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Chapitre 17: La glycolyse
• La voie glycolytique• Réactions de la glycolyse• La fermentation• Régulation métabolique• Métabolisme d’hexoses autre que le glucose
La glycolyse: réaction globale
• Glucose arrive dans le sang suite à l’hydrolyse de di- et poly-saccharides (saccharose, amidon),
• Ou après sa synthèse (dans la gluconéogenèse).• Glucose entre dans la cellule à l’aide d’un
transporteur• Addition de groupements phosphoryle au glucose• Conversion des intermédiaires phosphorylés en
composées de haute énergie.• Hydrolyse de ces composées avec synthèse d’ATP et
formation de pyruvate.
• Réaction globale:• Glucose + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi
--> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
La glycolyse est une voie
métabolique commune à toutes les cellules (1)
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Réactions enzymatiques de la glycolyse
• Catalyse la phosphorylation de glucose en glucose 6-phosphate aux dépens d ’une molécule d ’ATP Glucose + ATP --> Glucose 6-phosphate + ADP + H+
• La réaction est quasi irréversible• Dans le fois une glucokinase remplace la hexokinase • Hexokinase est inhibé par ATP et glucose 6-phosphate
1. Hexokinase
1. Hexokinase
glucose glucose
Modèle compact d’une sousunité
• Catalyse la conversion de glucose 6-phosphate en fructose 6-phosphateGlucose 6-phosphate <---> Fructose 6-phosphate
• La réaction est en équilibre
2. Phosphoglucose isomérase
Phosphoglucose isomérase (2)
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3. Phosphofructokinase-1 (PFK-1)
• Catalyse une étape-clé du contrôle de la glycolyseFructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 1,6-bisphosphate + ADP + H+
• Elle utilise à nouveau une molécule d ’ATP
• La réaction est quasi irréversible• Le produit de la réaction est le
fructose 1,6-bisphosphate• Enzyme allostérique• L ’activité enzymatique est modulée
par des métabolites:fructose 2,6-bisphosphate, ADP et AMP stimulent, ATP et citrate inhibent
4. Aldolase
• Catalyse la scission du fructose 1,6-bisphosphate en deux triose phosphates fructose 1,6-bisphosphate <--> dihydroxyacétone phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate
• La réaction est quasi réversible
• L’Aldolase hépatique utilise fructose 1-phosphate ainsi que fructose 1,6-bis-phosphate comme substrats
5. Triosephosphate isomérase (1)
• Catalyse l ’interconversion des glycéraldéhyde 3-phosphate et dihydroxyacétone phosphate:
dihydroxyacétone phosphate <--> glycéraldéhyde 3-phosphate
• La réaction est réversible
Triosephosphate isomérase
6. Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase
• Catalyse la seule réaction d ’oxydation de la glycolyse
glycéraldéhyde 3-phosphate + NAD+ + Pi <--> 1,3-bisphosphoglycérate + NADH + H +
• La réaction est quasi réversible
L ’arsenic est toxique
• L ’Arséniate est une analogue du phosphate inorganique. L ’enzyme ne fait pas la distinction.
• L ’analogue instable formé est vite hydrolysé.
7. Formation d ’ATP
• ATP est formé par l ’action de la phosphoglycérate kinase:
1,3-bisphosphoglycérate + ADP <--> 3-
phosphoglycerate + ATP
• La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre
• Le groupe phosphoryle riche en énergie est transferé à l ’ADP pour former de l ’ATP
• Le transfert d ’un group phosphoryle riche en énergie est une phosphorylation au niveau du substrat
Formation d ’ATP (2)
R-CO-PO32-
O
R-C-O-H + HOPO32-
OH2O
R-C=O
O-H
R-CH2 - O-PO32- R-CH2-O-H + HOPO3
2-
H2O
G ≤ 12.6 KJ/mol
G > 30 KJ/mol
8. Phosphoglycérate mutase
• Catalyse la conversion de 3-phosphoglycérate en 2-phosphoglycérate
• La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre
9. Enolase
• Catalyse le passage du 2-phosphoglycérate au phosphoénolpyruvate (PEP)
2-phosphoglycérate <--> PEP + H2O
• La réaction est réversible
• Phosphoénolpyruvate est porteuse d ’un groupe phosporyle riche en énergie.
Phospoester de haute énergie
10. Pyruvate kinase (1)
• Catalyse le transfert du groupe phosphoryle du phosphoénolpyruvate à l ’ADP pour former de l ’ATP:
PEP + ADP + H+ --> pyruvate + ATP
• La réaction est métaboliquement irréversible
• Le transfert du groupe phosphoryle riche en énergie permet la formation de l ’ATP.
La fermentation
Fermentation lactice
• En absence d ’oxygène la plupart des cellules transforment le pyruvate en lactate pour assurer la réoxydation de NADH en NAD+
Fermentation alcoolique
• La levure et certaines autres microorganismes comme des protistes et des bactéries peuvent transformer le pyruvate en éthanol
• Le NADH formé dans la réaction de la GAPDH peut être réoxydé en NAD+ par l ’action de l ’alcool déshydrogénase qui catalyse la réduction d ’acétaldéhyde en éthanol
• Cette régénération de NAD+ permet à la fermentation de se maintenir en l ’absence d ’oxygène.
Regulation: variations d ’énergie libre (1)
1kcal=4,2 kJ
Variations d ’énergie libre (2)
• Variations d ’énergie libre standard comparées aux variations d ’énergie libre réelle dans les érythrocytes pour les réactions enzymatiques de la glycolyse
1kcal=4,2 kJ
1,3-bis phosphoglycérate
• Les globules rouges peuvent transformer le 1,3-bisphosphoglycérate en 2,3-bisphosphoglycerate, la molécule dont dépend un transport efficace d ’O2.
Courbe d’oxygénation de la hémoglobine pour des érythrocytes différentes
Régulation allostérique de la PFK-1
Activateurs ADP, AMP, AMPc FBP, F2,6P2, F6P, NH4
+,Pi
Inhibiteurs ATP, citrate, PEP
Phosphofructokinase-2 (PFK-2)
Fructose 2,6-bisphosphate
• la fructose 2,6-bisphosphate est synthétisée par la PFK-2Fructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 2,6-bisphosphate + ADP + H+
• La PFK-2 est régulée par phosphorylation du façon indirect par AMP-cyclique et la glucagon
L’hormone glucagon contrôle l’activité de la PFK-1
• Glucagon• AMP cyclique• Protéine kinase• PFK-2• Fructose 2,6-bisphosphate• PFK-1
AMPcyclique (1)
• Différentes étapes dans une régulation hormonale
• Premier messager: glucagon,protéine de 29 acides aminées produit par les cellules du pancréas
• Le récepteur de glucagon est une AMP cyclase
• Second messager: cAMP
• Enzyme effectrice: protéine kinase
• Phosphorylation de l ’enzyme cible: PFK-2
• Fru-6-P + ATP --> Fru-2,6-P2 + ADP (Fru-2,6-P2 est une activateur allosterique de la PFK1)
AMPcyclique (2)
• Conversion de l ’ATP en AMP cyclique (AMPc) catalysée par l ’adénylate cyclase
Régulation de la pyruvate kinase
• Pyruvate kinase est une enzyme allostérique• Beaucoup de métabolites peuvent moduler son activité (voir
fructose 1,6-bisphosphate)• L ’activité enzymatique peut être modulé par
phosphorylation (voir glucagon)
Pyruvate kinase de Leishmania mexicana
Métabolisme d’ hexoses autres que la glucose
• Fructose– Saccharose (sucre, sucrose),
disaccharide de glucose et fructose
– Jus de fruits
• Galactose– Lactose (produits
laitières): disaccharide de glucose et galactose
• Mannose– Glycoprotéines
Saccharose
• Le saccharose (un disaccharide de glucose et fructose) est catabolisé via la glycolyse.
• L ’enzyme saccharase (invertase) l ’hydrolyse du saccharose des aliments en glucose et fructose. Le fructose est métabolisé par le fois.
• Le fois possède une glucokinase, une fructokinase, une aldolase à double spécificité et une triose kinase
• La catabolisme du fructose évite la PFK-1 et le point de contrôle qui y est associé
Lactose
• Le lactose, un disaccharide de glucose et galactose présent dans le lait, est aussi catabolisé via la glycolyse grâce à une enzyme intestinale: la lactase.
• Galactosémie: déficience en galactose-1-phosphate uridyltransférase
• Intolérence au lactose : déficience en lactase
Mannose
F6P