p h o s p h o e n o l p y r u v a t e e n o l p y r u v a t e p y r u v a t e

P y r u v a t e K i n a s e

- Réaction exergonique irréversible

- Enzyme clé de la glycolyse

- Phosphate transféré à l’ADP avec formation d’ATP (Phosphorylation au niveau du substrat)

Récapitulatif des réactions de la glycolyse

Enzyme Glycolyse/ReactionGo'

kJ/molG

kJ/mol

1- Hexokinase -20.9 -27.22- Phosphoglucose Isomerase +2.2 -1.43- Phosphofructokinase 1 -17.2 -25.94- Aldolase +22.8 -5.95- Triosephosphate Isomerase +7.9 negative

6- Glyceraldehyde-3-P Dehydrogenase7- Phosphoglycerate Kinase

-16.7 -1.1

8- Phosphoglycerate Mutase +4.7 -0.69-Enolase -3.2 -2.410- Pyruvate Kinase -23.0 -13.9

*Values in this table from D. Voet & J. G. Voet (2004) Biochemistry, 3rd Edition, John Wiley & Sons, New York, p. 613.

Bilan variable:(Aérobie ou anaérobie? )

Conditions aérobiques: mitochondriePyruvate: cycle de krebsNADH, H+: chaine respiratoire mitochondriale

(3 ATP)

Conditions anaérobiques: (lactate déshydrogénase LDH)

12

BILAN total DE LA GLYCOLYSEGlycolyse (-O2)

Réactions 7 et 10 : 4ATPDépart : Réactions 1 et 3 : dépense - 2 ATPBilan net 2 ATP

GLYCOLYSE (+ O2)Réaction 6: 2 NADH réd.(CRM) 6 ATPRéactions 7 et 10 : Kinase 4 ATPDépart : Réactions 1 et 3 : dépense - 2 ATP Bilan net 8 ATP

Régulation de la glycolyse

Régulation intéresse les enzymes:Catalysent réactions fortement exergoniquesIrréversiblesGrande importance de l’étape limitante

Les enzymes clés:Hexokinase/ GlucokinasePhosphofructokinase-1 (PFK1): étape

limitantePyruvate kinase

Glucose-6-phosphate: inhibiteur allostérique de l’hexokinase

Hexose-6-P

Hexokinase

ADP

ATP Hexoses

Pas de régulation allostérique

Feedback inhibition par glucose-6-P

Glucose

(foie; pancreas)Glucokinase

Glucose-6-P

1- Régulation de l’Hexokinase / Glucokinase

En période alimentaire:- Forte concentration glucose: activation Glucokinase (Vmax élevé)- Action insuline: induction synthèse de l’enzyme

2- Régulation de la PFK1: contrôle allostérique

• Inhibiteurs allostériques: ATP, citrate

• Activateur allostérique: Fructose 2,6 biphosphate (F2,6BP)+++:Provient du fructose 6 PSous l’action d’une enzyme PFK2 (PhosphoFructo

kinase 2)

PFK 2Enzyme bifonctionnelle

Une partie PFK2: phosphofructokinase 2 (fonction kinase)Une partie F2,6BPase: fructose 2,6 biphosphatase (fonction

phosphatase)

Choix entre les deux fonctions contrôlé par phosphorylation de l’enzyme ++++:PFK2 dephosphorylée:

PFK2 (fonction kinase) active et F2,6BPase (fonction phosphatase) inactive

PFK2 phosphorylée: PFK2 (fonction kinase) inactive et F2,6BPase (fonction phosphatase) active

En période post prandiale, L’insuline:Déphosphorylation de la PFK2: action d’une

phosphodietérase activée par l’insuline PFK2 active Production de F2,6BP Activation de PFK1 Activation de la glycolyse

• En période de jeûne physiologique,le glucagon:Phosphorylation de la PFK2 (Active la PKA,

formation de l’AMPc) PFK2 inactive Absence de de F2,6BP Inhibition de la glycolyse Glucose réservé aux tissus gluco-dépendants

PFK2 dephosphorylée par phosphatase:PFK-2 - activeFBPase-2 - inactive

Fructose-6-phosphate

Fructose-2,6-bisphosphate

ATP

ADP

fructose-6-phosphate

PFK2 phosphorylée par proteine kinase A:FBPase-2 - active PFK-2 - inactive

fructose-2,6-bisphosphate

H2O

Pi

Le choix entre le deux fonctions est contrôlé par phosphorylation de l’enzyme PFK2.++++

Régulation allostérique

Activateur allostérique: F-1,6-BP (témoin de l’activité de la glycolyse)

Inhibiteurs allostériques : acétyl- CoA, ATP, Alanine et citrate

Régulation covalente hormonale

Forme déphosphorylée active: par l’insuline (phosphatase)

Forme phosphorylée inactive: par Glucagon (protéine kinase A )

3- Régulation de la Pyruvate kinasecontrôles: allostérique et covalent

Dans les hématies l’ATP est utilisée pour assurer le fonctionnement de la pompe sodium (Na)-potassium (K) afin de maintenir le taux de K intracellulaire

Déficit en pyruvate kinase : dédicit en ATP, la pompe NA-K est non fonctionnelle: hémolyse, ictère, anémie.

Déficit enzymatique héréditaire: déficit en pyruvate kinase érythrocytaire

Déficit en transporteurs: Déficit en GLUT2 Syndrome de Fanconi-Bickel (SFB)

Transmission : autosomique récessive Étiologie: mutations du gène du transporteur GLUT2 GLUT2:

facilite la libération du glucose et d'autres hexoses des cellules de l'intestin et du tubule proximal

favorise l'entrée et la libération de ces sucres dans les hépatocytes et les cellules bêta du pancréas.

Clinique: Accumulation de glycogène dans le foie et les reins Hépatosplénomégalie Insuffisance rénale tubulaire sévère Rachitisme et retard de croissance

Régime pauvre en galactose avec le fructose pour principale source en carbohydrates

Traitement symptomatique: hydratation, vitamine D….

Intolérance au lactose

Très répondue dans le monde

Intolérance au laitAbsence d’une enzyme dans l’intestin: lactaseLactose non digéréClinique: diarrhée, crampes abdominales

Traitement: éliminer le lait de l’alimentation

Ganglions supra-claviculaires

Ganglions médiastinaux

Image en PET scan d ’un patient atteint de lymphome

avec du 18fluorodeoxyglucose

Glycolyse a lieu dans le cytoplasme

10 réactions

Deux phases : activation et récupération d’énergie

Production d’ATP

Production de NADH

Régulation : 3 enzymes clés+++Hexokinase/ GlucokinasePhosphofructokinase-1 (PFK1)Pyruvate kinase